Cours 12 Métabolisme des Acides Aminés 2022-2023 PDF

Nucleic Bases acids P COURS 12 Pentose s Métabolisme des acides aminés 1  1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.1. Rappels du cours 11...

Nucleic Bases acids P COURS 12 Pentose s Métabolisme des acides aminés 1  1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.1. Rappels du cours 11  L’étude des voies métaboliques des AA permet: - de comprendre les bases biochimiques de certaines pathologies humaines (déficiences enzymatiques) - de développer des stratégies anti-cancer (cellules tumorales)  20 AA protéinogènes  20 chaînes latérales différentes  Voies de dégradation AA-spécifique  Certains AA peuvent être dégradés par plus d’une seule voie (exemple: Gly, Thr)  Certaines réactions peuvent être communes à la dégradation/synthèse de plusieurs AA (Met/Cys, Phe/Tyr)  Le catabolisme des AA est particulièrement important lorsque la diète est riche en protéines et en conditions de jeûne. 2 Rappel de la structure des acides aminés 11 AA sont synthétisables! 9 AA essentiels  non synthétisables 3 1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.2. Vue d’ensemble du catabolisme L’ensemble des voies de dégradation des 20 AA porte à la formation de 8 produits dont: Thr Voie mineure  5 précurseurs pour la néoglucogenèse Pyruvate α-ketoglutarate Succinyl CoA AA Fumarate glucoformateurs Oxaloacetate Thr Voie majeure  3 précurseurs pour la cétogenèse AcetylCoA AA cétogènes Acetoacetate HMG CoA AA glucoformateurs et cétogènes Phe Tyr Ile Trp Thr 4 1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.3. Vue d’ensemble de l’anabolisme Les AA sont synthétisés à partir de métabolites voie de la Glycolyse provenant de: La Glycolyse Phosphoglycérate Cycle de Krebs Ser Gly Cys Pyruvate Ala Régulation des voies de AA « conditionnels » biosynthèse? Met > Cys Principalement par « feedback Phe > Tyr négatif », souvent sur la 1ere Intermédiaires réaction de la voie de synthèse. du cycle de Krebs Oxaloacetate Asp Asn α-ketoglutarate Glu Gln ; Glu semialdehyde > Pro Arg 5 1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.4. Les cofacteurs impliqués Le Pyridoxal phosphate (PLP)  Coenzyme (dérivé de vit; B6) impliqué dans le transfert de groupements amino (transaminations)  PLP est aussi impliqué dans d’autres modifications des AA: Décarboxylation du C1 (synthèse des amines biogènes) Racémisation Cα β- ou γ-élimination (Met/Cys) 6 1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.4. Les cofacteurs impliqués Origine des C1 Le Tetrahydrofolate (FH4) transférés à FH4  Coenzyme impliqué dans le transfert de groupements en C1 Devenir des C1 sur N5 ou N10 ou pont N5-N10. transportés par le FH4 biosynthèse d’AA, de bases azotées (ADN, ARN),  Origine de FH4: transfert sur la vitamine B12 Folate (diète) > conversion en N5-methyl FH4 dans les cellules intestinales  forme majeure des folates dans la circulation sanguine. 7  Forme la plus réduite Le Tetrahydrofolate (FH4) Forme methylène Formes les plus oxydées 8 1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.4. Les cofacteurs impliqués S-adénosylmethionine (SAM)  Coenzyme impliqué dans le transfert du groupement methyl (CH3)  Synthétisé par la S-adenosyl transferase à partir de Methionine.  Après transfert du CH3 sur une molécule acceptrice, il faut recycler le SAH formé (S-adenosyl homocysteine)  Le recyclage de la SAM fait intervenir les cofacteurs FH4 et vit. B12 (cobalamine). 9 1. Introduction au métabolisme des acides aminés 1.4. Les cofacteurs impliqués La Tetrahydrobiopterine (BH4)  Coenzyme impliqué dans les réactions d’oxydation Exemple: Phe: hydroxylation > Tyr , Trp La Biotine  Coenzyme impliqué dans le transfert de CO2 10 2. Métabolisme de Aspartate/Asparagine Asn < > Asp < > OAA (4C) La synthèse de Asp (ASAT) Aspartate transaminase (ASAT) Voie réverse de la dégradation. Valeur diagnostic: pathologies hépatobiliaires, La Biosynthèse de Asn requiert du muscle squelettique, Asparagine synthetase. infarctus du myocarde Requiert ATP! Voie différente de la dégradation. Asparaginase Agent anti-tumoral dans le traitement de leucémies certaines cellules tumorales ne sont pas capables de synthétiser Asn et sont sensibles au traitement par Asn Asp l’Asparaginase GLUCOFORMATEURS 11 3. Métabolisme de Glutamate/Glutamine/Proline/Arginine/Histidine Gln < > Glu < > α-KG (5C) Biosynthèse de Gln via Glutaminase la Glutamine synthetase. Requiert ATP! Voie différente de la dégradation La Biosynthèse de Glu peut advenir:  par transamination  par GDH Gln Glu GLUCOFORMATEURS 12 3. Métabolisme de Glutamate/Glutamine/Proline/Arginine/Histidine Pro < > Glutamate semi-aldehyde < > Glu Synthèse de Pro par une voie « réverse » de la dégradation mais faisant intervenir des enzymes distinctes. Glutamate semi-aldehyde dehydrogenase Une enzyme bifonctionnelle catalyse la formation de Glu γ-semialdehyde en 2 étapes via ses activités: γ−Glutamyl kinase (ATP requis) γ-glutamyl phosphate reductase (NADPH requis) Proline oxidase = proline dehydrogenase pyrroline-5 carboxylate reductase Déficience => hyperprolinémie => problèmes neurologiques Pro GLUCOFORMATEUR 13 3. Métabolisme de Glutamate/Glutamine/Proline/Arginine/Histidine Arg (5+1 C) < > Glutamate semi-aldehyde < > Glu Rappel: Arg synthétisée dans le cycle de l’urée δ Arg stimule le cycle de l’urée α-KG Arg GLUCOFORMATEUR 14 3. Métabolisme de Glutamate/Glutamine/Proline/Arginine/Histidine His (5+1C) < > Glutamate semi-aldehyde < > Glu His: AA essentiel α-KG Histidine Glutamate ammonia formimino lyase transferase (FH4 capte un C1) His GLUCOFORMATEUR 15 3. Métabolisme de Alanine Ala < > Pyruvate Rappel: Ala est l’AA néoglucogénique principal Ala sert à transporter l’azote vers le foie Ala GLUCOFORMATEUR Synthèse et dégradation de Ala par même voie « réverse » par ALAT. 16 3. Métabolisme de Glycine/Serine/Cysteine Serine < > Pyruvate 3-Phosphoglycerate< > Serine Synthèse et dégradation par des voies différentes 3-Phosphoglycerate dehydrogenase Serine dehydratase Ser ammonia lyase Transaminase Phospho Serine phosphatase Ser GLUCOFORMATEUR 17 3. Métabolisme de Glycine/Serine/Cysteine Glycine < > (Ser) > Pyruvate Voie de dégradation (reins) Détoxifier les D-Gly (bactéries, aliments cuits) Serine hydroxymethyl transferase Glycine cleavage enzyme Gly GLUCOFORMATEUR 18 3. Métabolisme de Glycine/Serine/Cysteine Synthèse et dégradation par des voies différentes Cys > Pyruvate Met > Cys Cys dioxygenase Cystathionine β-synthase transaminase Cystathionase Synthèse de PAPS: glycosaminoglycanes Cys 3’ P-adenosine 5’ P-sulfate GLUCOFORMATEUR 19 4. Métabolisme de Methionine Met: AA essentiel Met > Propionyl CoA > Succinyl CoA DIAPO 9 Cystathionine β-synthase Cystathionase Cystathionine γ lyase α-keto acid dehydrogenase Met GLUCOFORMATEUR 20  5. Métabolisme de Thr Thr: AA essentiel PAS DE TRANSAMINASE Thr > Propionyl CoA > Succinyl CoA Thr > Acetyl CoA Voie mineure de dégradation Voie principale de dégradation Thr dehydratase Thr dehydrogenase α-keto acid dehydrogenase BCKDH 2 amino 3 ketobutyrate CoA ligase Thr GLUCOFORMATEUR + CETOGENE 21 6. Métabolisme de Lysine Lys (6C) > Acetyl CoA Lys: AA essentiel PAS DE TRANSAMINASE PUREMENT CETOGENE thiolase CO2 22 7. Métabolisme des acides aminés branchés BCAA Voies dégradatives communes à Val Ile Leu Val Ile Leu: AA essentiels Entrée préférentielle des BCAA dans le muscle squelettique (après un repas), ils fournissent de l’énergie par leur oxydation. Leur dégradation suit des voies communes. 23 7. Métabolisme des acides aminés branchés BCAA Val Ile Leu: AA essentiels Branched-chain aminotransferase (absente dans le foie) Branched-chain α-ketoacid dehydrogenase Val GLUCOFORMATEUR Leu CETOGENE Ile Déficience: GLUCOFORMATEUR accumulation des BCAA et de leurs α-keto-acids + CETOGENE ⇒ Maladie du sirop d’érable (odeur de sucre brûlé) ⇒ Complications neurologiques 24 8. Métabolisme du Tryptophane Trp (11C) > Acetyl CoA + Alanine (> Pyruvate) Trp: AA essentiel Trp: GLUCOFORMATEUR + CETOGENE 25 8. Métabolisme de Phenylalanine et Tyrosine Phe (9C) > Tyr (9C) > Acetoacetate + Fumarate Phe: AA essentiel La synthèse de Tyrosine correspond aussi à la voie de dégradation de Phenylalanine Phe et Tyr: GLUCOFORMATEURS + CETOGENES 26 9. Dysfonctionnement des voies de dégradation des acides aminés 27 9. Dysfonctionnement des voies de dégradation des acides aminés La phénylcétonurie (PKU) PKU: 1/10 000 naissances (autosomique récessive) Diagnostic néonatal  [Phe]sg élevées ⇒ Dommages intellectuels (QI croissance bactérienne Si normal => pas de croissance bactérienne 28  9. Dysfonctionnement des voies de dégradation des acides aminés La phénylcétonurie (PKU)  Déficit en Phenylalanine hydroxylase  Déficit en dihydrobiopterin reductase = mixed-function oxidase qui permet de régénérer le cofacteur BH4. (oxydation de Phe et réduction de O2 en H2O) Chez les patients atteints de PKU, une voie catabolique alternative se développe ⇒ Accumulation de Phe-Pyruvate dans les tissus, le sang, les urines ⇒ (détection urinaire possible de phenylacetate et phenyllactate) ⇒ Adapter une diète appropriée 29 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.1. Synthèse de la créatine (1) Arg Rappel Où? Gly Met Créatine kinase Selon les conditions Si excès d’ATP (muscle au repos)  Formation de Créatine-P Si besoin d’ATP (muscle en exercice) > hydrolyse de Créatine-P 30 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.1. Synthèse de la créatine (2) La créatine est synthétisée en deux étapes. 1. Dans le rein, condensation Arg (Guanido group) et Gly ⇒ Formation de guanidino acetate par la Glycine amidinotransferase 2. Dans le foie, N-méthylation (méthyl de Met fourni par la SAM) ⇒ Formation de créatine par la guanidinoacetate methyltransferase 31 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.2. Synthèse du glutathion (1) Structure Rappel Condensation de 3 acides aminés Le glutathion est un anti-oxydant majeur (contrôle du stress oxydatif). 32 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.2. Synthèse du glutathion (2) Synthèse Le glutathion est synthétisé en deux étapes nécessitant de l’énergie ( 2 ATP). 1. Glu + Cys => Glutamylcysteine par la γ-glutamylcysteine synthetase 2. GlutamylCysteine + Gly => glutathion par la glutathione synthetase 33 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.3. Les amines biogènes (1) Synthèse Par décarboxylation des acides aminés Phospholipids (decarboxylase) Inactivation Par oxydation du groupement amino > aldehyde > COOH (MonoAmine Oxydase MAO- aldehyde dehydrogenase) + NH4+ DOI: 10.3892/mmr.2014.2040 34 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.3. Les amines biogènes (2) Glutamate et GABA GABA shunt (SNC) Succinate/α-KG (via cycle de Krebs) γ Nature Neuroscience volume13, pages2–4 (2010) GABA: neurotransmetteur inhibiteur NMDAR: N-methyl D Aspartate receptor Récepteur ionotropique au Glu Si sa synthèse diminue, il y a risque d’épisodes épileptiques. Des analogues de GABA sont utilisés pour traiter l’épilepsie et l’hypertension. 35 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.3. Les amines biogènes (2) Glutamate et GABA GABA shunt (SNC) Succinate/α-KG (via cycle de Krebs) 36 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.3. Les amines biogènes (3) Histamine Histamine: Contraction des muscles lisses dans les bronches. Vasodilatateur puissant libéré en grande quantité dans la réaction allergique. Stimule la sécrétion acide dans l’estomac (cellules pariétales). Des analogues structuraux sont utilisés comme antagonistes. 37 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.3. Les amines biogènes (4) Synthèse dans les cellules entéroendocrines (intestin) Serotonine = 5-HT (5-Hydroxy tryptamine) Régulation de la motilité intestinale Régulation des métabolismes glucidique et lipidique Synthèse dans les neurones du SNC.  Stimule la lipolyse adipocytaire Régulation de l’appétit, le sommeil,  Stimule la néoglucogenèse hépatique l’humeur, la mémoire Stimule la production de cytokines Trp hydroxylase 5-HT précurseur de mélatonine. “hormone of darkness” (glande pinéale) 38 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.3. Les amines biogènes (5) Dopamine. Dans les neurones du SNC, elle régule le plaisir, la récompense, la persévérance. https://www.drugabuse.gov/publications/drugs-brains-behavior-science-addiction/drugs-brain Tyrosine hydroxylase (BH4)/ Aromatic aminoacid decarboxylase => Dopamine. Epinéphrine /Adrénaline. Contraction cardiaque et pression sanguine Dopamine β-hydroxylase (ascorbate) / N-methyl transferase Nor/Epinéphrine (Nor/Adrénaline). Régulation du métabolisme glucidique et lipidique 39 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.4. Synthèse d’oxyde nitrique (1) Synthèse Substance gazeuse diffusant librement à travers les membranes (effet local 1 mm) Synthétisée à partir de l’Arginine en 2 étapes par la nitric oxide synthase (NO synthase) Enzyme contenant 4 cofacteurs (FMN, FAD, BH4, Heme) 40 10. Biosynthèse de biomolécules à partir des acides aminés 10.4. Synthèse d’oxyde nitrique (2) Fonctions  Le NO synthétisé par les cellules endothéliales et les neurones diffuse vers les cellules musculaires lisses ⇒ Stimule l’activité Guanylate cyclase => [cGMP] augmente ⇒ relaxation des muscles  dilatation des vaisseaux sanguins Fonctions  Le NO synthétisé par les cellules phagocytaires (enzyme inductible iNOS) ⇒ Combiné aux ions superoxides (O2-) 2. Superoxide dismutase => Formation de peroxynitrite (ONOO-) ⇒ Attaque des membranes bactériennes ⇒ Lyse bactérienne 41 11. Cibler le métabolisme des acides aminés pour une thérapie anti-cancer? Pourquoi?  Les cellules tumorales ont des besoins métaboliques accrus et une demande augmentée en acides aminés pour assurer des fonctions diverses.  Certaines cellules tumorales deviennent auxotrophes pour certains acides aminés et donc dépendantes de l’apport extérieur de ceux-ci. Cibles?  Transport intracellulaire des acides aminés: limiter leur entrée  Enzymes de la voie de biosynthèse des acides aminés pour déplétion 42 11. Cibler le métabolisme des acides aminés pour une thérapie anti-cancer? Voie de biosynthèse de l’asparagine dans les LAL Les cellules normales Synthétisent Asn via Asn Synthetase (AS) Les cellules tumorales LAL (Leucémie Aigüe Lymphoblastique) utilisent Asn produite par les cellules normales Traitement par Asparaginase (E.coli) =>Arrêt de la synthèse protéique ⇒ Arrêt du cycle cellulaire ⇒ Apoptose des cellules tumorales 43 11. Cibler le métabolisme des acides aminés pour une thérapie anti-cancer? Métabolisme de Gln/Glu  Gln/Glu: Rôles multiples dans le métabolisme Source énergétique via Glu > αKG > ATP Source de N pour les pyrimidines et purines Précurseur de glutathione via Glu  Glutaminase: Permet conversion Gln > Glu  Cellules cancéreuses « Gln-addicted »  Voies de recherche anti-tumorales  Inhibition des transporteurs membranaires  Inhibition de la Glutaminase 44 11. Cibler le métabolisme des acides aminés pour une thérapie anti-cancer? Métabolisme de Ser/Gly  Ser: Rôles multiples dans le métabolisme Structure lipides membranaires Source de Gly et Cys Précurseur pour les nucléotides (1-C metabolism via folates THF-FH4)  Cellules cancéreuses  Ser: 3eme nutriment consommé le plus rapidement par ces cellules en culture  Présentent un flux accru vers la synthèse de novo; ela PHGDH est souvent surexprimée dans les tumeurs (diapo 5)  Voies de recherche anti-tumorales Cibler cette activité enzymatique 45 11. Cibler le métabolisme des acides aminés pour une thérapie anti-cancer? Métabolisme de Arg  Arg: Source majeure: apport alimentaire Rôles multiples dans le métabolisme Structure des protéines Intermédiaire du cycle de l’urée Précurseur de NO (signalisation cellulaire) Précurseur de Agmatine (via l’ Arg decarboxylase) = composé neuromodulateur  Cellules cancéreuses  Arg: effet « bipolaire » pro- ou anti-tumoral (lié à la [NO]?)  Certaines tumeurs sont auxotrophes pour Arg (OTC et ASS-déficientes)  Voies de recherche anti-tumorales Viser la déplétion en Arg par: ADI: Arg deiminase microbienne (Arg > Citrulline) Arginase 1 (Arg > Ornithine) 46  EXERCICES COURS 12 Question 1 La dégradation des acides aminés peut être classifiée en familles correspondant aux produits de chaque voie catabolique. Lequel de ces métabolites est l’un de ces produits de fin de voie? A. Citrate B. Glyceraldehyde 3-Phosphate C. Fructose 6-Phosphate D. Malate E. Succinyl CoA 47  EXERCICES COURS 12 Question 2 Un nouveau-né présente des niveaux sanguins élevés de phenylalanine et phenylpyruvate. Laquelle de ces enzymes pourrait être déficiente ? A. Phenylalanine dehydrogenase B. Phenylalanine oxydase C. Dihydropterine reductase D. Tyrosine hydroxylase E. TH4 synthase 48  EXERCICES COURS 12 Question 3 Le PLP est requis pour l’une des voies ou l’une des réactions suivantes. Indiquer laquelle? A. Phenylalanine  tyrosine B. Methionine  Cyst + α-Ketobutyrate C. Propionyl CoA  succinyl CoA D. Pyruvate  acetyl CoA E. Glucose  glycogène 49  EXERCICES COURS 12 Question 4 Un nouveau-né présente des symptômes de la maladie du sirop d’érable et des niveaux sanguins élevés d’acide lactique (acidose lactique). Dans le cadre d’un désordre causé par une mutation d’un seul gène, lequel des composés est un substrat pour la protéine mutée? A. Un α-Keto acid B. Un acide aminé C. Les monosaccharides D. Les nucléotides E. Les nucléosides F. Les acides dicarboxyliques 50  EXERCICES COURS 12 Question 5 Un nouveau-né vint d’être diagnostiqué ayant une phenylcétonurie classique. Une partie du traitement consiste à supplémenter la diète avec des quantités importantes de tryptophane, leucine et tyrosine. Pour quelle raison? A. Pour inhiber l’activité de la Phenylalanine hydroxylase B. Pour augmenter la synthèse des neurotransmetteurs C. Pour augmenter l’activité de la Phenylalanine hydroxylase D. Pour stimuler la synthèse protéique E. Pour diminuer la synthèse protéique F. Pour diminuer la synthèse des neurotransmetteurs 51  EXERCICES COURS 12 Question 6 Les acides aminés sont des substrats importants pour la néoglucogenèse durant le jeûne. Lequel de ces acides aminés arrivant au foie est le principal contributeur à la néoglucogenèse ? A. Alanine B. Glycine C. Cystéine D. Pyruvate E. Tryptophane 52  EXERCICES COURS 12 Question 1 Un individu présente une déficience en vitamine B6. Lequel de ces acides aminés, est-il encore en mesure de synthétiser, étant ainsi considéré comme non-essentiel? A. Tyrosine B. Serine C. Alanine D. Cysteine E. Aspartate 53  EXERCICES COURS 12 Question 2 Une déficience en acide folique est susceptible d’interférer avec la synthèse duquel des acides aminés ci-dessous produit à partir des précurseurs indiqués? A. Aspartate à partir d’oxaloacetate et glutamate B. Glutamate à partir de glucose et ammoniaque C. Glycine à partir de glucose et alanine D. Proline à partir de Glutamate E. Serine à partir de Glucose et Alanine 54  EXERCICES COURS 12 Question 3 Les acides aminés sont des substrats importants pour la néoglucogenèse durant le jeûne. Lequel de ceux-ci est l’acide aminé majeur reçu par le foie pour la synthèse de glucose ? A. Alanine B. Glycine C. Cysteine D. Pyruvate E. Tryptophane 55  EXERCICES COURS 12 Question 4 Lequel de ces acides aminés est nécessaire pour synthétiser du glutathion, un important anti-oxydant cellulaire? A. Glutamine B. Glutamate C. Proline D. Ornithine E. Arginine 56  EXERCICES COURS 12 Question 5 L’un des symptômes associés à une déficience en vitamine B6 est la démence. Cela pourrait être lié à une incapacité de synthétiser de la serotonine, norepinephrine, histamine et GABA, à partir de leur acides aminés précurseurs respectifs. A quel type de réaction est associée la vit B6? A. Hydroxylation B. Transamination C. Deamination D. Decarboxylation E. Oxydation 57