Métabolisme des acides aminés (Partie 2) PDF

Pr Jérôme Ausseil Biochimie - n°3 & 4 Mathis SEVENIER 18/09 - 8h-10h Ronéo n°2 Erina ORTAR MÉTABOLISME DES ACIDES AMINÉS (PARTIE 2) Suite du cours de F. Saboury sur les...

Pr Jérôme Ausseil Biochimie - n°3 & 4 Mathis SEVENIER 18/09 - 8h-10h Ronéo n°2 Erina ORTAR MÉTABOLISME DES ACIDES AMINÉS (PARTIE 2) Suite du cours de F. Saboury sur les Acides Aminés (AA) de la ronéo 1 : Métabolisme et exploration des acides aminés, de l’urée et des protéines. Rappel plan Ronéo 1 : I. Le catabolisme des protéines II. Le rôle métabolique des différents acides aminés III. Biosynthèse des acides aminés, exemples spécifique d’anomalie Introduction Le métabolisme des acides aminés peut amener à des aminoacidopathies qui sont dûes à une déficience enzymatique et généralement infantile, ce qui en fait des pathologies graves. En effet, plus une pathologie va s’exprimer tôt, plus elle est grave, car si les symptômes arrivent très vite, cela veut dire que l’activité enzymatique est d’autant plus déficitaire. Pour ces maladies métaboliques, il y a souvent différents types d’expressions en fonction de l’activité enzymatique elle-même. Si elle est complètement dégradée et que la protéine catalysée n’est pas du tout produite, il y aura rapidement des conséquences très importantes. En revanche, s’il y a un reliquat d’activité, à ce moment-là, il va y avoir un déficit plus ou moins marqué qui apparaîtra plus ou moins vite chez l’individu. Les acides aminés étant l’unité monomérique de la protéine. Ces déficits sont liés à l’alimentation et à l’apport protéique. Alors, quand l’individu a une activité enzymatique diminuée mais pas totalement effondrée, il peut exprimer la pathologie après d’une ingestion importante de protéines, car l’enzyme en question déficitaire ne sera pas en assez grande quantité pour pouvoir dégrader la protéine et les acides aminés. C’est donc après un repas très riche en protéines que l’on peut avoir un déclenchement de la pathologie et alors un diagnostic. Pour les individus ayant une activité enzymatique diminuée, lors d’une maladie, d’une infection ou d’une contamination, l’organisme se comporte différemment. Par exemple, lors d’une fièvre, on observe chez le patient un hypercatabolisme protéique qui est la réponse de l’organisme pour lutter contre celle-ci. Alors, du fait de cet hypercatabolisme, s’il y a une enzyme déficitaire et qu’il y a une arrivée massive de protéines venant de l’organisme et pas forcément de l’alimentation, il y aura aussi une accumulation. Ce sont donc les deux moments où l’on peut faire un diagnostic chez des patients qui, en temps normal, n’ont pas trop de problèmes pour dégrader les protéines qu’ils ingèrent ou du turn-over Page 1 sur 18 permanent des protéines, c'est-à-dire qu’elles suivent une éternelle alternance entre synthèse et dégradation. Dépistage néonatal Le dépistage néonatal est un programme qui s’enrichit de plus en plus en France. Il est aujourd’hui systématique et obligatoire. Une tache de sang est prélevée sur un buvard puis envoyée en laboratoire pour doser tout un tas de paramètres par spectrométrie de masse, ce qui permet de dépister une dizaine de maladies métaboliques ainsi que des maladies hormonales, la drépanocytose et, bien que non lié à cette tâche de sang (car mécanique et pas biologique) mais inscrit au dépistage néonatal, un test de surdité. Le nombre de maladies dépistées est aujourd’hui d’une quinzaine et va continuer à augmenter. Deux ou trois de plus sont prévues pour 2025. Définition Métabolisme intermédiaire : C’est le métabolisme lié à l'alimentation, aux grandes biomolécules, glucides, lipides et protéines. Le métabolisme intermédiaire est donc très actif en période post-prandiale ou nourrie pour dégrader les molécules ingérées. Introduction du cours 1) Cycle de l’azote et distribution Le catabolisme des acides aminés est très lié au cycle azoté. L’apport d’azote dans l’organisme vient principalement des protéines et des acides aminés, cet azote est important pour la structure des protéines et dans la composition des acides aminés mais au final il sera éliminé sous forme d’urée dans les urines. Les protéines sont les biomolécules les plus importantes de notre organisme. Elles sont formées par les acides aminés (AA). Les AA dans l’organisme proviennent de la dégradation des protéines (protéolyse) en provenance de l’alimentation (végétale et animale), mais aussi de protéines de l'organisme. La dégradation des protéines provenant de notre alimentation en acides aminés se fait dans les entérocytes de l’intestin par des enzymes spécifiques. Ces AA sont libérés dans le sang et avec les AA provenant de la protéolyse dans nos cellules, ils représentent le “pool extracellulaire d’acides aminés”. Le foie joue un rôle essentiel dans le catabolisme des protéines. En effet, les hépatocytes sont le Page 2 sur 17 principal lieu du métabolisme azoté des acides aminés. Le foie va capter ¾ des acides aminés présents dans le sang. Il produit un grand nombre de protéines essentielles à son bon fonctionnement et à celui de l’organisme. Par exemple, l’albumine, RBP (retinol-binding protein) et les facteurs de la coagulation. C’est pourquoi parfois dans un bilan sanguin on peut demander à doser l’albumine car c’est une protéine liée à l'inflammation mais également à la fonction hépatique ; alors lorsqu’il y a une insuffisance hépatique il y a une variation du taux d’albumine. L’albumine est un bon marqueur de la fonction hépatique. Il y a toutefois deux exceptions. La première exception sont les AA ramifiés : Valine, Leucine, Isoleucine et l’ano-isoleucine. Cette dernière apparaît lors des pathologies. Ces acides aminés sont principalement captés et métabolisés par les muscles (par le foie aussi, mais que minoritairement). Le muscle est considéré comme la réserve d’azote de l’organisme car c’est le seul tissu qui peut exporter des protéines et des AA sans grands dommages. La deuxième exception est la glutamine, qui est principalement à destination du rein (une infime partie pourra tout de même être captée par les hépatocytes). Le rein métabolise la glutamine pour maintenir l’équilibre acido-basique (détaillé plus tard). 2) Vue générale du métabolisme des AA Le pool des acides aminés essentiels et non essentiels va avoir différentes fonctions et différentes utilisations. On a vu précédemment que ce pool d’acides aminés venait des protéines de l’alimentation et des protéines intrinsèques, c’est-à-dire les protéines qui ont différentes fonctions dans l’organisme. Quand une protéine intrinsèque est dégradée, on parle de protéolyse. La dégradation se fait en plusieurs étapes qui permettront d’avoir un pool d’acides aminés toujours disponible dans l’organisme. Ce pool va aussi être à l’origine de la reconstitution de ces protéines intrinsèques puisque, quand la protéine va se reformer, elle va venir chercher les acides aminés disponibles dans l’organisme. Pour cette synthèse, on va parler de protéosynthèse. En ce qui concerne les protéines alimentaires, cette fois-ci en période post-prandiale, on a une digestion et une absorption qui se font encore une fois en plusieurs étapes. Elles se déroulent dans les entérocytes. Dans l’utilisation de ce pool, on va retrouver les acides aminés essentiels qui doivent être amenés par l’alimentation car l’organisme ne peut pas les synthétiser. Par contre, un certain nombre d’acides aminés non essentiels vont être synthétisés à partir des acides aminés essentiels dans l’organisme. Ce n’est pas parce qu’ils peuvent être synthétisés dans l’organisme par les acides aminés essentiels qu’ils ne sont pas apportés par l’alimentation. Ils sont souvent apportés par l’alimentation mais dans des concentrations trop faibles et c’est Page 3 sur 17 pourquoi l’organisme a besoin de les produire. Dans la phénylcétonurie, on a tendance à penser que, comme c’est la phénylalanine qui donne la tyrosine, c’est l’enzyme qui catabolyse cette réaction qui n’est pas présente et donc on va avoir énormément de phénylalanine et pas du tout de tyrosine chez les enfants phénylcétonuriques. Ce n’est pas tout à fait vrai. Chez ces enfants, l’accumulation de phénylalanine est importante, mais il y a quand même de la tyrosine, même si elle a un taux faible. Tout simplement parce que l’enfant en reçoit à travers les protéines qu’il ingère lors de son alimentation. Donc, ce n’est pas parce qu’il a un peu de tyrosine que l’activité enzymatique est fonctionnelle ; elle vient de l’alimentation. Ce pool d’acides aminés va donner des dérivés azotés actifs comme les hormones thyroïdiennes à partir de la tyrosine (T3 et T4), de la créatine, de la carnitine… Il y a aussi des amines biogènes/bioactives (sérotonine, GABA,…) qui vont être créées par la décarboxylation d’un acide aminé. Ensuite, la désamination d’un acide aminé va donner une molécule qu’on appelle acide α-cétonique qui va être à l’origine de différentes voies métaboliques. La première d’entre elles est celle qui permet le cycle de Krebs et la formation d’ATP. Un certain nombre d’acides α-cétoniques vont être directement intégrés dans le cycle de Krebs. Ils participent aussi à la voie de la néoglucogenèse qui permet de reformer du glucose, soit de le stocker sous forme de glycogène, soit de l’utiliser. Même chose pour la cétogénèse qui permet de donner des corps cétoniques qui sont les carburants relais de l’organisme. Ces corps cétoniques peuvent, après certaines réactions, être réintégrés au cycle de Krebs et redonner de l’ATP. Ces deux voies métaboliques seront plus détaillées dans d’autres cours. Il y a également, à partir de ces acides α-cétoniques, des métabolites inactifs qui sont soit éliminés, soit réutilisés par l’organisme. Cette désamination conduit à la formation d’ammoniac (NH3) qui est très nocif pour le cerveau et qui conduit à des comas s’il est présent en trop grande concentration. Cette élimination du NH3 se fait par deux voies importantes : -L'uréogenèse (cycle de l’urée) qui se passe au niveau du foie et qui élimine 80% de l’azote. -L’ammoniogénèse qui se fait au niveau du rein et qui élimine les 20% restants. IV. Catabolisme des acides aminés Comme on l'a vu, le catabolisme des AA débute dans l’intestin. Il se fait également au niveau des muscles, en particulier pour les AA ramifiés, et dans le foie. Dans ce catabolisme, on distingue deux parties. La première partie (A) concerne la désamination et l’élimination du NH3 et se fait en 3 étapes. Il faut d’abord retirer le NH3 par des réactions qu’on appelle transamination et désamination. Ensuite, il faut transporter le Page 4 sur 17 NH3 au cours des phénomènes de glutaminogenèse et de glutaminolyse. Pour finir, on élimine le NH3 par le cycle de l’urée (uréogénèse) dans le foie et l’ammoniogénèse dans le rein. Le transport de l’azote utilise la glutamine (qui est l’amidification de l’acide glutamique). Elle peut transporter deux atomes d’azote et est donc particulièrement adaptée pour cette tâche. La deuxième partie (B) concerne le métabolisme de la chaîne carbonée à travers la formation de ces acides α-cétoniques. Ces acides α-cétoniques vont donner des acides organiques qui vont également être éliminés dans les urines. On doit vraiment les surveiller car leur concentration dans les urines va donner une information sur le catabolisme de la chaîne carbonée. Ainsi, s’il y a une étape où un composé s’accumule parce que l’enzyme devant catalyser sa dégradation n’est pas présente, ce métabolite, alors présent dans les urines, aura une concentration élevée. On devra alors explorer de plus près les étapes de dégradation du métabolite en question. A) Détoxification de l’azote 1) Libération de NH3 L’enlèvement de l’azote se fait soit par transamination, qui est un phénomène connu et un événement commun à tous les acides aminés sauf la lysine qui ne peut pas être transaminée, soit par la désamination oxydative, c’est surtout l’acide glutamique (=glutamate) qui va subir cette désamination oxydative. Enfin, il y a la désamination non oxydative, et ce sont particulièrement trois acides aminés qui sont soumis à ce type de désamination : la sérine, la cystéine et la thréonine. a) Transamination Cette étape de transamination est catalysée par des enzymes spécifiques qui sont des aminotransférases. Les plus connus étant ALAT (Alanine Amino Tranferase) et ASAT (Aspartate Amino Transferase). Ces enzymes s’appellent aussi respectivement TGP (Transaminase Glutamo Pyruvique) et TGO (Transaminase Glutamo Oxaloacétique). Ce sont des enzymes cytosoliques qui vont assurer les échanges d'azote entre les AA et les acides α-cétoniques. La réaction de transamination se déroule en deux étapes réversibles. Elles ont lieu dans l’intestin, dans le foie et dans le muscle. Concernant le mécanisme, un acide aminé donneur du groupement amine devient un acide α-cétonique après avoir cédé son NH2. Tandis que l’acide α-cétonique accepteur devient un acide aminé. C’est l’exemple que nous avons sur la diapositive, l’α-cétoglutarate va prendre le groupement azoté de l’acide aminé et par transamination, il y a obtention d’un acide aminé : le glutamate (=acide glutamique). Le glutamate concentre l’azote aminé issu du métabolisme des AA. La transamination Page 5 sur 17 nécessite un coenzyme qui est le PLP (phosphate de pyridoxal), issu de la vitamine B6, il s’agit d’un transporteur intermédiaire de la fonction amine. En cas de carence de vitamine B6 (ce qui est rare) cette réaction se fait moins bien. Les deux transaminases majeures, TGO et TGP, sont très actives et ubiquitaires. Elles sont en grande concentration dans l’organisme. Elles permettent la synthèse de l’alanine ainsi que d’acide aspartique à partir de leur céto-acide correspondant. Dans le muscle et dans le cœur, il y a une concentration en ASAT/TGO plus importante qu’en ALAT/TGP. Dans le foie, il y a une concentration de ALAT/TGP plus importante que de ASAT/TGO. Leur dosage permet le diagnostic des phénomènes de cytolyse dans les endroits ou elles se trouvent. On peut diagnostiquer des infarctus du myocarde, des hépatites ou des rhabdomyolyses. Il y a d’autres transaminases que TGO et TGP, chaque acide aminé a sa transaminase mais TGO et TGP sont majeures et le rôle métabolique des autres est moindre. Ce ne sont pas des marqueurs biologiques utilisés pour identifier une maladie métabolique. C’est plutôt pour s’assurer de l'intégrité d’un tissu car elles se situent dans le foie, le muscle et le cœur et ne doivent pas se retrouver en grande concentration au niveau sanguin. Donc lorsque c’est le cas, elle donne une information sur l'intégrité du tissu concerné. Le prof est passé très vite sur les deux prochaines diapo car il s’agit du même principe que le glutamate et l’acide α-cétoglutarate. Pour l’ALAT/TGP : on passe d’un acide α-cétonique à la création d’un autre acide α-cétonique, il y a transfert du NH2 de l’alanine qui va donner l’acide pyruvique. Pour l’ASAT/TGO : lors de la transamination, on part de l’acide aminé aspartate pour avoir en acide α-cétonique l’acide oxaloacétique. En grande partie, la transamination a pour objectif de donner de l’acide glutamique soit du glutamate. Cet acide va être regardé de près par les métaboliciens pour voir s’il y a un surplus de transamination dans l’organisme soit, un apport massif en NH3. Donc un besoin plus important de dégrader le NH3 libéré étant trop présent dans l’organisme. Ce Page 6 sur 17 taux d’acide glutamique dans le sang va augmenter et on verra que le taux de glutamine sera aussi étudié étant donné qu’elle assure le transport de l’azote. b) Désamination oxydative La désamination oxydative va permettre de directement libérer le NH3 en comparaison à la transamination précédemment, étant donné que le NH3 ne sera pas lié à un acide aminé. Ce processus se déroule en deux étapes : - 1er étape : Formation d’un acide α-iminé (iminoacide) à l'aide de la déshydrogénase ainsi que des cofacteurs NAD+/NADP+. Cet acide est utile car il y a formation d’une double liaison avec élimination d’un proton H+. - 2eme étape : Hydrolyse spontanée de l’iminoacide qui va conduire à la formation d’un acide α-cétonique dans lequel l'amine (-NH2) de l’acide aminé a été remplacé par un carbonyle (=O). De plus, une molécule de NH3 est libérée. c) Désamination non oxydative Cité par le prof en début de présentation mais aucune information dessus. 2) Transport de NH3 Une fois le NH3 libéré, il faut le transporter jusqu’aux tissus qui l'élimineront (le foie et le rein) par des mécanismes comme l’uréogénèse ou l’ammoniogénèse. Ce transport s’effectue au niveau sanguin par un acide aminé très important : la glutamine. a) Glutaminogénèse Cette formation de glutamine se fait au cours de la glutaminogénèse. Dans le muscle, la glutamine et l'alanine représentent, à jeûn, 50% des acides aminés qui vont quitter le muscle et vont être utilisés au cours de ces différentes étapes particulièrement aux niveaux des hépatocytes. Page 7 sur 17 Le glutamate est obtenu par la transamination qui fixe un NH3. Un nouveau NH3, qui provient des étapes de désamination oxydative, va être fixé sur le glutamate pour former la glutamine. Elle sert à transporter l’azote libéré par le métabolisme classique (désamination oxydative) ou alors du métabolisme des purines (le cours sera vu plus tard). Le NH3 sera fixé grâce à la glutamine synthétase qui se trouve au niveau des hépatocytes périveineux mais surtout au niveau des muscles, du cerveau et des poumons. La glutamine transporte donc deux groupements azotés. Remarque : Quand les glutamines synthétases du cerveau ne sont pas fonctionnelles, il y a une accumulation toxique de NH3 à ce niveau qui crée des encéphalopathies. La glutamine est la forme principale de transport sanguin de l’ammoniac. Pour s'assurer du bon fonctionnement de ces étapes, c’est la concentration de glutamine qui sera importante de doser. Concernant la double transamination, elle permet, à partir d’acide aminé, de former du glutamate mais aussi de l’alanine, au niveau de l’intestin et des muscles. L’alanine est responsable du transport secondaire de l’ammoniac dans le sang. L'alanine va partir vers le foie pour être métabolisée. (le prof ne demande pas que l’on sache les différentes étapes mais il faut savoir que l’alanine est une forme secondaire du transport de l’ammoniaque, c’est pourquoi lors d’analyse sanguine il est recherché le taux de glutamate, de glutamine et d’alanine.) b) Glutaminolyse La glutamine transporte l’azote dans le sang, vers les tissus où se produit sa dégradation (uréogénèse dans le foie ou ammoniogénèse dans le rein). Donc la glutamine libère les NH3 dans l’intestin, le rein et le foie, lors de la glutaminolyse qui se déroule en deux étapes : Page 8 sur 17  - 1ère étape : la glutaminase permet, avec hydrolyse (ajout d’une molécule d’eau), de libérer le NH3 de la glutamine qui donne donc le glutamate. - 2eme étape : le glutamate donne l’acide α-cétoglutarate avec la libération du deuxième NH3. Cette réaction est une désamination permise par la glutamate déshydrogénase qui la catalyse. Cette réaction nécessite un cofacteur le NADP+ qui sera catabolisé en NADPH,H+. Schéma récapitulatif du transport de NH3 : L'enlèvement du NH2 se fait par transamination ou désamination de façon ubiquitaire. Ensuite on a l’acide glutamique (le glutamate) qui donne la glutamine par action de la glutamine synthétase. Cette glutamine transporte le NH3 dans le sang puis va le libérer par glutaminogénèse et glutaminolyse et ensuite l'éliminer grâce au cycle de l’urée et l’ammoniogénèse. Le NH3 toxique est transporté en grande partie par la glutamine mais aussi par l’alanine, en se liant à ses acides aminés il devient non toxique. 3) Elimination de NH3 Deux grandes voies sont responsables de l'élimination de NH3. 80% par l'uréogénèse soit le cycle de l’ornithine (=Cycle de l’urée). Et 20% par l’ammoniogénèse au niveau rénale. a) Uréogenèse Elle se déroule principalement dans l'hépatocyte, la glutamine et alanine provenant des muscles pénètrent dans les hépatocytes et subissent une transamination et désamination du NH3 qui doit être éliminé. Le cycle de l’urée est très actif en période post-prandiale (car les protéines venant de l'alimentation sont dégradées). Page 9 sur 17 Concernant le cycle de l’urée : (Il n’est pas nécessaire de connaître l'ensemble des enzymes et activités mais il faut connaître les molécules impliquées dans le cycle ainsi que le bilan du cycle, les différentes étapes de transport. “On ne vous demande pas en seconde année de connaitre tous ces cycles qui sont quand même assez complexes, il faut les comprendre, connaître l'ordre en partant de la molécule pour arriver au métabolite final, sans être au faits de tous les noms des enzymes qui y participent”) Il se déroule exclusivement dans les hépatocytes périportaux, au niveau hépatique. Une partie des réactions ont lieu au sein de la mitochondrie et une autre partie dans le cytosol. Le transport s’effectue par la glutamine au niveau hépatique, la glutamine va pénétrer dans la mitochondrie ensuite la glutaminase agit pour libérer un NH3 et donner le glutamate. Par la suite, ce glutamate sera combiné avec un acétyl-CoA pour donner un métabolite intermédiaire. (le prof n’est pas rentré dans les détails pour ces différentes étapes juste savoir que ceci permet l’obtention de Carbamyl phosphate.) Le carbamyl phosphate obtenu sera combiné avec l’ornithine pour donner la citrulline grâce à l’OTC (Ornithine transcarbamylase). La citrulline a la capacité de passer dans le cytosol grâce à un transporteur l’ORNT1. La citrulline est ensuite catabolisée en acide argininosuccinique par l’ ASS (Arginosuccinate synthétase). L’ acide argininosuccinique est transformé en arginine par l’ASL (Arginosuccinate lyase). Puis l'arginine est catabolisée par l’arginase pour donner l’ornithine. Cette dernière va passer dans la mitochondrie à travers un transporteur le ORNT1. Ce qui est très important de voir c’est lors de la catabolisation de l'arginine en ornithine, il y a production de molécule nécessaire à l'élimination de l’azote : l’urée (composée de deux atomes d’azote) qui sera éliminée par les urines. Remarque : lors de la condensation du carbamyl phosphate avec l’ornithine, que s’il y a un blocage avec l'ornithine transcarbamylase (à cause d’un déficit enzymatique), le composé carbamyl phosphate s'accumule, il sera en partie éliminé par une voie alternative sous forme d’acide orotique, c’est un composé dit C, qui n’est pas synthétisé en temps normal. Page 10 sur 17 Il sera très important de le doser lors d’analyse pour savoir s’il y a un problème avec l'enzyme ornithine transcarbamylase. Question du prof : si lors d’analyse on a l’effondrement du taux de la citrulline où peut se trouver le blocage enzymatique? Il peut être au niveau de l’OTC c’est-à-dire que l’ornithine ne peut pas être combinée au carbamyl phosphate. Ou alors au niveau du carbamyl-phosphate synthétase et donc on serait déficitaire en carbamyl phosphate et il n’y aurait pas de citrulline non plus. Question du prof : Comment savoir quel est l'enzyme déficitaire dans ce cas ? En dosant l’acide orotique. S’il y a de l’acide orotique (le taux standard est d' environ 0) il y a donc accumulation de carbamyl phosphate, il n’est donc pas combiner avec l’ornithine. On voit alors qu’il y a un blocage au niveau de l’OTC. Au contraire, s’il n'y a pas d’acide orotique (toujours dans le cas où il y a un effondrement du taux de la citrulline) ceci signifie qu’il y a un blocage au niveau du carbamyl-phosphate synthétase. Question du prof : Si le patient a un taux d' arginine élevé et de citrulline normal ou est le problème ? Il y a un déficit en arginase. Il peut avoir un déficit d'enzyme à chaque niveau du cycle (par exemple la prévalence pour OTC est plus importante que pour l’arginase). Concernant l’ornithine, elle peut être élevée. Ce peut être à cause du transporteur la faisant passer du cytosol à la mitochondrie mais l'ornithine intervient dans d’autre cycle que celui de l’urée donc n’est pas réellement révélatrice. Lorsque l'on s'intéresse au cycle de l'urée pour des analyses, on s'intéresse aux taux d’acide glutamique, car il fixe le NH3. On regarde aussi l’alanine car elle transporte NH3, ainsi que la glutamine. Il est aussi important de regarder l’arginine car elle libère une molécule d’urée. Ensuite, spécifiquement au cycle de l’urée, c’est l’ornithine, la citrulline et taux d’arginine qu’il faut regarder car si le taux de citrulline est bas alors celui de l’arginine aussi. Pour finir, un dosage ammoniémie est utile pour doser l’ammoniac. Page 11 sur 17 Les pathologies les plus rencontrées concernent les enzymes suivantes : le carbamyl phosphate synthétase - l’OTC - l’ASS - l’ASL - l’arginase. Finalement on a : - 2 molécules de NH3 utilisées (une à l'entrée du cycle et l’autre au niveau de l’aspartate) - 3 molécules d’ATP consommées (2 au niveau de la mitochondrie et 1 au niveau du cytoplasme) - 2 transporteurs impliqués (un pour la citrulline et un pour l’ornithine). - 6 enzymes (un déficit génétique peut être lié à chaque enzyme) Bilan du cycle de l’urée : NH3 + HCO3- + ASP-NH3 + 3 ATP -> 1 urée + fumarate + 2 ADP + 1 AMP + 4 Pi Une molécule d’urée permet d'éliminer deux NH3. Cette voie sert à éliminer 80% de l’azote de l’organisme. Lors de ce cycle, il y a consommation de 3 ATP, on a donc la dissipation de ⅙ de l'énergie que pourraient fournir les acides aminés sous forme d’urée. De plus, concernant l’urée, elle a une diffusion rapide dans les tissus, les liquides biologiques et le sang. Son élimination se fait à 90% par les reins, par l’urine et 10% par la sueur et la salive. Le fumarate produit lors de ce cycle sera utilisé lors du cycle de Krebs (pour la formation de l’ATP) pour compenser la perte d’ATP. b) Intérêt médical du dosage de l’urée Il ne suffit pas de doser l'urée pour savoir s’il y a un déficit à ce niveau, car les concentrations sont variables en fonction de chaque individu. La valeur usuelle se trouve à 5 mmol/L mais peut varier de 2,5 à 7,5 mmol/L. Le dosage de l’urée reste un témoin majeur du catabolisme azoté. En effet, lorsque l’on a un grand catabolisme protéique (exogène par un régime hyperprotidique ou endogène par des saignement digestif, un traumatisme musculaire, fièvre ou un jeûne prolongé) on a une augmentation de la concentration d'urée dans les urines. De plus, comme il y a une synthèse hépatique et une élimination rénale : - une diminution de la concentration de l’urée dans les urines peut être le signe d’une insuffisance hépato-cellulaire, d'hémodilution (une hyperhydratation ou lors de la grossesse), chez les jeunes enfants, on a une augmentation du débit urinaire donc diminution de la concentration en urée. - une augmentation de la concentration d’urée est un marqueur d’une insuffisance rénale aiguë ou chronique. Souvent chez le sujet âgé, le débit urinaire est moins important donc il y a augmentation de la concentration de l’urée. c) Physiopathologie du cycle de l’urée L’uréogenèse permet d'éliminer les bicarbonates (le carbone de l’urée vient des bicarbonates) qui ont un rôle dans la régulation de l’équilibre acido-basique. Elle permet aussi d'éliminer l’azote, lors d’un Page 12 sur 17 dérèglement du cycle de l’urée qui crée une hyperammoniémie. L’ammoniac est toxique à une concentration supérieure à 40 μmol/L. Les effets physiologiques de l'hyperammoniémie sont : - altération des astrocytes - modification des échanges ioniques cellulaires - altérations des sécrétions des neurotransmetteurs Il y a deux sortes d'hyperammoniémie : - l'hyperammoniémie primaire : il s’agit d’un déficit du cycle de l’urée qui peut être dû aux enzymes de l’uréogenèse. Donc déficitaire en OTC le plus souvent, ce déficit est lié au chromosome X donc plus souvent présent chez les hommes (maladie récessive). Les autres déficits sont autosomiques récessifs. Le déficit peut aussi être dû au transporteur mitochondrial ORNT1 (transporte l’ornithine et la citrulline). Ceci reste tout de même une maladie rare, de 1/8 000 à 1/44 000 naissances selon le déficit. Ce sont des maladies graves à révélation néonatale qui entraînent un coma et un décès rapide. Il y a l'existence de formes tardives chez l’enfant, l’adolescent et l’adulte comme expliqué au début du cours (page 1). - l'hyperammoniémie secondaire : N’est pas liée directement aux enzymes du cycle de l'urée elle peut être dû à une insuffisance hépatocellulaire, hépatite grave , cirrhose, une inhibition fonctionnelle du cycle de l’urée par d’autre anomalies métaboliques (aciduries organique) qui entraîne généralement vomissement, encéphalopathies hépatique, etc. d) Ammoniogenèse L’élimination du NH3 se fait au niveau rénal exclusivement cette fois. Elle constitue 20% de l'élimination de l’azote de l’organisme. La glutamine (venant des muscles), par l’action de la glutaminase, donne du glutamate ainsi que la libération de NH3. Ensuite, on enlève le deuxième NH3 au glutamate par la glutamate déshydrogénase pour donner l’acide α-cétoglutarate. En parallèle, l’anhydrase carbonique produit de l’acide carbonique H2CO3. Il y a dissociation en ion bicarbonate (HCO3-) et en un proton (H+). Le proton s’associe à une molécule d’ammoniac (NH3) pour former un ion ammonium (NH4+) qui sera éliminé ensuite dans les urines. Le HCO3- restant s’associe à du Na+ pour sortir de la cellule. Page 13 sur 17 L’ammoniogénèse permet donc l'élimination de l’azote (⅕ de l’azote de l’organisme) mais aussi des protons. Elle a un grand rôle dans la régulation de l’équilibre acido-basique. Cette voie rénale sera très sollicitée sur des patients atteints d’acidose. Leur pH diminuant, il y a augmentation du nombre de protons et il y a la nécessité de les éliminer en les combinant avec du NH3 pour les éliminer par l’urine. L’ammoniogénèse augmente dans : - les conditions d’hypercatabolisme - le jeûn - l’acidose - l’insuffisance hépatique (déficience de l’uréogenèse qui se passe dans le foie donc mise en marche de la voix rénale) 4) Conclusion Le NH3 est un catabolite obligatoire du métabolisme des acides aminés. Il est facilement diffusible et neurotoxique. Il est produit par tous les tissus et doit être neutralisé et éliminé. La glutamine permet de le faire circuler de son lieu de production à son lieu d’élimination. L'intestin, le foie et le rein savent reconvertir la glutamine en NH3 : - l'intestin le renvoie directement au foie par la veine porte - le foie le transforme en urée - le rein le transforme en NH4+ puis élimination urinaire. L’ensemble est finalement régulé selon les conditions physiologiques et participe à l’équilibre acido-basique. B) Métabolisme du radical carboné Un acide aminé, après sa désamination/transamination, devient un acide organique (acide α-cétonique) qui sera soit utilisé in situ à visée énergétique, soit acheminé vers le foie pour servir de substrat à différentes voies métaboliques. Cet acide organique peut servir à : - la formation de corps cétoniques - formation de glucose - formation d’acide gras (si apport de protéine important) - formation d'énergie en les incluant dans le cycle de Krebs pour la formation d’ATP. (les trois premières formations sont exclusivement par voies hépatiques.) Ce catabolisme carboné est peu important dans les conditions physiologiques et nutritionnelles normales. Page 14 sur 17  Pour les différentes provenances des acides α-cétonique au niveau du cycle de Krebs, on a trois grandes familles d’ acide aminé qui interviennent : - les AA cétoformateurs - les AA glucoformateurs - et ceux qui pourront redonner du glucose à travers la voie métabolique de la néoglucogenèse. la liste des AA directement pourvoyeurs du cycle de krebs qui produit de l’ATP : Diapositive présente mais non commentée par le prof, juste à titre informatif. Diapositive non commentée par le prof. Page 15 sur 17  V. Métabolisme des AA et intégration des différents organes Le prof n’a pas eu le temps de beaucoup détailler cette partie. A) En période post-prandial Il y a une grande arrivée de protéines dans cette période, étant juste après l'alimentation. 1) Dans les muscles On a une protéosynthèse et une protéolyse des acides aminés ramifiés comme la valine, la leucine et l’isoleucine. Ces AA ramifiés représentent 45% des AA musculaires. De plus, il y a la production de NH3 provenant de la glutamine et de l’alanine. 2) Dans les entérocytes Il y a la désamination oxydative de la glutamine et du glutamate qui va donc engendrer une augmentation de la concentration en NH3. Lors de l’alimentation, il y aura catabolisation des nutriments entraînant une augmentation des ions bicarbonates. Ceci conduisant à une alcalose, c’est-à-dire une augmentation du pH. Ces événements vont entraîner des réactions de double transamination de certains acides aminés qui vont induire une augmentation de l’alanine (transporteur de l’azote). De plus, il y a absorption des autres acides aminés présents créant un flux important d’acide aminé. 3) Dans les reins Au sein des reins, on a la métabolisation de la glutamine pour libérer les NH3 et les éliminer par l’ammoniogénèse (très peu active en période post-prandiale notamment à cause de l’alcalose car elle nécessite des protons). 4) Dans le foie L’alcalose, l’apport conséquent en acide aminé et le NH3 stimulent l’uréogénèse par l’augmentation des substrats NH3 et HCO3-. De plus, l’alanine est transformée, après une double transamination, en aspartate. La glutamine est métabolisée donc on a une augmentation de l’apport en NH3. Les ¾ des acides aminés issus de la circulation portale sont captés par le foie pour réaliser l’uréogénèse donc en période post-prandiale l'uréogénèse prend le dessus sur l’ammoniogénèse. Le foie est le site principal du catabolisme de l’azote des acides aminés (sauf pour les ramifiés, pour eux ce sont au niveau des muscles). Il est le producteur principal de protéines (apoprotéines, Albumine, RBP, facteurs de la coagulation…). Page 16 sur 17  B) En période de jeûn 1) Dans les muscles On a la protéolyse (pas de photosynthèse car il n’y a pas assez d’apport en AA). Il y a alors double transamination des acides aminés ramifiés pour la création d’alanine et production de glutamine pour éliminer l’azote, transporteur sanguin du NH3 produit in situ. Les acides α-cétoniques alors produits sont utilisés in situ à la production d'énergie ou exportés vers le foie pour la néoglucogénèse. 2) Dans l'entérocyte Ils captent la glutamine qui provient des muscles ou du rein. Après désamination, il y aura formation de glutamate et libération de NH3 dans le sang portal. Il y aura transamination du glutamate avec le pyruvate pour la formation d’alanine. 3) Dans les reins La production d’acide α-cétoglutarate à partir de la glutamine entraîne une grande production de NH3. La présence de NH3 va stimuler l’ammoniogénèse pour l’ éliminer. 4) Dans le foie Il capte le NH3 ainsi que l’alanine pour la néoglucogénèse. En acidose, la glutamine synthétase est activée donc on obtient de la glutamine. Cette dernière est générée et exportée vers les reins ce qui va donc augmenter l’ammoniogénèse. En acidose, l'uréogénèse est limitée contrairement à l’ammoniongénèse qui sera favorisée car elle va consommer les protons présents. Les différentes diapositives après dans le diaporama ont été ajoutées par le prof après le cours. Il ne les a donc pas commentées. Page 17 sur 17