METABOLISME DES PROTEINES: Bilanl2bichat2012-2013.weebly.com/uploads/1/3/9/0/13905422/cours_6... · L’évaluation du métabolisme des protéines et du « bilan Azoté » est une

METABOLISME DES PROTEINES:

Bilan

ERLICH D & BEAUDRY PSERAZIN V

I- LES PROTEINES I-1 RappelsI-2 Schéma généralI-3 Renouvellement des protéines

II- LE BILAN AZOTEIII- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES

III-1 AlimentationIII-1-1 Aspects quantitatifsIII-1-2 Aspects qualitatifsIII-1-3 Digestion et absorption des protéines

III-2 ProtéolyseIII-2-1 Système lysosomalIII-2-1 Système lysosomalIII-2-2 Système Calcium dépendantIII-2-3 Système « Protéasome »

III-3 Synthèse de novo des AAIV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES

IV-1 Synthèse des ProtéinesIV-2 Synthèse des autres composés azotés

IV-3 Dégradation irréversible des AAIV-3-1 Perte du groupement amine

IV-3-2 Elimination de l’azoteA- Origine de l’Azote sous forme NH3B-Synthèse de la GlutamineC-Cycle de l’AlanineD-Cycle de l’UréeE-Ammoniogenèse rénaleF-Pathologie

IV-3-3 Devenir de la chaine carbonéeIV-3-3 Devenir de la chaine carbonéeA-CetogénèseB-NéoglucogénèseC-Synthèse des Acides Gras

V—REGULATION du métabolisme ProtéiqueV-1 Echanges interorganes de la GlutamineV-2 Régulation nutritionnelle

post-prandial (nourri)post-absorptif (à jeun)

V-3 Régulation Hormonale

L’évaluation du métabolisme des protéines et du « bilan Azoté » est

une pratique quotidienne en clinique.

Paramètres cliniques: -masse corporelle, masse musculaire-évaluation des fonctions rénales, hépatiques,digestives, hormonales,neuropsychiatriques

Examens de laboratoire courants:-Protidémie-Protidémie-Albuminémie-Electrophorèse des protéines sériques-Ammoniémie-Amino-Acidémie-ASAT, ALAT-Urée et creatinine (sang & urine)

Protéines: Molécules comportant de l’Azote et composées d’uneséquence d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.

-Synthèse à partir de 20 acides aminés (AA)

-AA reliés par des liaisons peptidiques (CO-NH)-Contrôle génétique de chaque séquence peptidique

I- LES PROTEINES

Macromolécules essentielles à la vie

1- Rappels

-Contrôle génétique de chaque séquence peptidique

-Azote = N est leur constituant caractéristique-Renouvellement perpétuel « turnover protéique »

-Grande quantité +++ (10 000 protéines chez un eucaryote)

-Grande diversité de taille et de structure

I- LES PROTEINES

1- Rappels (suite) Classification des AA

AA à chaîne aliphatique: G, A, V, L, I

AA aromatiques: F, Y, W

AA soufrés: C, M

AA hydroxylés: S, T

AA basiques: K, R, HAA basiques: K, R, H

AA acides et leurs amides: D, E, N, Q

Proline (P) fonction amine secondaire (� coudes)

Séquence en AARepliement de la

structure primaire

Structure des protéines (Rappel): diversité +++

I- LES PROTEINES1- Rappels

Repliement de la structure secondaire

Liaison non covalente entre

plusieurs protéines

Diversité des fonctions +++

-Structure (Collagène, kératine …)-Contractiles (Myosine, Actine)-Transport (Albumine, Hb …)-Immunitaire (Immunoglobulines, cytokines …)-Enzymatique (quasiment toutes !)


-Enzymatique (quasiment toutes !)-Hormonales et neuromédiatrices-Transduction (Récepteurs, Protéines G …)-Régulation de l’expression du génome (Facteurs Transcriptionnels)

60%

80%

100%

Eau extracellulaire (25% ≈ 20 l)

Eau intracellulaire (37% ≈ 25 l)

Masse corporelle ≈≈≈≈ 70 kg

Masse maigre Protéines (16% ≈≈≈≈ 10 kg)

Importance vitale des protéines +++


0%

20%

40% Minéraux (6% ≈ 4 kg)

Graisse (10-30% ≈ 10 kg)Masse grasse

Les compartiments corporels selon Brozek(Enseignement de nutrition, collège des enseignants de nutrition)

2- Schéma général du métabolisme protéique (chez un adulte en bonne santé)

PROTEINES(≈ 10 kg)

��AA LIBRES��(≈ 70 g/j)

Protéolyse(≈ 300 g/j)

Synthèse protéique(≈ 300 g/j)

Apports exogènes Dégradation irréversible

Renouvellement ou« Turnover protéique »

I- LES PROTEINES

ENTREES SORTIES

(≈ 70 g/j)

Biosynthèse des autres produits azotés

Apports exogènes(≈ 80 g/j)

Synthèse de novo(endogène)

Dégradation irréversible(≈ 80 g/j)

(UREE, NH4, CO2)

Les AA excédentaires ne sont pas stockés: ils sont dégradés

3- Renouvellement des protéines +++ Les protéines de l’organisme participent de façon très variable aurenouvellement protéique global

En fonction 1- de l’importance qualitative de la protéine(muscles, foie, intestin, peau)

2- de la rapidité de renouvellement de chaque protéine

Ex: Protéines du cristallin: renouvellement = 0

I- LES PROTEINES

Ex: Protéines du cristallin: renouvellement = 0Stock ApoB100 des VLDL: renouvelé 3 fois/j

Renouvellement des P musculaires = 20 %" P hépatiques = 10%

du renouvellement global

Variations du renouvellement protéique +++

Selon l’âge: NNé 15 g/kg/j >> adulte 4 g/kg/j Synthèse >> protéolyse

Selon l’état nutritionnel: � au cours du jeune (Protéolyse > synthèse)

Selon l’état pathologique:Situations cataboliques (syndrome inflammatoire, traumatisme, sepsis, brûlés)

Renouvellement x 3-4

3- Renouvellement des protéines +++ I- LES PROTEINES

Renouvellement x 3-4 mais pas de gain protéique!

Hépatique +++ = synthèse des P inflammatoiresMuscle produit des AA (Protéolyse > Synthèse)

� Possible dissociation entre synthèse protéique et gain protéiquesynthèse et catabolisme

Ce renouvellement protéique +/- rapide permet:

-meilleure adaptation aux différentes circonstances

nutritionnelles et physiopathologiques

-l’élimination des protéines vieillies

-rôle dans la reconnaissance immunitaire +++ par

3- Renouvellement des protéines +++ I- LES PROTEINES

-rôle dans la reconnaissance immunitaire +++ par

génération de peptides

II- LE BILAN AZOTEContrairement aux microorganismes et végétaux, l’Homme ne sait pasincorporer l’azote de l’environnement (NH4+) dans ses constituantsbiochimiques

Il est donc dépendant des apports de composés Azotésapportés par l’alimentation ⇒⇒⇒⇒ Economie précise de l’Azote

Alimentation Dégradation des AA (urée, NH4, CO2)

Entrées Sorties

AlimentationProtéolyse

Synthèse de novo des AA

Dégradation des AA 4 2

Synthèse des protéinesSynthèse des autres produits azotés

II- LE BILAN AZOTE

Le bilan azoté est normalement équilibré

Protéolyse Synthèse desProtéines

Synthèse desautres

composés azotés

Hème, mono/polyaminesNucléotides, Glutathion,NO,coenzymes nucléotidiques…Absorption

des AA =

Acide aminé

Squelette des atomes de carbone

Glucose Acétyl-CoA Corps cétoniques

Urée

Catabolisme des AAdes AA

ΣΣΣΣ de novo AA

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES

III-1 Alimentation = Apport des AA exogènesCorrespond à l’apport alimentaire en protéines qui subissent leurdigestion au niveau du tractus digestif

III-1-1 Aspects quantitatifsChez l’adulte, en pays développé, apports ≈ 70-100 g/j

Besoins recommandés: �� 4-6 moisBesoins recommandés:

55 g 45g/j 110 g/j

�� 4-6 mois

Dépendent de l’apport ε par les autres nutrimentsde l’âgede l’activité physique

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREESIII-1 Alimentation = Apport des AA exogènes

III-1-1 Aspects quantitatifs (suite): en pathologie ��

KwashiorkorCarence protéique

Marasme

Carence εεεε globale(P, vitamines, minéraux)

E de 6 mois-3ansau moment du sevrage

Pays en voie de développementAnoréxie

Opérés, cancéreux, brûlésPerte protéique >> besoins


III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes

III-1-2 Aspects qualitatifs- AA essentiels / AA non essentiels

Leu Thr Lys Trp Phe Val Met Ileu (+ His & Arg chez l’E)

- Protéines alimentaires +/- bonne qualité (contenu en AA essentiels)

P œufs, lait viande animale >> P végétalesP œufs, lait viande animale >> P végétales

III.1.2 aspects qualitatifsles a.a. essentiels et non essentiels

Essentiels (Leu Thr Lys Trp Phe Val Met Ileu. Et chez l'enfant en plus His Arg) : apportés exclusivement par l'alimentationNon essentiels (Gly, Asp, Asn, Glu, Gln, Pro, Tyr, Ser, Cys, Ala) :peuvent être synthétisés par l'organismeNB1 : la notion d'aa essentiel varie d'une espèce à l'autreNB2 : l'apport alimentaire doit être équilibré


III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes

III-1-3 Digestion et absorption des protéines

dénaturationpepsine

ENTEROCYTE capillaire

Estomac

TrypsineChymotrypsineElastasecarboxypeptidases

Lumière intestinale

EndopeptidasesAminopeptidasesDipeptidases

Bordure en brosse

DipeptidasesTripeptidases

AA

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREESIII-1 Alimentation = Apport des AA exogènesIII-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite)

-Digestion gastrique: dénaturation des P par l’aciditéaction de la pepsine (protéase non spécifique, active à pH2)

-Digestion dans lumière intestinale:Endopeptidases pancréatiques (trypsine, chymotrypsine, élastase)sécrétés « zymogènes inactifs » et convertis en enzymes actifsExopeptidases (carboxypeptidases A et B)

-Digestion de contact (Mb plasmique des c intestinales)-Digestion de contact (Mb plasmique des c intestinales)Aminopeptidases

-Absorption non spécifique des AA (neutres et basiques), di et tripeptides

-Digestion intraentérocytaire des di et tripeptides

-Absorption des AA �� veine porte

Lumière Sang

Pôle apical Pôle basalC intestinale

Systèmes de transport des AA

-propre aux AA neutres(AA aromatiques & aliphatiques)

-propre aux AA basiques

Na+

Na+

Systèmes detransport des


III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite)

�� Absorption des AA essentiels

-propre aux AA basiques

-propre à la Gly, Pro et OH Pro

-propre aux AA acides

Transport actif +/- lié au Na+

AA requièrentl’activité despompes Na/K



-AA absorbés (veine porte) �� FOIE-60-80% transaminations = Phénomène d’extraction

-Apport de 150g/j par la veine porteP alimentaires (70-100g/j)P sécrétées par le tube digestif (50g/j)

(enzymes, mucus, débris c)

oxydations splanchniqueΣΣΣΣ P hépatiques (affecté par l’âge et état nutritionnel)

-20% (AA branchés) passent dans la circulation générale

Permet à AAcidémie de rester ∼ normale même au cours d’une chargeprotéique alimentaire importante.



�� En pathologie:��Maladie d’Hartnup: déficit en transporteur d’AA neutres et

aromatiques (TRP ++) Absorption intestinale � et élimination urinaire �

1/24 000 - Ataxie cérébelleuse, éruption cutanée (pellagre),

��Cystinurie déficit en transporteur Cys/Arg/Lys-intestin: � absorption Cys � Met ⇒ pas de déficit-reins: � excrétion urinaire de Cys ⇒ calculs rénaux-reins: � excrétion urinaire de Cys ⇒ calculs rénaux

�Maladie coeliaque (intolérance au gluten):maladie autoimmune – villosités de l’intestin grêle ⇒ malabsorption (vit B12)

��Phénylcétonurie (déficit en phénylalanine hydroxylase) saturation destransporteurs des AA aromatiques par F ⇒ déficit des autres AA aromatiques(tyrosine et trytophane)Dépistage à la naissance, retard mental à long terme


III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes

-Source principale d’AA pour l’organisme (75%)

-Progression des connaissances depuis ces 10 dernières années +++

-« ménage cellulaire » -Renouvellement basal des P-Élimination des P anormales

-Difficultés d’étude car la protéolyse a de multiples fonctions

-Genèse des peptides antigéniques (� P endo & exogènes)

-Production d’εεεε en situation de carence

-Régulation de l’abondance tissulaire des P

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREESIII-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes

� Système lysosomal: Foie, reins +++ (< 15% protéolyse)ATP dépendant

Protéases +++ réparties en 3 systèmes

� Système calcium dépendant: Calpaïne-CalpastatineCytosolique⇒ dégradation des P du cytosquelette +++⇒ dégradation des P du cytosquelette +++

� Système « Protéasome » (ATP dépendant) Muscle +++� dans les états cataboliques +++

Système des Caspases


III-2-1 Système lysosomal: peu spécifique- Foie et reins +++

� P extracellulairesEndocytose

- protéases actives en milieu acide = CathepsinesDans des vésicules lysosomales ⇒ endocytose des P à dégrader

� P intracellulaires à ½ vie longue

� Membranes cellulaires, organitesAutophagie


III-2-1 Système lysosomal (suite)

�� Nécessite de l’ATP ⇒ pH acide

H+ATP

� Séquences « signal » KFERQLys-Phe-Glu-Arg-Gln

Motifs exposés au fur et à mesure du vieillissement de la Pciblage selectif des P dégradationciblage selectif des P ⇒⇒⇒⇒ dégradation

�� Carence nutritionnelle +++

Jeûne


III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes

III-2-2 Système calcium dépendant: Calpaïne-Calpastatine

3 calpaïnes cytosoliques dont l’activité dépend de [Ca2+](pH 7)

� Dégradation des Protéines du cytosqueletteportant les séquences PESTportant les séquences PEST

Pro-Glu-Ser-Thr


III-2-3 Système « PROTEASOME

Complexe multienzymatique

19S

20S26S-Complexe 20S: Protéolytique (14 su ≠)

-Complexe 19S: Régulateur (> 18 su ≠, dont ATPasiques)

Founit l’��εεεε�� assemblage 20S + 19S� protéolyse

-Complexe 20S: Protéolytique (14 su ≠)

P marquées par l’Ubiquitine


III-2-3 Système « PROTEASOME (suite)

�Dégradation des P intracellulaires(enzymes limitantes, P régulatrices)

�Dégradation des P anormales

�Intervient ds la présentation des Antigènesaux molécules de classe I du CMHaux molécules de classe I du CMH

� � Ds les états cataboliques

Majorité de la protéolyse au niveau musculaire +++



Ubiquitine: 76 AA, séquence conservée +++Se fixe sur les P à dégrader(Liaison covalente–Lys)

E1 activent Ub (2 isoformes)

E2 conjuguent Ub (> 25 isoformes)

Catalysent la liaison Ub – P+/- E3 = Ub ligases (>150 isoformes)

ATP

+/- E3 = Ub ligases (>150 isoformes)

Multiples combinaisons E2/E3⇒⇒⇒⇒ régulation fine +++ d’un très grand nombre de P ≠≠≠≠

P poly-ubiquitinée �� protéasome ⇒⇒⇒⇒ dégradée



�� Signal pour l’ubiquitinationAA en position N-terminale

AA stabilisants: Met, Ser, Gly (P à ½ vie longue)AA déstabilisants: Arg, Lys, His (P à ½ vie courte)



� Pathologie:�Cancers: Déstabilisation d’antioncogènes

-du col: HPV � protéine E6 � + Ub ligase E3 ⇒ Ub-p53-colorectal: + Ub ligase E3 spécifique de p27

(modulateur négatif du cycle cellulaire)�Maladies neurodégénératives (Parkinson, Alzheimer…)

Accumulation de P mal repliées ⇒ machinerie Ub-protéasome Accumulation de P mal repliées ⇒ machinerie Ub-protéasome inefficace pour dégrader les P anormales

PROTEOLYSE EN BREF

Régule- Transcription des gènes- Progression du cycle cellulaire- Rythmes circadiens- Réponse inflammatoire- Suppression des tumeurs- Métabolisme du cholestérol

Consomme de l’énergie +++

Régulée +++par conditions nutritionnelleset hormonales

- Métabolisme du cholestérol- Apprêtement des Ag


H

R

Cα COO-H3N+

Squelette carbonéProvient de 3 chaînes métaboliquesmajeures: Glycolyse, voies des pentoses

III-3 Synthèse de novo des AA: structures de base

Provient de 3 chaînes métaboliquesmajeures: Glycolyse, voies des pentosesphosphates, cycle de Krebs

6 voies métaboliques pour la ΣΣΣΣ des AA

Groupe amine � Glu ou Gln parune réaction de transamination


III-3 Synthèse de novo des AA: Transaminations +++

Transamination: transfert le groupe amine d’un AA vers un autre AA

Réversible(biosynthèse et dégradation des AA)

Coenzyme +++Phosphate de pyridoxal (�� vitB6)

Besoins: 2mg/jBesoins: 2mg/jCarences vraies rares

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREESIII-3 Synthèse de novo des AA: Transaminations +++2 réactions de transamination de loin les plus fréquentes +++

ASAT: ASp Amino Transférase ou Serum Glu Oxaloacétate Transférase

ALAT: ALa Amino Transférase ou Serum Glu Pyruvate Transférase

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREESIII-3 Synthèse de novo des AA: Transaminations +++

�� But final des transaminations spécifiques de nombreux AA estde recueillir l’ensemble des groupes amines sur un seul collecteur:

Acide αααα cétoglutarique (ααααCG) �� Glutamate (Glu)

�� Finalité des transaminations: redistribuer l’azote ingéré de façonadéquate entre les ≠ AA nécessaires à la Σ protéique

�� ALAT et ASAT: FOIE+++marqueurs de l’intégrité hépatique

IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES

IV-1 Synthèse des protéines

AA libres


IV-2 Synthèse des autres composés azotés

Hème & porphyrines (� Gly)

Monoamines, polyaminessérotonine (� Trp), GABA (� Glu)

dopamine-adrénaline-mélanine (� Phe, Tyr)

Thyroxine (� Phe, Tyr)

Nucléotides (purines & pyrimidines) (� Asp, Gln, Gly)

Coenzymes nucléotidiquesCoenzymes nucléotidiques(NAD, NADP, FAD, CoA)

Glutathion (�� Glu)

CréatineNO (�� Arg)

UréeCarnitine


IV-3 Dégradation irréversible des AA = catabolismeoxydatif des AA

AA

Squelette des atomes de carbone

Glucose Acétyl-CoA Corps

Perte du groupe carbonéPerte du groupe aminé

Mécanismegénéral

Glucose Acétyl-CoA Corps cétoniques

UréeMécanisme spécifique de l’AA

IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIESIV-3 Dégradation irréversible des AA

IV-3-1 Perte du groupement amineFOIE +++3 mécanismes:

a-Désaminations oxydativesb-Désaminations non oxydativesc-Transaminationsc-Transaminations


IV-3-1 Perte du groupement aminea-Désaminations oxydatives (mitochondrie)

NAD(P) NAD(P)H

Glutamate αααα CétoglutarateNH4+

Glutamate deshydrogénaseFOIE et REIN


IV-3-1 Perte du groupement amine a-Désaminations oxydatives (suite)

Quantitativement très importante, reversible

�� Désamination oxydative Glu �� ααααCG + NH4+

Glutamate deshydrogénase Enzyme allostérique

Régulée +++ATP & GTP: inhibiteurs allostériquesADP & GDP: activateurs allostériquesADP & GDP: activateurs allostériques

Déficit énergétique cellulaire ⇒⇒⇒⇒ active le catabolisme des AA


IV-3-1 Perte du groupement amine a-Désaminations oxydatives (suite)

�� Désaminations oxydatives à FAD ou FMN

Importance métabolique mineure

Irréversible

HépatiqueHépatique


IV-3-1 Perte du groupement amine

b-Désaminations NON oxydativesCertains AA peuvent être désaminés directement: S (Ser), T (Thr) +++

H (His)

Sérine � Pyruvate + NH4+

Thréonine � α cétobutyrate +NH4+

Déshydratases (déshydratation puis désamination)

c-Transaminations (cf III-3)


IV-3-1 Perte du groupement amine: CONCLUSIONLes AA naturels, à l’exception fondamentale de GLN et ASN (etaccessoirement Ser, thr, His) ne peuvent être désaminés directement

⇒⇒⇒⇒ Transamination

Le groupe aminé de nombreux AA est transféré à ααααCG ��

Glu qui subit une désamination oxydative �� NH4+ �� UREE

α cétoacide

αααα CG

GLU

NH4+

NAD(P)

NAD(P)HASPALA

Couplage ⇒ régénération de αCG +++


IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTEDes tissus autres que le foie dégradent des AAEx: Muscle +++ Jeune

Exercice prolongé AA = source ��εεεε��1-Tissus périphériques exportent l’Azote vers le FOIE

� sous forme de GLN (GLU + NH4+), Glutamine synthétase� sous forme de ALA dans le muscle +++ (Cycle de l’ALA)

2-Dans le Foie: GLN �� GLU + NH4+ ⇒⇒⇒⇒ UREE +++3-Dans les Reins: élimination sous forme NH4+

∼∼∼∼ 20% de l’Azote urinaire total

� sous forme de ALA dans le muscle +++ (Cycle de l’ALA)


IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTEPourquoi faut-il éliminer NH3 ?? NH3 TOXIQUE +++ si ��

NH3, liposoluble � CERVEAU

NH3 + αCG � glutamate ⇒ Déplétion en ααααCG

Cycle de Krebs ralenti� Phosphorylation oxydative bloquée � �� ATPMort des cellules neuronalesMort des cellules neuronales

Glutamate + NH3 � Glutamine ⇒ �� GLU

Or GLU précurseur du γ aminobutyrate, GABA � (neurotransmetteur)

�� COMA


IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE

A- Origines de l’Azote sous forme d’Ammoniaque (NH3)

Catabolisme des AA� Transaminations

+ Désamination Oxydative Glu

�� Désaminations non oxydatives

Origine ENDOgène Origine EXOgèneDésaminations dans l’intestin

AA ingérés/rétrodiffusésUrée rétrodiffusée

Désaminases/uréasesbactériennesDésamination GLN: glutaminase

Désaminations des Bases PUR-PYRDésaminations des Monoamines

(sérotonine, histamine,dopamine, adrénaline)

Désamination du carbamyl phosphate

bactériennes

NH3 � 4/5 absorbés

Veine Porte � FOIE

1/5 � fèces (NH4+)

Désamination GLN: glutaminase



B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q

Utilisée pour la synthèse de nombreux composés +++

GLN Transporteur d’Azote entre les tissus�� Foie: Glutaminase Uréogenèse�� Reins: Glutaminase Ammoniogenèse

AA le plus abondant dans le plasma

Utilisée pour la synthèse de nombreux composés +++- Substrat pour ΣΣΣΣ bases PUR & PYR- Précurseur de Pro, Orn, Arg



B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q

GLU + NH3 + ��ATP�� GLN + ADP + Pi

Glutamine synthétase

Dans TOUS les tissus (FOIE, MUSCLE +++) SAUF intestin et reinshépatocytes périveineux

Glutamine synthétase Enzyme allostériqueGlutamine synthétase Enzyme allostérique

Régulée +++par rétroinhibition cumulative et multivalente

Cette régulation joue un rôle critique dansle contrôle du métabolisme de l’azote


IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q

Glutamine synthétase

Active sous forme désadényléeInactive sous forme adénylée

(covalente-AMP)adénylyl transférase + P régulatrice (PA)

PA�� PB uridylyl transférase régulée

Cascade enzymatique ?

- Amplification des signaux- Amplification des signaux

- Régulation très fine du fluxd’azote dans la cellule

TRAFIC de la GLUTAMINE

GlutamineGLN synthétase

TISSUS PERIPHERIQUES

Glutamine

UrinesUréogenèse Ammoniogenèse

Urée NH4+

FOIE

REINS

Glutaminase Glutaminase

IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIESIV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE

C- Muscle: Cycle de l’Alanine

NH4+

MuscleFoie

Lors du jeûne ou d’un excercice prolongé, le muscle utilise les AAcomme source d’εεεε ⇒ production d’Azote

1- Réactions de transaminations �� GLUGLU transaminé en ALA � SangFoie, capte ALA � PYR (transamination)

PYR � Glucose

GLU

ALAALAPYR

PYR � Glucosegroupe aminé � Urée

2- Transporté sous forme de GLN


D- FOIE: Cycle de l’URÉE +++

GLN est converti en GLU Glutaminase

Exclusivement dans le FOIE +++

GLN �� GLU + NH3

Urée contient 2 N/molécule 1er �� NH32ème �� ASP

Cycle de l’URÉE

Hépatocytes périportaux

Urée: neutre, soluble +++, non toxique, pas de fonction métabolique

Voie préférentielle d’élimination de l’azote en excès


Métabolisme hépatique de la GLN d’après D Haüssinger


D- Cycle de l’URÉE

mitochondrie

HEPATOCYTEpériportal

CPSI(Carbamyl P Synthetase I)

2 ATP + HCO3- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi

1er N

ASP 2ème N

ATP ASSUréeNH2O

Ornithine Citrulline

Pi

OTC(Ornithine

transcarbamylase)

KREBS

Arginine

Fumarate

ASL(Argininosuccinate

lyase)

Argininosuccinate

ATP

AMP + PPi

ASS(Argininosuccinate

synthetase)ArginaseH2O

Urée

CNH2

NH2O


D- Cycle de l’URÉE

⇒Transporteurs: -transporteur Citrulline/Ornithine-translocase Glu-Asp

Bilan:HCO - + NH4+ + 3 ATP UREE + 2ADP + 2Pi +

2 réactions ont lieu dans la mitochondrie3 dans le cytosol

HCO3- + NH4+ + 3 ATP UREE + 2ADP + 2Pi +

+ ASP + 2 H2O AMP + PPi + Fumarate

Apport alimentaire en ARG +++La quantité synthétisée par l’Homme est insuffisante pour la Σ des Protéines et pour servir à la production d’Urée

+ 1 ATP


D- Cycle de l’URÉELe Cycle de l’Urée est lié au cycle de Krebs

Cycle del’URÉE

Malate

OA

Fumarate ARG

Argininosuccinate

CR NADH2

Cycle deKrebs

Fumarate

Malate

OACitrullineASP

mitochondrie

αααα AminoAGLU

αααα CétoA, ααααCGTransamination/ GDHase

Régénère l’ASP


D- Cycle de l’Urée: REGULATION1- Carbamyl Phosphate Synthétase I +++

-[Substrats]: NH3 et HCO3-

-Disponibilité en ATP +++-[N acétyl GLU]intramitochondrial: Régulation allostérique

PYR (état NOURRI)PDH

AGGLN �� GLU Acétyl CoA

N acétylGlu synthase

CPSI2 ATP + HCO3

- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi

+AG (Jeûne)Glutaminase

Si dégradation des P �� ⇒⇒⇒⇒ �� GLU ⇒⇒⇒⇒ �� NAG ⇒⇒⇒⇒ �� urée

NAG


D- Cycle de l’Urée: REGULATION

2- Ornithine TransCarbamylase (OTC)

-Disponibilité en Ornithine

ARG � Protéines AlimentairesIntestin (État nourri)

Arginase

Glu � GLN Intestin (Jeûne)P5CS

Intestin (État nourri)


D- Cycle de l’Urée: REGULATION3- ArgininoSuccinate Synthétase (ASS) Disponibilité en ASP

PYRPYR carboxylase

AcétylCoA+

OA GLU

ASAT

GLU

ASP Arginino-succinate

ASSααααCG ASP

ASAT

CIT

ORN

CIT

ORNmitochondrie


D- Cycle de l’Urée: REGULATION (suite)

4-Régulation du taux de synthèse des enzymes du cycle de l’Urée� Synthèse et donc �� Uréogenèse si �� du pool d’AA libres

�� Apports exogènes: Régimes hyperprotidiques

�� Apports endogènes: Etats hypercatabolisme PBrûlesBrûlesTraumatisés +++


D- Cycle de l’Urée: REGULATION (suite)

5- Cycle de l’urée est dépendant du ratio NAD/NADH2

Cycle del’URÉE

ARG

Argininosuccinate

ASP

Malate

OA

Fumarate

NADH2 NAD+

Disponibilité en NAD+⇒ Activité de la chaînerespiratoire +++

Intoxication alcoolique

Cycle deKrebs

Fumarate

MalateOA

CitrullineASP

mitochondrie

αααα AminoAGLU

αααα CétoA, ααααCG

Régénère l’ASP �Intoxication alcooliqueAlcool DHase à NAD+

Le NAD+ est consomméprioritairement pour ladétoxification alcoolique⇒ �� Uréogenèse


E- REINS: AmmoniogenèseA partir de la GLN

GLN + H2O �� GLU + NH3 H+

NH4+ Urée20% de

l’azote urinaire

En conditions cataboliques

glutaminase

En conditions cataboliquesJeûneAcidoseInsuffisance hépatique

��


F- PATHOLOGIE ��

�� Ammoniaque (NH3) dans le sang = hyperammoniémie

A- Hyperammoniémies secondaires

∀ Causes (hépatite aiguë, cirrhose …)

SC: Coma, flapping tremor …Cirrhose : saignements digestifs

�� NH

-Insuffisance Hépatique sévère +++ (� urée)

Cirrhose : saignements digestifs+++ Shunts porto-caves

�� NH3

Bases thérapeutiques: traitement de la cause +++Régime pauvre en protéinesLutte contre le saignement digestifDécontamination digestive

Cirrhotique +++



A- Hyperammoniémies secondaires (suite)

-Acidose ⇒ défaut d’élimination urinaire (NH4+)

-Anomalies héréditaires du métabolisme:-Acidurie Organique (+ acidose métabolique)

-Prématurité: immaturité hépatique & défaut de perfusion

-Déficit ββββ oxydation des AG-Déficit Chaîne Respiratoire



B- Hyperammoniémies PRIMAIRES

Maladies héréditaires du métabolisme de l’urée

1- Déficits en Enzymes du cycle de l’urée- N acétyl Glutamate synthase- CPS I- OCT

ArArLié à l’X

1/ 620001/ 14000- OCT

- ASS- ASL- Arginase

Lié à l’XArArAr

1/ 140001/ 570001/ 700001/ 363000

CPSI2 ATP + HCO3

- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi

ASP

ATP

AMP + PPiASS

ArginaseUrée

Ornithine Citrulline

Pi

OTC

��

�

��

�

��

��

��

�

��

��

��

Arginine

Fumarate

Argininosuccinate

AMP + PPiArginaseH2O

�

ASL�

��

�

��



B- Hyperammoniémies PRIMAIRES

Maladies héréditaires du métabolisme de l’urée

2- Déficits des Transporteurs-ORNT1 (ORN/CIT)

-Citrine (GLU/ASP)

3- Déficits en enzymes satellites-Pyruvate carboxylase-∆∆∆∆1 Pyrroline 5 Carboxylate Synthase


F- PATHOLOGIE �� B- Hyperammoniémies PRIMAIRES

Signes cliniques: 2 groupes

Révélation Neonatale: LETAL(> 24h) Vomissements, léthargie �� COMA

Hypothermie

Révélation Tardive et Adulte: GRAVEFacteurs déclenchants +++Facteurs déclenchants +++SC chroniques: S digestifs et hépatiques

Encéphalopathie chroniqueS neurologiques récurrentsS psychiatriques

SC Aigus: S neurologiques +++S digestifs

IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIESIV-3 Dégradation irréversible des AAF- PATHOLOGIE �� B- Hyperammoniémies PRIMAIRES

Outils diagnostiques:-Ammoniémie

Conditions préanalytiques +++-Acheminée rapidement au laboratoire-Dans la glace

(à T°Ambiante GLN �� GLU + NH3)

-Chromatographie des AA plasmatiques et urinaires

-Chromatographie des Ac organiques urinaires

-Alcalose respiratoire

-Chromatographie des Ac organiques urinaires

-Acide Orotique Urinaire (Carbamyl P �� Ac orotique � Urines)

-Tests de Charge

-Biologie Moléculaire

-Dosages enzymatiques sur biopsies de foieCPS, OTC: muqueuse intestinaleASL, ASS: fibroblastesArginase: érythrocytes

IV-3-3 DEVENIR de la CHAINE CARBONEEcetogenese et neoglucogenese

• CETOGENESE Hépatique mitochondriale

– Acétoacetate, 3 Hydroxybutyrate, Acétone

• Six acides aminés cétogènes :

-Ileu, Trp & Lys, Leu , Phe & Tyr-Ileu, Trp & Lys, Leu , Phe & Tyr

Substrats energétiques :

muscle squelettique et cardiaquecortex rénalCerveau ( partiellement)

IV-3-3 DEVENIR de la CHAINE CARBONEE NEOGLUCOGENESE

Pratiquement tous les a.a. conduisent à des composés impliqués dans le cycle de Krebs. La plupart des a.a. sont considérés comme glucogéniques. Seules Lys et Leu sont cétogéniques, et qq a.a. (cycliques et Ile) sont mixtes.

Aspartate

NEOGLUCOGENESE

• SUBSTRATS : Glycerol, Lactate Acides amines d’origine musculaire Source majeure lors du jeune

FOIE & REIN Mitochondrie : Oxaloacétate tranféré au cyotosol via malate

REGULATIONPyruvate carboxylase activée par Acetyl-coAPEP carboxykinase : Transcription par Glucagon

Seulement cétogènes

Le cycle alanine-glucose : un bon exemple d'intégration des métabolismesdevenir de la chaine carbonée

SYNTHESE des Acides GRAS

Les acides aminés, via les acides organiques correspon-dant, peuvent conduire à la production d’acides gras.Conditions d’ apports protéiques importants.

Trois voies cataboliques de AA conduisent à Acetyl –coATrois voies cataboliques de AA conduisent à Acetyl –coAProduction en quantité de citrate ( Krebs)

Transfert cytoplasmique d’acetyl-coA par citrateFormation cytosolique de Malonyl-coA

V-1 Echanges interorganes de la glutamine

GLUTAMINE• glutamine synthétase • Glutaminase• Le plus abondant des AA circulants (50% pool AA)• Fonctions : transporteur d’azote interorganes

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE

substrat énergétique ( intestin++)substrat privilégié synthèse nucléotidesEffet anabolique pour les protéines

Intestin & Rein : catabolisent GlnMuscle: synthèse GlnFoie : synthèse ou catabolise Gln ,selon équilibre acidobasique

TRAFIC de la GLUTAMINE

GlutamineGLN synthétase

TISSUS PERIPHERIQUES

Glutamine

UrinesUréogenèse Ammoniogenèse

Urée NH4+

FOIE

REINS

Glutaminase Glutaminase

Intestin : 10-20% synthèse protéique de organisme10-20% dépenses énergétique

• catabolise glutamine pour ses besoins énergétiques� transamination entre glutamate/pyruvate alanine → foie



transamination entre glutamate/pyruvate alanine � α-cétoglutarate est oxydé via krebs (ATP) in situ

• utilise glutamine pour synthése proline (croissance) ornithine, citrulline (possede enz CPSI,OCT)

•citrulline est exportée, captée par les reins pour synthèse d’arginine

Muscles• produisent Glutamine et Alanine libérés dans le sang, intense lors

exercice et jeûne• protéolyse musculaire : libère AA ramifiés Val, Ileu, Leu (25%)

AA ramifiés + α KC → α cétoacides ramifiés + Glutamate α cetoacides

→ énergie (via Krebs)



→ énergie (via Krebs)→ foie → corps cétoniques et/ou glucose (jeûne)

glutamate → glutamine (2/3) et alanine(1/3)

• synthèse de la glutamine : à partir NH3 issu de l’AMP lors de l’exercice musculaire , glutamine (60% des AA musculaires) est libérée dans le sang, captée par intestin ++ et rein

• synthèse de l’alanine: transamination du glutamate(ALAT) sur le pyruvate(Ala passe dans sang ,captée par foie transformé en glucose par néoglucogénèse

Reins captent et catabolisent très activement la glutamine hépatique et

musculaire en situation de jeûne. C’est l’ammmoniogénèse rénale: la glutaminase rénale l’hydrolyse en glutamate et NH3• NH4+ → élimination rénale, assure régulation acidobasique de



• NH4+ → élimination rénale, assure régulation acidobasique de l’organisme

• Glutamate → α KC → énergie (Krebs)→ glucose par néoglucogénèse(exercice, jeune)

• Synthèse Arginine à partir de citrulline (issue de l’intestin), permet la production d’urée

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUEV-2- Régulation nutritionnelle

En état NOURRI (post prandial)Intestin: Source d’AA +++AA captés par le FOIE +++

80% métabolisés (extraction splanchnique)

� UREE �� substrats HCO3- et NH3

�� N acétyl Glu �� + CPSI+ enzymes

20% AA ramifiés ++ �� MUSCLE

Protéolyse < Synthèse: bilan > 0

+ enzymesInsuline � ⇒ �� captation AA

�� Protéolyse

�� Synthèse protéique +++ (+ �� apport énergétique)�� Protéolyse

80% AA métabolisés

20% AAGln

Ala

AA

OrganesSynthèse P +++

protéines

Gln

UREE


En état post-absorptif (12-18h après repas) �� Jeûne court

Adaptation au jeûne: Épargner P muscle squelettique+++ (rôle structural… )utilisation des Corps Cétoniques à la place du Glucose (CERVEAU)

FOIE: capte les AA circulants (glucagon) ⇒ ΣΣΣΣ protéiquecapte NH3 � Urée (acidose physiologique)

GLN �� reins �� NH4+

Protéolyse > Synthèse: bilan < 0

�� Insuline (�� libération des AA musculaires)�� Glucagon (�� captation hépatique des AA)

Flux d’AAMUSCLE

vers le foie ΣΣΣΣ protéines essentielles (Alb, Coag …)ALA +++ (Néoglucogenèse)

vers l’intestin: GLN = carburant

Gln

Ala

Gln

NH4+


�� Jeûne > 4 JOURS (Marasme, semaines voir mois)

Catabolisme Protéique +++Épargne maximale ++++

� UREE� Turnover des protéines

�� Préserver les P essentielles (Albumine …)�� Préserver les P essentielles (Albumine …)

⇒ Fonte musculaire

Arrêt de la croissance, � Fréquence cardiaque, Tbles thermorégulation

⇒ �� Dépenses énergétiques


�� Jeûne > MOIS = PHASE TERMINALE

Troubles de la synthèse protéique IRREVERSIBLES

� [corps cétoniques], � [Acides Gras]Protéines = Substrat Energétique +++

�� Excrétion UREE +++

Mortalité élevée Complications infectieuses +++(� immunité)

Défaillance cardiaque (anémie)HypothermieHypoglycémie

Protéolyse >>> Synthèse: bilan <<<< 0

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUEV-2- Régulation nutritionnelleDénutrition protéique aux cours des AGRESSIONS

(grands brulés, opérés, cancéreux, infectés…)

Hypermétabolisme avec hypercatabolisme +++

NNé ≠≠≠≠ Adulte

Au cours d’une agression �� besoins énergétiques�� besoins protéiques

NNé ≠≠≠≠ AdulteRéserves P réduitesBesoins P ++++


V-2- Régulation nutritionnelle

Dénutrition protéique aux cours des AGRESSIONS(grands brulés, opérés, cancéreux, infectés…)

Redistribution des P musculaires vers le foie et tissus cicatriciels

Foie: ΣΣΣΣ P inflammatoires (Fibrinogène, CRP, orosomucoïde..)�� P nutritionnelles (Albumine, Préalbumine …)

�� Turnover des protéines (X 2) ⇒ �� UREE +++

Consomme énergie +++ (Néoglucogenèse +++ � ALA et GLN du muscle)

Protéolyse �� >>> Synthèse �� ⇒⇒⇒⇒ bilan < 0

Fonte musculaire +++

Grâce au flux continu des AA disponibles (2%/98% ds les P)

JEUNE +++ AGRESSIONS

Besoins εεεε � �

Insuline � � (Résistance)

Corps cétoniques +++ 0

Glycogenolyse, lipolyse

� �

Protéolyse � �Protéolyse � �

Protéines squelettiques

= puis � �

Protéines viscérales = puis � � (réponse inflammatoire)

Perte de poids graduelle accélérée

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUEV-2- Régulation HORMONALE

Hormones anabolisantesInsuline �� protéolyse +++

� captation intracellulaire des AA� synthèse protéique ??? (difficile à montrer in vivo chez l’Homme)

Hormone de croissance (médiée par l’IGF1)�� Synthèse protéique (IGF1 = facteur de croissance)�� Synthèse protéique (IGF1 = facteur de croissance)

�� protéolyse

Catécholamines (Adrénaline, Noradrénaline)�� Synthèse protéique et �� protéolyse(ββββ agonistes pour production de viande de boucherie!!)

Stéroïdes sexuels (Testostérone)

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUEV-2- Régulation HORMONALE

Hormones catabolisantes

Glucocorticoïdes +++ �� protéolyse musculaire +++Inhibition de la traduction

Hormones thyroïdiennes ??euthyroïdie indispensable à la croissanceHyperthyroïdie ⇒⇒⇒⇒ fonte musculaireHyperthyroïdie ⇒⇒⇒⇒ fonte musculaire

Glucagon effet modeste (� protéolyse)

Cytokines Globalement catabolisantes (muscle)et anorexigènes

Relations de la dégradation des protéines avec les grandes voies métaboliques

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METABOLISME DES PROTEINES: Bilanl2bichat2012-2013.weebly.com/uploads/1/3/9/0/13905422/cours_6... · L’évaluation du métabolisme des protéines et du « bilan Azoté » est une