Métabolisme des protides et protéines (1)

FGSM2 - Formation Générale aux Soins Médicaux de niveau 2

MED0401 – Nutrition

Pr. Garnotel MAITRE Loan et LENOIR Victor

S4 – 04/01/2021 Correcteur : COLAS Baptiste

E-learning n°5 : Métabolisme des protéines (partie 1)

Plan du cours :

1. Généralités

2. Apport azote alimentaire

E-learning n°5

2.1. Besoins quantitatifs

2.2. Besoins qualitatifs

2.3. Digestion des protéines

3. Métabolisme général des acides aminés

3.1. Généralités

Cours présentiel

3.2. Décarboxylation

3.3. Transamination

3.4. Désamination oxydative

E-learning n°6

3.5. Métabolisme de l’ammoniaque

3.6. Uréogenèse

Cours présentiel

Pathologies liées au métabolisme général des acides aminés

4. Métabolismes particuliers

4.1. Biosynthèse et catabolisme des acides aminés

4.1.1. Biosynthèse des acides aminés non essentiels

4.1.2. Acides aminés glucoformateurs et cétogènes

4.2. Métabolisme de la sérine, de la glycine et des acides aminés soufrés

E-learning n°7

4.2.1. Notions générales. Relations avec vitamine B12 et acide folique

4.2.2. Interconversion sérine-glycine et synthèse des acides nucléiques

4.2.3. Méthionine, homocystéine et réactions de méthylation

4.2.4. Glycine, créatine, créatinine

4.2.5. Cystéine et réactions de sulfatation

Cours présentiel

Pathologies liées au métabolisme de la sérine, de la glycine et des acides aminés soufrés

4.3. Métabolisme de la phénylalanine et de la tyrosine

4.3.1. Hydroxylation de la phénylalanine et phénylcétonurie

4.3.2. Métabolisme oxydatif de la tyrosine

E-learning n°8

4.3.3. Mélanines

4.3.4. Catécholamines

4.3.5. Hormones thyroïdiennes module endocrinologie

4.4. Tryptophane, sérotonine et mélatonine

E-learning n°8 (suite)

4.5. Arginine et NO

4.6. Autres acides aminés

Cours présentiel

Pathologies liées au métabolisme de la phénylalanine, tyrosine, tryptophane, arginine et des acides aminés branchés

5. Etude du métabolisme des acides aminés

Séquence n°1 : Métabolisme des Protides et des Protéines

Généralités

· Les protides.

Sous le terme des protides on regroupe à la fois :

· Les protéines.

· Les peptides.

· Les acides aminés.

Les acides aminés sont au nombre de 20 et sont les constituants de base des protéines et des peptides.

Les protéines sont un assemblage complexe et ordonné d'acides aminés.

Les peptides sont des petites protéines qui sont constitués d'une dizaine d'acides aminés (pouvant aller jusqu’à 10 à 30 acides aminés).

Le but de ce cours est de faire l'étude du métabolisme azoté.

· L’azote.

L'azote est un constituant essentiel de la matière vivante.

Masse atomique = 14

Symbole chimique = N.

Métalloïde le plus abondant après l'oxygène dans l'organisme humain et représente 20% de la masse totale de l'organisme.

Protides : toutes les substances organique contenant de l'azote (acides aminés, peptides, protéines, acides nucléiques et leurs dérivés).

L'azote représente 78% de l'air mais nous ne pouvons pas assimiler directement l'azote présente dans l'air.

L’azote se trouve donc sous différentes formes dans le sol :

· L’azote organique (acides aminés, les protéines, urée),

· L’azote ammoniacal (NH4+),

· L’azote des nitrites (NO2-) et nitrates (NO3-).

· Cycle de l’azote.

Environ 80 % de l’azote se trouve dans l’air, et va être assimilé par les végétaux. Les végétaux vont assimiler l’azote qui, dans le sol va être transformé en nitrite, en nitrate. Ces végétaux vont ensuite être mangés par des herbivores qui a leur tour seront mangés par des carnivores pour donner des protéines et des acides aminés.

Ces herbivores et carnivores produisent des déchets organiques qui vont donner de l’urée. Au niveau de l’azote atmosphérique, il peut être directement transformé en sels ammoniacaux et en nitrites et en nitrates par les bactéries.

Pour l'espèce humaine l'apport d'azote est uniquement alimentaire car nos organismes sont incapables de fixer l'azote atmosphérique ou d'assimiler l’azote des sels azotés.

Les mammifères doivent donc recevoir par l'alimentation leur azote sous forme organique qui sont les acides aminés des protéines essentiellement.

Cet azote est donc digéré, transporté, métabolisé et excrété.

Nous en absorbons beaucoup plus que nous en utilisons.

· Importance biologique des protéines.

Ces protéines ont un rôle majeur au niveau de l’organisme :

Séquence n°2 : apport qualitatif et quantitatif des protéines et leur digestion.

L'azote apporté par les protéines permet d’assurer le métabolisme basal mais également d’autres métabolismes physiologiques comme la croissance.

Il existe deux ordres de besoins :

· Qualitatifs.

· Quantitatifs.

2.1) Besoins quantitatifs en protéines

Il faut opposer les protéines aux glucides et aux lipides, en effet les glucides et lipides sont des « aliments énergétiques » tandis que les protéines sont des « aliments plastiques » (du latin « plasticus » et du grec « plasticos » : qui a le pouvoir de donner la forme) et donnent donc les structures de l’organisme.

Exemple : les muscles en cas d’amaigrissement, la masse musculaire diminue par perte de protéines.

Notion très importante : pas de réserves de protéines donc l’alimentation doit apporter des quantités suffisantes en protéines.

Besoins quantitatifs de l’adulte :

· Chez un adulte, le régime doit apporter suffisamment de protéines pour compenser les pertes quotidiennes (turn-over).

· 1-2% des protéines totales détruites chaque jour et renouvelées en fonction de la durée de vie des protéines.

Par exemple le collagène a une demi-vie d’environ 15 ans (très longue) par contre les protéines plasmatiques et en particulier l’albumine ont des demi-vies plus courtes d’environ 3 semaines.

· Alimentation équilibrée : adulte de 70 kg besoin minimal de protéines est de 56 g/jour (9g d’azote protéique/jour).

· On consomme LARGEMENT ces 56 g/jour de protéines : un peu moins de 1g/kg/jour de protéines.

· Régime standard de l’adulte de 70 kg 1g de protéines/kg/jour soit 70 g de protéines ou 11 g d’azote par jour.

Variation des besoins quantitatifs en fonction de l’âge et de l'état physiologique :

· Chez l’enfant : on observe une édification des nouveaux tissus liée à la croissance apport doit être supérieur : bilan azoté positif (moins de pertes que d’apport).

· Chez le sujet âgé : le bilan a tendance à s'inverser mais il faut l’éviter car lorsque le bilan s’inverse, on observe une dénutrition et le sujet âgé a tendance de lui-même à avoir un régime hypoprotéinique plus ou moins volontaire pour éviter de surcharger son rein (élimination de l’urée, déchet du métabolisme azoté).

A savoir : normalement, le sujet âgé doit avoir les mêmes apports que l'adulte, c’est-à-dire minimum 1g/kg/jour.

· Jeûne total : perte de 4g d’azote protéique par jour, soit 25g de protéines (16% d’azote dans les protéines).

Si au cours de ce jeûne, on a un apport de lipides et de glucides, le besoin en azote diminue et on a une perte limitée à 20g de protéines par jour.

En revanche, l’organisme va utiliser ses propres protéines pour en tirer de l’énergie donc on va avoir :

· Un catabolisme des protéines musculaires.

· Une fonte musculaire et un amaigrissement

Augmentation des besoins dans des situations physiologiques :

· Croissance : on passe de 1g/kg/jour à 3 ou 4 g de protéines/kg/jour chez l’enfant (x3 ou 4).

· Femme enceinte : 1,2 g/kg/jour (+20%) car femme enceinte synthétise beaucoup de protéines pour la maturation de son fœtus

Les besoins quantitatifs sont donc nécessaires mais pas suffisants les besoins qualitatifs apparaissent.

IMPORTANT : au niveau des protéines, il n’y a pas de stockage.

Schéma récapitulatif

2.2) Besoins qualitatifs en protéines :

Les protéines diffèrent entre elles par leur composition en acides aminés libérés au cours de la digestion.

Les protéines alimentaires ne sont pas interchangeables ce qui nécessite des besoins qualitatifs.

Il existe deux types d’acides aminés :

· Les acides aminés non essentiels : peuvent se former dans l’organisme les uns à partir des autres par échange d’azote sur des radicaux alpha-cétonique (cf. métabolisme général des acides aminés).

· Les acides aminés essentiels : ne se forment pas dans notre organisme par manque d’enzymes capables de les synthétiser donc nécessite un apport obligatoire par l’alimentation.

En période de croissance, l’absence d’un seul acide aminé essentiel entraîne un arrêt de la synthèse des protéines donc il est évident qu'en période de croissance, une alimentation diversifiée est nécessaire.

Représente les 20 acides aminés avec leur nom en entier, l’abréviation en 3 lettres et l’abréviation en 1 lettre.

Isoleucine, leucine et valine acides aminés branchés

Les acides aminés non essentiels sont synthétisés par l’organisme.

Phrase mnémotechnique magique pour retenir les acides aminés essentiels :

Le très lyrique Tristan fait vachement marrer Yseult.

Leucine/thréonine/lysine/tryptophane/histidine/phénylalanine/valine/méthionine/arginine/isoleucine

Une particularité est que la chaine latérale de ces acides aminés est le plus souvent synthétisée par les bactéries ou les végétaux et achevée chez les carnivores il est donc évident que l’alimentation carnée riche en protéines est la meilleure source en acides aminés.

La notion d’acide aminé essentiel est relative :

Par exemple l’arginine qui est synthétisée dans l’organisme par le cycle de l’urée mais qui est nécessaire en grande quantité pour faire fonctionner le cycle nécessite un apport extérieur devient un acide aminé essentiel car il y a une synthèse insuffisante pour couvrir les besoins de l’organisme.

Le remplacement partiel de certains acides aminés par d’autres permet également de satisfaire l’organisme.

Ex :Méthionine (acide aminé soufré) remplacée par Cystéine.

Phénylalanine (acide aminé aromatique) remplacée par Tyrosine.

Toutes les protéines n’ont donc pas une valeur nutritive équivalente, la valeur nutritive des protéines végétales est en général inférieure à celle des protéines animales notion de valeur biologique des protéines.

La valeur biologique des protéines dépend de deux choses :

· Le taux d’assimilation des protéines par l’homme : œuf assimilé à 100% tandis que la pomme de terre n’est assimilée qu’à 70%.

· La composition en acides aminés de certaines protéines : la gélatine ne contient pas de tryptophane -> donc si l’on est accro aux bonbons Haribo, on manquera de tryptophane.

La notion de protéines « lentes » et « rapides », que l’on peut comparer à la terminologie des glucides, est la vitesse à laquelle ces protéines sont digérées et leurs acides aminés absorbés par l’intestin.

Il y a un pic d’acides aminés en post-prandial plus ou moins haut, de vitesse plus ou moins rapide et une réponse métabolique de l’organisme qui est différente.

Séquence 3 : la digestion des protéines

2.3) La digestion des protéines :

Toutes les protéines sont transformées en acides aminés par hydrolyse dans le tube digestif. Les acides aminés sont absorbés dans l’intestin grêle, la paroi intestinale faisant barrière à l'introduction de toute protéine étrangère.

Pour rappel, les acides aminés de la série L sont des acides aminés des mammifères contrairement aux acides aminés de la série D qui sont des acides aminés provenant des bactéries.

La structure primaire des protéines est un enchainement d’acides aminés liés par une liaison peptidique (covalente).

Lors de l’hydrolyse, il va y avoir addition des éléments d’une molécule d’eau, H et OH, à la liaison peptidique –NH-CO-, avec coupure, libérant les fonctions NH2 et COOH.

L'hydrolyse d’une protéine va donc donner des acides aminés. En revanche, l’hydrolyse d’une hétéroprotéine va donner des acides aminés + des groupements prosthétiques (non protéiques) : groupements ester-phosphate, ester-sulfate, osidique, molécules lipidiques, atomes de métal, pigments…

Cette hydrolyse est catalysée par des enzymes digestives (hydrolases : protéinases ou peptidases)

NB : tout ce qui finit en –ase = enzyme

· Protéinases : coupent protéines

· Peptidases : coupent peptides

2.3.1) La digestion gastrique :

La digestion se fait à plusieurs niveaux et le premier est la digestion gastrique.

Le suc gastrique est très acide, d’un PH d’environ 1.

En présence d’aliments, son acidité va diminuer et donner un PH autour de 2 qui va permettre la sensibilité des protéines aux enzymes gastriques.

L'enzyme principale est la pepsine : elle est sécrétée par les cellules principales sous forme de précurseur, le pepsinogène, d’une masse moléculaire de de 42 kDa. Ce précurseur inactif est clivé en pepsine active (44 AA) dans l’estomac par la pepsine déjà présente (activation auto-catalytique) pepsine active (35 kDa).

PH optimal est de 2 à 3.

C'est une endoprotéinase : c’est donc une enzyme qui va couper les protéines à l’intérieur de la protéine et hydrolyser les liaisons peptidiques situées à l’intérieur des protéines dont le groupement aminé est fourni par un acide aminé aromatique, en particulier la phénylalanine et la tyrosine production de gros polypeptides.

D'autres enzymes sont présentes en particulier le présure ou labferment :

· Chez le nouveau-né et le nourrisson (et les ruminants).

· PH optimal de 3.

· Fait cailler le lait qui a une réaction de floculation provoquée par le clivage de la caséine, ce qui allonge la durée de séjour du lait dans l’estomac pour avoir une digestion plus complète des protéines en particulier chez les enfants.

Une autre protéine est la Cathepsine D (31 KDa) et qui est synthétisée également sous forme de précurseur (Zymogène).

2.3.2) Rôle du pancréas exocrine :

Le deuxième site de digestion des protéines est le pancréas exocrine qui synthétise du suc pancréatique qui est un liquide clair, visqueux, à raison de 2L / jour.

Son PH est d’environ 8 (entre 7 et 9, tamponné par du bicarbonate de sodium).

Il existe deux types d’enzymes pancréatiques :

· Les endoprotéinases (clivent les protéines à l’intérieur).

· Les exoprotéinases (coupent les protéines aux extrémités).

Les endoprotéinases importantes trypsine, chymotrypsine et les élastases.

Ce sont des sérines protéinases (c’est à dire que leur site actif contient un résidu de sérine indispensable à l’activité enzymatique) qui sont sécrétées sous forme de proenzymes inactives appelées zymogènes et activées dans la lumière par clivage d’un propeptide N-terminal.

La trypsine :

· PH optimal de 8.

· Agit après neutralisation du chyme acide par le suc pancréatique.

· Est sécrétée sous forme de trypsinogène inactif. Celui-ci est activé par une protéinase sécrétée par les glandes intestinales, l’entérokinase, en présence de calcium.

· Rôle : clive les liaisons peptidiques dans lesquelles l’acide aminé fournissant la fonction carboxyle est un acide aminé basique soit l’arginine soit la lysine :

-Arg-X- ou –Lys-X- ou –Lys-Arg- ou –Arg-Lys- ou –Lys-Lys- ou –Arg-Arg-

· La trypsine est l’agent activateur de tous les autres zymogènes pancréatiques à mesure de leur arrivée dans l’intestin.

La chymotrypsine :

· PH optimal de 8.

· Elle est sécrétée sous forme de chymotrypsinogène inactif qui sera clivé par la trypsine.

· Elle clive les liaisons peptidiques dans lesquelles l’acide aminé fournissant la fonction carboxyle est une acide aminé hydrophobe (leucine, isoleucine, valine) ou aromatique (tyrosine, phénylalanine, tryptophane).

Les élastases :

· PH optimal de 8.

· Elles sont synthétisées sous forme de proélastases inactives et ont une action à la fois sur l’élastine et sur le collagène.

Maintenant nous allons voir les exoprotéinases ou exopeptidases qui vont cliver aux extrémités. Elles sont souvent d’origine lysosomale et il en existe deux grands types :

· Les carboxypeptidases.

· Les aminopeptidases.

Les carboxypeptidases hydrolysent les acides aminés carboxy-terminal des chaînes polypeptidiques :

· Carboxypeptidase A, métalloprotéinase à zinc, clivant tous les acides aminés C-terminaux sauf l’arginine, la lysine et la proline. (PH optimal de 7,5 à 8).

· Carboxypeptidase B, qui agit sur les arginines et les lysines en C-terminal

Les aminopeptidases séparent les acides aminés situés à l’extrémité N-terminale des chaînes polypeptidiques et différentes aminopeptidases agissent sur les peptides et les protéines.

Pour résumer : La digestion des protéines libère des acides aminés. Mais il y a des protéines qui sont peu ou mal digérées, en particulier la gélatine (Gly-Pro-Hyp) et les kératines qui sont bourrées de ponts disulfures mal digérables.

2.3.3) Absorption intestinale des acides aminés :

L'absorption intestinale des acides aminés est réalisée par la paroi de l’intestin grêle. Le transport des acides aminés (série L physiologique) est actif, faisant appel à des transporteurs spécifiques :

· Acides aminés basiques.

· Diacides aminés.

· Acides aminés à chaîne aliphatique.

· Acides aminés dont l’azote est substitué par un radical carboné.

Ce transport est couplé à celui de l’ion sodium Na+.

Il peut y avoir hydrolyse de certains dipeptides par des dipeptidases dans les entérocytes. Les acides aminés obtenus sont déversés dans le courant sanguin de la veine porte et transportés jusqu’au foie, lieu du métabolisme des acides aminés.

Les fonctions des acides aminés :

· Participation à la biosynthèse protéique : fonction fondamentale :

Il existe une synthèse protéique dans tous les organes. Il y a une importance structurale de ces protéines qui sont la structure de l’organisme. Certaines protéines ont une fonction enzymatique.

· Rôle métabolique :

· Précurseurs de certaines hormones (tyrosine).

· Précurseurs de certains médiateurs (créatine).

· Rôle fondamentale de ces différents acides aminés mais ATTENTION (comme les protéines), les acides aminés ne sont pas stockés !

Élimination de l’excès d’acides aminés :

Nous consommons énormément d’acides aminés donc nous devons également les éliminer :

· Perte d’azote :

· Autres voies métaboliques pour finir des glucides et des lipides.

· Dégradation totale pour fournir de l’énergie.

· L'azote élémentaire est éliminé élimination finale sous forme d’urée chez les mammifères (organismes uréolytiques), passant par l’intermédiaire de l’ammoniaque, qui est toxique pour le système nerveux central et ne doit donc pas rester longtemps dans l’organisme sous cette forme.

· Il existe donc des mécanismes d’utilisation et d’élimination de l’azote aminé que nous verrons dans le prochain cours…

Auto-évaluations :

1- À propos des acides aminés :

A. Les acides aminés non essentiels peuvent être synthétisés par l’organisme

B. Les acides aminés essentiels peuvent être synthétisés par l’organisme

C. Les acides aminés essentiels sont apportés par l’alimentation

D. Les acides aminés non essentiels sont apportés par l’alimentation

AC

2- Les besoins quantitatifs en protéines sont :

A. Identiques quel que soit l’âge

B. Augmentés lors de la grossesse

C. Diminués chez le sujet âgé

D. Augmentés lors de la croissance

BD

3- Parmi ces acides aminés, lesquels sont des acides aminés essentiels ?

A. Alanine

B. Leucine

C. Glycine

D. Phénylalanine

BD

4- A propos de la trypsine :

A. Elle clive au niveau des résidus lysine et arginine

B. C’est une endoprotéinase

C. Elle est synthétisée sous forme de précurseur inactif, le trypsinogène

D. Son pH optimal d’action est de 8

ABCD

5- A propos de l’hydrolyse des protéines :

A. Elle libère des acides aminés

B. Elle est catalysée par des enzymes digestives

C. Elle est catalysée par des protéinases

D. Elle est catalysée par des hydrolases

ABCD

6- A propos de la pepsine :

A. C’est une endoprotéinase

B. Son pH optimal d’action est de 2 à 3

C. Elle est synthétisée sous forme de précurseur au niveau pancréatique

D. Elle clive au niveau des acides aminés aromatiques

ABD

(Annales pas encore dispo sur sides )

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