acides amines

Les grandes voies métaboliques:

•Glycolyse (1ère partie dégradation glucose)

•Cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique(2ème partie dégradation glucose, acides gras, AA)

•Voie des pentoses phosphate (pouvoir réducteur, pentoses pour acides nucléiques)

•Gluconéogenèse ou néoglucogenèse (synthèse glucose)

•Glycogène (synthèse et dégradation)

•Biosynthèse & dégradation des acides gras

•Biosynthèse & dégradation des acides aminés

1

2

MÉTABOLISME DES ACIDES AMINÉS

1. IntroductionStructure et fonctions des acides aminés

2. Dégradation des protéines

3. Dégradation des acides aminésTransamination et désamination oxydative Cycle de l’uréeDevenir du squelette carboné

4. Biosynthèse des acides aminés

3






4

• Briques de construction des protéines:

22 acides aminés protéinogènes permettent la production d’un très grand nombre de protéines avec des fonctions des plus diverses

Composants structurels(peau, muscles)

EnzymesHormones

(glucagon, insuline)Transporteurs(hémoglobine)

Défense(immunoglobuline)

Stockage de matériel(ferritine)

• Source d’énergie; la dégradation des a. a. peut fournir de l’énergie; toutefois, les a.a. ne sont en général pas stockés (ou parfois sous la forme de protéines de stockage) à la différence des sucres et des acides gras.

• Précurseurs pour la synthèse de molécules telles que hormones → thyroxine neurotransmetteurs → sérotonine etc…

FONCTIONS DES ACIDES AMINÉS

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Groupe amine

Groupe acide carboxylique

Groupe qui permet à chaque AA d’avoir des propriétés physique-chimique différentes (ex. polarité, charge électrique, groupe réactif acide ou basique etc.)

α

Chaîne non polaire

Chaîne polaire non chargée

Chaîne acide

Chaîne basique

STRUCTURE DES ACIDES AMINÉS

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acide aminé

Acides aminés

Intermédiaires du métabolisme

Oxydation (Respiration)

ou

Biosynthèses:sucres, lipides, chlorophylle, hème…

Biosynthèse des acides aminés

AA-ARNt

CYCLE MÉTABOLIQUE DES ACIDES AMINÉS

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• Synthétisées et dégradées continuellement.

• Demi‐vie de quelques minutes, heures ou jours.

• Dégradation contrôlée

• Les enzymes de contrôle sont les moins stables.

• L’état nutritionnel et les hormones affectent la vitesse de dégradation.

Temps de demi-vie de quelques protéines de foie de rat

enzyme Demi-vie (heures)

Ornithine décarboxylase

RNA polymérase I

Tyrosine aminotransférase

Serine hydratase

PEP carboxylase

Aldolase

GAPDH

Enzymes à longue vie

Cytochrome b

LDHCytochrome c

Enzymes à courte vie

Hémoglobine 120 jours

- Élimination des protéines anormales ou dénaturées- Contrôle métabolisme- Dégradation en cas de carence d’autres sources d’énergie

CARACTÉRISTIQUES DES PROTÉINES CELLULAIRES

8






9

2. Protéolyse dans le Lysosome:

3. Ubiquitine‐Protéasome(ATP dépendant)

4. Autres protéases cellulaires

Petite protéine ubiquitaire(absente chez les procaryotes)

Hydrolyse

Liaison peptidique

petits organites contenant plusieurs protéases

1. Protéases extracellulaires

Les protéases en général catalysent le clivage par hydrolyse de la liaison peptidique entre deux acides aminés:

Pour commencer la digestion des protéines

assimilées

PLUSIEURS TYPES DE DÉGRADATIONS PROTÉIQUES

• Des protéases présentes dans l’estomac et l’intestin (pepsine, chymotrypsine, trypsine etc.).. permettent la digestion des protéines ingérées.

• Les acides aminés et les petits peptides sont absorbés par les cellules épithéliales puis transférés aux tissus (surtout dans le foie) via la circulation sanguine.

2.1. DES PROTÉASES EXTRACELLULAIRES DIGÈRENT LES PROTÉINES ASSIMILÉES

Le système de dégradation est régulé par un système de protéases dont l’activitéest dépendante du pH.

• L’activité des lysosomes est relativement peu spécifique. •En conditions de jeûne l’activité est particulièrement élevée afin d’utiliser l’énergie des protéines.

Enzymes Actifs à pH 5

2.2. DÉGRADATION LYSOSOMIALE DES PROTÉINES

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E1: Enzyme qui active l’ubiquitineE2: Enzyme catalysant la conjugaison de l’ubiquitine à la protéine cible.E3: Enzyme qui reconnaît la protéine cible (ubiquitine ligase)

Protéasome

Protéinecondamnée

Dégradées par des protéases non spécifiques

Peptides(~8 AA)

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2.3. DÉGRADATION DES PROTÉINES CELLULAIRES: UBIQUITINE ET DÉGRADATION PAR LE PROTÉASOME

Noyau,Cytosol,(RE)

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Régulation du temps de vie d’une protéine

Le résidu N-terminale est aussi important pour le contrôle de la vitesse d’ubiquitinisation:Met, Thr, Ser, Gly, Val= + stablesLys, Arg, His, Phe, Tyr, Trp, Ile, Leu, Asp, Glu, Gln, Asn= - stable

Dans une protéine bien repliée les AA hydrophobes sont à l’intérieur

Protéine normale Protéine mutante, mal repliée, dénaturée …

AA hydrophobes

AA hydrophiles

Signal pour la dégradation

Dans une protéine mal repliée des AA hydrophobes sont exposés à l’extérieur

Exemple: beaucoup de protéines qui doivent être adressées dans le réticulum endoplasmique possèdent des résidus qui les rendent moins stables dans le cytosol (donc les protéines mal adressées sont dégradées par le système ubiquitine-protéasome du cytosol)

+H3N-

D’autres protéases cellulaires, localisées dans différents compartiments cellulaires, catalysent la dégradation de protéines spécifiques.

2.4. PROTÉASES CELLULAIRES SPÉCIFIQUES DE COMPARTIMENTS CELL.

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Acides aminés

Squelette des atomes de carbone

Glucose Acétyl-CoA Corps cétoniques

Urée

protéases

Partie toxique Partie à insérer dans le métabolisme

Utilisation

Dégradation

Synthèse de protéines

Cycle de l’urée

Éliminée de l’organisme

Le squelette de carbone est utilisé soit pour des voies cataboliques, soit pour de voies anaboliques


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• Le foie est le site principal de dégradation des acides aminés chez les mammifères

Le groupe α‐amine de nombreux AA est transféré à l’α‐cétoglutaratepour former le glutamate, qui est ensuite désaminé oxydativement pour produire NH4

+ (ion ammonium).

TRANSAMINATION ET DÉSAMINATION OXYDATIVE DU GLUTAMATE

Vue générale:

Les enzymes qui catalysent le transfert d’un groupe α‐amine d’un AA à un cétoacide sont des AMINOTRANSFÉRASES (réaction de transamination). La transamination n’entraîne aucune désamination nette.

α-amineα-céto

AA1 + α-cétoacide α-cétoacide + AA2

TRANSAMINATION

Exemples:

1) aspartate + α-cétoglutarate oxaloacétate + glutamate

Aspartate aminotransférase

2) alanine + α-cétoglutarate pyruvate + glutamateAlanine

aminotransférase Squelette de carbone

DÉSAMINATION OXYDATIVE DU GLUTAMATE

La désamination oxydative du glutamatemène à la formation du NH4+ et α‐cétoglutarate

Glutamate déshydrogénase

(GDH)

Contrôle de la Glutamate déshydrogénase:(-) ATP-GTP inhibiteurs allostériques

(+) ADP-GDP activateurs allostériques

La désamination oxydative du glutamate est réalisée dans la mitochondrie par la Glutamate déshydrogénase

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Stœchiométrie finale (aminotransférase + glutamate déshydrogénase):

α-acide aminé + NAD(P)+ α-cétoacide + NH4+ + NAD(P)H + H+

aminotransférase glutamate déshydrogénase

Squelette de carbone Toxique: il faut l’éliminer(cycle de l’urée)

TRANSAMINATION ET DÉSAMINATION OXYDATIVE DU GLUTAMATE

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NH4+ est un puissant découplant des gradients de protons. Lors d’un repas

protéique ou de la dégradation de protéines, il faut éliminer l’excès de NH4+ sous

une forme moins toxique.

CYCLE DE L’URÉE (URÉOGENÈSE)

• des concentrations élevées d’ammonium sont toxiques pour la cellule:

– Perturbe les gradients de H+

transmembranaires.

Nb: respiration mitochondriale (Bioénergétique L3)

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Nb: D’autres animaux utilisent d’autres voies pour éliminer l’excès de NH4

+: oiseaux et reptiles utilisent l’acide urique et de nombreux animaux aquatiques excrètent directement l’ion ammonium

Le cycle de l’urée (dans le foie) est utilisé par la plupart des vertébrés pour éliminer l’excès de NH4

+ sous une forme moins toxique

Stœchiométrie:

NH4+ + CO2 + 3 ATP + aspartate + 2 H2O urée + 2 ADP + AMP + 4 Pi + fumarate

CYCLE DE L’URÉE

2ATP

acide urique

CYCLE DE L’URÉE

Phase mitochondriale

la carbamoylphosphate synthétase utilise le CO2, le NH4

+ et 2 ATP comme substrats pour former le carbamoylphosphate.

l'ornithine carbamoyltransférase(transcarbamylase) transfère le radical carbamoyle sur l'ornithine pour former la citrulline.

2ATP

CYCLE DE L’URÉE

Phase cytosolique

La citrulline est transportée dans le cytosol. Sous l’action de l'argininosuccinate synthétase la citrulline se condense avec l'aspartatepour donner l'argininosuccinate avec consommation d'une molécule d’ATP.

l’argininosuccinate lyase assure le clivage en arginine et en fumarate.

L’hydrolyse de l’arginine termine le cycle. Il se forme de l’urée et de l’ornithine. La réaction est catalysée par l’arginase.

L’urée est excrétée pour être éliminée dans l’urine, l’ornithine est transportée dans les mitochondries pour réinitier le cycle.

2ATP

+ ATP

25Cycle de Krebs

(élimination de 2 atomes N)

Cet azote provient du glutamate par désamination oxydative (et donc finalement de n’importe quel AA par transamination avec l’α‐cétoglutarate) L’autre azote de l’urée provient de

n’importe quel AA par transaminationavec l’oxaloacétate

LE CYCLE DE L’URÉE EST LIÉ AU CYCLE DE KREBS

La dégradation du squelette de carbone des AA forme des intermédiaires qui peuvent être convertis en glucose ou oxydés par le cycle de Krebs

7 produits de dégradation au total

Les AA qui forment pyruvate ou intermédiaires du cycle de Krebs sont dits glucoformateurs.

Seulement cétogènes

DEVENIR DU SQUELETTE DE CARBONE

La dégradation des A.A. mène à la formation d’intermédiaires métaboliques majeurs

Les AA qui forment acétyl-CoA ou acétoacétyl-CoA sont dits cétogènes

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• Les plantes et les bactéries sont capables de synthétiser tous leurs acides aminés. Les mammifères, seulement une partie.

Essentiels: à obtenir par l’alimentation.

Non essentiels: qui peuvent être synthétisés.

• 9‐10 acides aminés ne peuvent pas être synthétisés par les mammifères.

• Histidine et Arginine, sont dits semi‐essentiels car seuls les nourrissons ont besoin d'un apport exogène (on les trouve dans le lait maternel).

BIOSYNTHÈSE DES ACIDES AMINÉS

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L’NH4+ est assimilé dans les AA par la voie du glutamate et de la glutamine:

NH4+ + α-cétoglutarate + NADPH + H+ glutamate + NADP+ + H20

Glutamate déshydrogénase

Réaction opposée à celle de la désamination oxydative du glutamate, mais en utilisant le NADPH

Bactéries et Plantes formation glutamate, assimilation NH4+

Animaux-formation NH4

+ (et cycle de l’urée), -α-cétoglutarate Krebs

BIOSYNTHÈSE DES ACIDES AMINÉS: ASSIMILATION DE L’NH4+

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Glutamine Synthétase

(GS)

L’ion ammonium est incorporé dans la glutamine par l’action de la glutamine synthétase, enzyme clé pour le contrôle du métabolisme des acides aminés.

glutamate + NH4+ + ATP glutamine + ADP + Pi + H+

Utilisée comme donneur d’azote et pour la synthèse de nombreux composés

ASSIMILATION DE L’NH4+ PAR LA GLUTAMINE SYNTHÉTASE

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Le squelette de carbone pour la synthèse des AA provient des intermédiaires de la glycolyse, de la voie de pentoses phosphate ou du cycle de Krebs

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Les organismes supérieurs ne sont pas capables d’utiliser l’azote moléculaire (N2) comme source d’azote: la seule source d’azote non organiques pour les animaux est le NH4+; pour les plantes, également nitrite NO2

-, et nitrate NO3-

Certains bactéries sont capable de « fixer » l’N2 moléculaire en NH3 (réactions indispensables pour le cycle de l’azote):

Exemple: les bactéries symbiotiques Rhyzobiumenvahissent les racines des plantes légumineuses et, dans les nodules formés, fixent l’azote moléculaire:

N2 + 8e- + 16ATP + 16H2O 2NH3 + 16ADP + 16Pi + H2 + 8H+

Réaction catalysée par le complexe nitrogénase: cette enzyme permet la réduction de l’azote moléculaire qui possède trois liaisons covalentes à haute énergie:

N N

FIXATION DE L’AZOTE MOLÉCULAIRE

Health & Medicine

acides amines