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Acides aminés de 16 céréales et protéagineux : variations
et clés du calcul de la composition en fonction du taux
d’azote des grain(e)s. Conséquences nutritionnelles
J. Mossé
To cite this version:
J. MOSSÉ
INRA Laboratoire d’Etude des Protéines
78026 Versailles Cedex.
Acides
aminés
de
16
céréales
et
protéagineux :
variations
et
clés
du
calcul
de la
composition
en
fonction
du
taux
d’azote des
grain(e)s.
Conséquences
nutritionnelles
En
1988,
l’agriculture
mondiale
aproduit
1,8 milliard de
tonnes
de céréales
et
environ
0,17 de
protéagineux,
dont
respectivement
53,2
et
6,5 millions
de
tonnes
enFrance. Dans
les
pays
développés,
l’alimentation animale
enutilise
près
de
90
%.
Bien
qu’assouplis
désormais
par
la
disponibilité des
acides
aminés
de
synthèse,
le calcul
et
la
préparation
des
rations azotées
animales
n’en
requièrent
pas
moins
uneconnaissance
exacte
de la
composition
enacides
aminés
des
grain(e)s
(1).
Or
cette
connaissance
est
encoretrès
approximative,
carla
composition
varie
avecle
taux
d’azote des
grain(e)s
qui
peut
lui-même
changer
considérablement.
Des
clés de calcul
sont
données
qui
fournissent la
composition
précise
enacides
aminés
des
grain(e)s
à
partir
de
simples
déterminations du
taux
d’azote.
Ainsi
un
meilleur
ajustement
des
rations
est
désormais
possible
qui
épargne
de
coûteuses
analyses
et
peut
entraîner
d’appréciables
économies.
L’alimentation animale a recours
depuis
desdécennies à des tables de
composition
desali-ments. Pour les matières azotées,
qui
sontessentiellement constituées de
protéines,
notamment chez les
grain(e)s,
des tables decomposition
en acides aminés ontprogressive-ment été établies. A
partir
des années 1960 oùapparut
l’analyse
des acides aminés parchro-matographie
en milieuliquide,
leurdétermina-tion gagna en
possibilités
derigueur
et defiabi-lité au fur et à mesure de l’automatisation de
cette
chromatographie
sur colonne. Une revuede Pion et Fauconneau
(1968)
sur cescomposi-tions fut suivie par la
parution
d’un ouvrage dela FAO
(1970)
où étaient réunies,après
un triplus
ou moinssélectif,
lescompositions
moyennes en acides aminés des aliments les
plus
divers et lesplus
variésqui
soient. Detelles données ont été remises à
jour
dansplu-sieurs ouvrages récents
(INRA
1984, 1988,(1) Les céréales produisent des grains qui sont des fruits dont les graines ne sont pas séparables (voir § 1.1. Les
légumineuses et le tournesol praduisenl des fruits dont
on sépare et récolte les graines. Suivant les cas, nous serons donc conduits à parler de grains, de graines, ou
encore, pour l’ensemble des deux, de grain(e)s.
Résumé
_________________________Les
changements parfois
importants
decomposition
en acides aminés desgrain(e)s
sonttoujours
en corrélation avec ceux de leurs taux d’azote. Ils sontdécrits par des relations linéaires entre la teneur en
chaque
acide aminé et letaux d’azote mises en évidence chez 16
espèces
cultivées pour leursgrain(e)s.
Quelques rappels
sont d’abord faits sur lesgrain(e)s,
leursréserves,
laprotéosyn-thèse dont elles sont le
siège jusqu’à
maturité, ainsi que sur lesproblèmes
soule-vés par
l’analyse
des acides aminés etl’expression
descompositions.
Lescaracté-ristiques
des variations de cescompositions
sontdiscutées,
sur leplan
tantfonda-mental que
pratique : qu’elles
soient dues aux facteurs del’environnement,
à la fumure ou aux conditions culturales ou bienqu’elles
soientd’origine
variétale,
ces variations obéissent strictement aux mêmes types de relations linéaires
qui
sont donc définies par deux coefficients déterminables
expérimentalement
pour toutcouple correspondant
à uneespèce
et un acide aminé donnés. Le tableau deces coefficients est donné pour chacune des 16
espèces
et pour chacun des 19acides aminés
analysables.
Un certain nombre deconséquences
nutritionnellesqui
en découlent sontdiscutées,
enparticulier l’ampleur
des variationsintraspé-cifiques
des acides aminés dans lesprotéines
desgrain(e)s,
les variationscompa-rées,
en fonction du tauxd’azote,
des scores nutritionnels parespèce
et entreespèces,
celle du rapportleucine/isoleucine,
ainsi que leschangements
éventuels dans l’ordre des acides aminés limitants et aussi ceux des coefficients deconver-sion de l’azote total en
protéines
réelles. En touteoccasion,
la connaissance de lacomposition
en acides aminés des lots degrains
utilisés dans les rations animales1989,
Chung
et Pomeranz1985).
Cependant
depuis
une dizaine d’années on observe en lamatière une
triple
évolution : d’abord lapour-suite de l’accroissement des tonnages de
grains
récoltés(et
dévolus enmajeure partie
àl’ali-mentation animale dans les pays
développés) ;
ensuite une
précision
accrue dans le calcul desrations pour animaux
d’élevage grâce
auxpro-grès
constants des sciences de la nutrition ; endernier
lieu,
l’amélioration des connaissancessur la
composition
desprotéines
desgrain(e)s.
Que
ce soit à l’échelonplanétaire
ou àl’éche-lon
national,
laproduction
desgrain(e)s,
tantcéréales que
légumineuses
ouoléagineux
ne cesse de croître comme le montre unecompa-raison sur un
septennat
de la moyennetrien-nale 1986-88 avec 1979-81,
d’après
les données de la FflO(1989).
Pour lescéréales,
endépit
d’une diminution des surfaces
cultivées,
tantau niveau mondial
(-
2%)
quefrançais
(-
5%),
laproduction
estpassée
en 7 ans sur laplanète
de 1,6 à 1,8 milliards de tonnes(+
13,4%)
et, en France, de 46 à 53 millions detonnes
(+
15,4%)
grâce
àl’augmentation
des rendements. En matière degraines
légumi-neuses et
oléagineuses, superficies
etrende-ments ont
augmenté,
laproduction
totalepas-sant de 173 à 215 millions de tonnes au niveau
mondial
(+
24 %)
et de 1,5 à 6,5 millions detonnes au niveau
français,
soit unemultiplica-tion par 4,3.
Parallèlement,
l’évaluation des besoins desanimaux
domestiques,
tantmonogastriques
(INRA
1984,Henry
1988)
que ruminants(INRA
1988)
marque desprogrès
permettant
unaffi-nage des calculs des rations et un
ajustement
de mieux en mieux
adapté
àl’espèce
et austade
physiologique
de l’animal consommateur,ajustement
que rendplus
aisél’émergence
des acides aminés desynthèse.
Le calcul desrations azotées
implique
la connaissance de ladisponibilité
et de ladigestibilité
des acides aminés ainsi que de la nature et du taux d’éven-tuels facteurs antinutritionnels. Mais audépart
il
implique
d’abord la connaissance de lacom-position
en acides aminés des alimentsqui,
pour une très
large
part,
sont à base demou-ture de
grain(e)s
ou deproduits
dérivés de cesdernières.
En
regard
desprogrès
réalisés en nutritionanimale,
les données utilisées pour la composi-tion desprotéines
desgrain(e)s correspondent
à des valeurs moyennes et
négligent
implicite-ment les variations existantes. Pour lesgrain(e)s
àmaturité,
d’une part on saitdepuis
un siècle que leur taux de matières azotées peut varier dans de
larges
proportions
chez uneespèce
ou chez une variété déterminée : dusimple
auquadruple
ou même auquintuple
chez
plusieurs
céréales parexemple.
Ceci revient à dire que la teneur totale en acidesaminés,
sanspréjuger
de lacomposition,
variedans les mêmes
proportions.
Mais cephéno-mène est en
partie tamponné
par la taille deslots - et donc le nombre considérable - de
grain(e)s
manipulé(e)s
ouutilisé(e)s
au niveaude
l’exploitation
agricole,
des sites destockage,
ou des traitements
industriels,
de sortequ’il
est souvent oublié ou méconnu. D’autre part,divers auteurs
signalent périodiquement depuis
un demi siècle que la
composition
en acidesaminés des
grain(e)s
d’une mêmeespèce
estsusceptible
de variationsimportantes.
Cepen-dant, jusque
vers les années 1970, peu detra-vaux ont abordé sérieusement et
méthodique-ment cette
question qui
reste encore confusepour
beaucoup
à l’heure actuelle alorsqu’elle
est en
grande partie
résolue,
comme se proposede le montrer la
présente
mise aupoint.
Son
objet
est en effet de faire lepoint
desdonnées récentes établies sur la
composition
enacides aminés des
grain(e)s
et ses variationschez 16
espèces
degrande
culture pour laplu-part
(10
céréales et 6légumineuses
ouoléagi-neux).
Unepremière partie
s’arrêtera àquel-ques
rappels
sur lesgrain(e)s
et leursprotéines.
Une autre, à un survol des
problèmes
d’échan-tillonnage
desgrain(e)s
et de ceuxposés
parl’analyse
des acidesaminés,
problèmes
tropméconnus de nombreux auteurs
qui
l’ontprati-quée
peu ou prou. Une troisièmepartie
présen-tera brièvement l’essentiel des résultats
qui
per-mettent désormais de
prévoir
par le calcul la teneur degrain(e)s
d’uneespèce
donnée en unquelconque
acide aminé àpartir
de lasimple
connaissance du taux d’azote total. Une
der-nière
partie
développera
plus longuement
lesprincipales
conséquences
de tels résultats dupoint
de vue nutritionnel.1
/ Quelques rappels
sur
les
grain(e)s
1.i
/ Constitution
et
réserves
des
graines
Chacun sait que la
graine
correspond
à l’état ultime de l’ovule fécondé - et le fruit à l’état ultime de l’ovaire. Lagraine
est en effetl’ex-pression
même du caractèrevivipare
desvégé-taux
supérieurs
lesplus
évolués(spermaphytes,
jadis
qualifiés
dephanérogammes).
Commechez les
mammifères,
ce caractère se traduitpar la formation d’un nouvel individu dans
l’or-ganisme maternel, après
fécondation d’ungamète
femelledépourvu
de réserves nutritives. A l’intérieur de sonenveloppe tégumentaire,
lagraine
contient unembryon
et aussid’impor-tantes réserves nutritives destinées à ce dernier
et formées à
partir
de cellules ou de tissusdiffé-rant suivant les
types
degraines.
Chez lessper-maphytes
angiospermes qui
comptent laquasi
totalité desplantes
cultivées,
lephénomène
de la double fécondation aboutit à la formation de deuxzygotes
quasiment
jumeaux.
Leprincipal,
diploïde,
est àl’origine
del’embryon
qui
don-nera la
jeune
plantule.
Le deuxième zygote,tri-ploïde
après
fusion d’ungamète
mâle avecdeux
gamètes femelles,
aboutit à la formation d’un individuqualifié
d’albumenqui
s’hyper-trophie
rapidement
en accumulant desréserves. Véritable
kamikaze,
il est destiné à être tôt ou tarddigéré
parl’embryon
jusqu’au
moment où les
premières
racines et feuillespermettront
à lajeune
plantule
de devenirautotrophe.
Ainsi, chez les
céréales,
legrain
(qui
estbotaniquement
un fruit à cause desenveloppes
externes issues de l’ovaire et adhérant à la
graine)
est constitué à maturité par unpoids
dugrain
(moins
de 2 % dans leblé),
et par unalbumen,
riche en amidon surtout et enprotéines
àl’apogée
de sondéveloppement,
correspondant
à environ 90 % dugrain.
En
résumé,
alors que chez les mammifères lejeune
animal est alimenté auxdépens
de samère par la
lactation,
chez lescéréales,
lajeune
plantule
se nourrit auxdépens
d’un individufrère
qu’elle
consommeintégralement.
Et demême que le lait des mammifères contient des
protéines
dont laprincipale,
voirel’unique
fonction,
est de fournir des acides aminés aujeune,
de même lagraine
contientessentielle-ment des
protéines
de réservequi
n’ont, pour laplupart,
pas de fonction connue autre quetro-phique.
Mais au fil del’évolution,
la sélection desprotéines
de réserve desgraines
a étéajus-tée aux conditions de vie de la
graine
et de laplantule
et non pas aux besoins desprédateurs
que sont les humains et les animaux
domesti-ques : comme on le sait,
l’équilibre
des acidesaminés des
protéines
desgraines
estparfois
éloigné
desprofils
moyensrequis
pour lesmammifères.
1.
2
/
Azote
aminé
et azote
total
Dans les
grain(e)s,
laquasi
totalité de l’azote(97
à 98%)
est localisée dans les acides aminésqui
sont eux-mêmespratiquement
touscombi-nés au sein des molécules de
protéines
(surtout
deréserve).
Dans cesprotéines,
comme danscelles de tous les êtres vivants, il y a 20
types
d’acides aminés
différents,
niplus,
ni moins,contrairement à ce
qu’écrivent
encorequelques
auteurs. Les éventuelles modifications
chimi-ques des acides aminés ont
toujours
lieuaprès
leurincorporation
dans les chaînesprotéiques
et sont très
exceptionnelles.
Le pourcentage presque
négligeable
d’azotenon
protéique
dans laplupart
desgrain(e)s
àmaturité permet, avec une bonne
approxima-tion, d’assimiler l’azote des
protéines
réelles,
c’est-à-dire celui des acides aminés
qui
leursont
incorporés,
à celui des matières azotéestotales
(aussi qualifiées
deprotéines
brutes).
L’azote nonprotéique
desgrain(e)s
est surtoutconstitué par des acides
nucléiques.
Quant
àl’azote des acides aminés
présents
à l’état libreet
qui
sont presqueuniquement
de typeprotéi-que, il avoisine
quelques
millièmes de l’azotetotal et se trouve d’ailleurs
pris
encompte
dansles
analyses
d’acides aminés desgrain(e)s.
1.
3
/ Irréversibilité de la
synthèse
des
protéines
de réserve
et
interdépendance
des
taux
de chacun des acides
aminés
Au cours de la maturation des
graines,
au furet à mesure de leur
importation
àpartir
de laplante
mère ou de leursynthèse in
situ, les acides aminés sont immédiatementincorporés
dans les chaînes des molécules deprotéines.
En outre, très
rapidement,
lamajeure partie
deces
protéines
est constituée par desprotéines
de réserve
qui
sontsynthétisées
defaçon
irré-versible
jusqu’à
lamaturité,
sansjamais
subirde
dégradation
ni de catabolisme. Aussi,comme les 20 acides aminés
protéiques
sont tous liés les uns aux autres dans les chaînespolypeptidiques
desprotéines,
leurs taux d’ac-cumulationdépendent obligatoirement
les unsdes autres et par suite
également
de leur totalqui,
à une constanteprès,
correspond
au tauxd’accumulation des
protéines
ou encore à celuide l’azote total. Il en résulte que les teneurs
finales de chacun des acides aminés dans la
matière sèche des
graines
ainsi que celle N de l’azote total sontinterdépendantes.
Endépit
deson
évidence,
c’est là unpoint
trèsimportant
que
beaucoup
d’auteurs ont ou bien crudécou-vrir comme un résultat
expérimental,
ou mis endoute,
ou encore leplus
souventignoré.
L’accumulation de l’azote dans les
graines
résulte ainsi presque exclusivement de celle
des acides aminés
qui
se combinent dans lesprotéines
de réserve. Pour des raisons desim-plicité d’expression,
il estcependant
commode de considérer lepourcentage
N d’azote de lamatière sèche des
graines
comme une variableindépendante
et d’étudier les relations entre NDans les
grain(e)s,
laquasi-totalité
de l’azote estlocalisée
dans les acides
aminés,
eux-mêmespratiquement
tousinclus dans des
et la teneur Ai de la matière sèche en
chaque
acide aminé i
(en
g pour 100 g de matièresèche),
c’est-à-dire les fonctionsA;(NJ
dans lagraine
mûre, dans la mesure où ce sont des fonctionssimples
àdécrire,
cequi
est le cas : on verraplus
loin que les corrélations entre Aiet N sont
parfaitement
linéaires.2
/ Sur
l’échantillonnage
et
sur
l’analyse
et
l’expression
des
compositions
en
acides
aminés
2.
1
/ Echantillonnage
des lots
de
grain(e)s
et
des
moutures
La caractérisation des variations de
composi-tion en acides aminés avec le taux N d’azote chez les
grain(e)s
requiert
lerespect
deplu-sieurs conditions relatives à l’intervalle de
variation de N
impliqué ;
à l’effectifapproprié
d’échantillons soumis àl’analyse,
tant au seind’une même variété
(génotype constant)
queparmi
toute une gamme degénotypes
d’uneespèce donnée ;
auxprécautions
àprendre
lors de la mouture desgrain(e)s (précongelées)
ainsi que pour lesprélèvements
des différentesali-quotes
de mouture pour les diversesanalyses
chimiques (Mossé
et al 1985,1987).
Il est de fait queparmi
les innombrablespublications
sur les
compositions
en acides aminés desgrain(e)s
paruesdepuis
près
de 30 ans, cesdiverses conditions ne sont
jamais réunies,
àl’exception
dequelques
travaux comme ceuxd’Eppendorfer (1975,
1977,1978).
Les corrélations linéaires mises en évidence
entre Ai et N sont évidemment d’autant
plus
fiables que les taux d’azote N s’étendent pour
chaque
espèce
sur l’intervalle leplus large
pos-sible. Or les échantillons les
plus
pauvrescomme les
plus
riches en azote sontprécisé-ment les
plus
rares et lesplus
difficiles àtrou-ver au sein des récoltes effectuées au niveau
des
exploitations.
Comme le montre lafigure
1,ces intervalles sont tels que pour chacune des
16
espèces
étudiées,
l’échantillon leplus
richecontenait entre 2 et 4,5 fois
plus
d’azote totalque le
plus
pauvre,cependant
que les autreséchantillons avaient des taux d’azote
régulière-ment échelonnés entre les deux extrêmes.
Plutôt que
d’appliquer
unetechnique
peufiable à un
grand
nombred’échantillons,
il estplus
efficaced’analyser
avec le maximum deprécisions
un nombre modéré d’échantillons.Aussi l’effectif moyen de ces derniers était-il
voisin d’une
vingtaine
parespèce.
Deplus,
dans la mesure du
possible,
entre lequart
et lamoitié des échantillons d’une
espèce
donnéecorrespondait
à la même variété(avec
desphé-notypes
différents,
au moins pour le tauxd’azote),
les autrescorrespondant
à toute unegamme de variétés
(donc
degénotypes
diffé-rents).
J.
2.
2
/
Analyse
des acides aminés :
iquelques rappels
et
précisions
Lesanalyses
d’acides aminés se raréfientactuellement et sont - momentanément -presque
démodées,
surtout euégard
à lalour-deur et au coût
important
deséquipements
requis
etpeut-être
encoreplus
du travaillabo-rieux et
ingrat
nécessaire pour les mener àbien. Aussi
quelques rappels
élémentaires àleur
sujet
peuvent-ils
être salutaires.Rappelons qu’il
n’existe pas decomposition
complète
en acides aminéspubliée
dans lalit-térature pour des
mélanges
ou desproduits
biologiques
(sauf
pour desprotéines
parfaite-ment pures dont la
séquence
a pu êtredétermi-née).
Aucune n’inclut la totalité des 20 acides aminés etbeaucoup
sontpartielles,
n’endon-nant
parfois
qu’une quinzaine.
On a pupour-tant
approcher
deprès
la détermination des 20acides aminés dans les résultats
qui
sont relatésici.
La méthode la
plus éprouvée,
tant pour desprotéines
pures que pour desmélanges
denombreuses
protéines
inclus au sein de pro-duitsbiologiques,
consiste dans unehydrolyse
dans de l’acide
chlorhydrique
concentréprovo-quant
la libération des acidesaminés,
suivied’une
séparation
de ces derniers(par
chromato-graphie
sur colonne de résineéchangeuse
d’ions en milieu
liquide),
puis
de leurdosage
quantitatif.
Orl’hydrolyse chlorhydrique
n’estpas sans inconvénient. Elle détruit en effet le
tryptophane,
altère souvent les deux acidesaminés
soufrés,
transformel’asparagine
enacide
aspartique
et laglutamine
en acidegluta-mique
(tableau 1).
Deplus,
sérine,thréonine,
tyrosine
et histidine sontrapidement
hydroly-sées mais
fragiles,
une fois libérées en milieuchlorhydrique,
tandis que valine et isoleucinehydrolysées.
Devant cet état defait,
la solutionconsiste à doser : le
tryptophane
après
unehydrolyse spéciale
en milieualcalin ;
lessou-frés
après
unehydrolyse
chlorhydrique
précé-dée d’une
oxydation
performique
produisant
des dérivésstables ;
le total des deuxamidés,
asparagine
plus glutamine,
par unehydrolyse
chlorhydrique
ménagée ;
lequatuor
desfragiles
vite
libérables,
après
unehydrolyse
courte(15
h) ;
le binôme des stables lentementlibérés,
après
unehydrolyse longue (48 h) ;
tous lesautres acides aminés
après
unehydrolyse
dedurée
classique (24 h).
Tous les détails de cestechniques
sont décrits ailleurs(Mossé
et al1987).
De la sorte, ce sont sixhydrolyses
diffé-rentes
auxquelles
ont été soumis tous les échantillons de laplupart
desespèces
exami-nées ici. Encomparaison,
laplupart
desrésul-tats
publiés
résultent d’une seulehydrolyse
(environ
24h), parfois
doublée d’une autrepour les soufrés. L’utilisation de 6
hydrolyses
différentes
présente plusieurs
avantages. Outreles déterminations individuelles des 16 acides
aminés autres que le quatuor
asparagine,
acideaspartique,
glutamine,
acideglutamique,
onobtient pour ce quatuor 3 données fournissant les 3 totaux
partiels
suivants :asparagine
+glu-tamine
(par
l’azoteamidé) ;
asparagine
+ acideaspartique,
abrégé
Asx(=
Asn +Asp)
et dosésous forme d’acide
aspartique ;
etglutamine
+acide
glutamique, abrégé
Glx(= Gln
+Glu)
etdosé sous forme d’acide
glutamique.
D’autrepart une heureuse coïncidence fait
qu’aspara-gine
et acideaspartique
ont la même massemolaire,
à 1 daltonprès,
etqu’il
en est demême pour
glutamine
et acideglutamique :
ceci
permet
de dresser des bilanspondéraux
fournissant lepoids
total des acides aminés oucelui de leurs résidus
(voir
leur définition auparagraphe suivant).
Deplus
la connaissancede l’azote amidé permet la détermination du total de l’azote des acides aminés et autorise à
dresser des bilans azotés,
précieux
commeindices de la
qualité
desanalyses
et commeinformation pour
calculer,
parexemple,
levéri-table coefficient de conversion de l’azote en
protéines
(Mossé 1990).
Enfin,
comme diversacides aminés peuvent être déterminés à
partir
de
plusieurs
deshydrolysats
obtenus,
desrecoupements sont
possibles
qui
accroissent la fiabilité desdosages.
Rappelons
enfin que les déterminationsquantitatives
obtenues avec desanalyseurs
par-tiellement automatisés sont
toujours
étalonnéesgrâce
à des solutions standards(des
20 acidesaminés à l’état
libre)
achetées dans le com-merce maisqui
sontparfois
inexactes. En outredivers facteurs peuvent entraîner une dérive
des
réponses
desanalyseurs
au cours du temps.Aussi la
reproductibilité
et l’exactitude des résultatsprésentés
ont-elles étésystématique-ment contrôlées par des
analyses
périodiques
d’hydrolysats
(stockés
pour unelongue
durée aucongélateur
sous formed’aliquotes)
de 2protéines
decomposition rigoureusement
connue
(lysozyme
d’oeuf depoule
et sérumal-buminehumaine)
et d’unepréparation
aulabo-ratoire d’une farine
délipidée
desoja.
2.
3
/
Expression
des
compositions
en
acides
aminés
Il y a une
vingtaine
defaçons
différentesd’exprimer
unecomposition
en acides aminéset une bonne dizaine d’entre elles sont
répan-dues dans la littérature
scientifique
outechni-que, ce
qui
nesimplifie
guère
lescomparai-sons.
Une
composition
s’exprime
par un ensemblede
rapports
ou dequotients
dont le numérateurcorrespond
à unequantité
d’acide aminé(ou
de résidu d’acide aminé, commeexpliqué
un peuplus
loin)
et ledénominateur,
soit à unequan-tité de
produit
biologique,
soit à unequantité
d’azote ou de
protéine(s),
soit encore à laquan-tité totale d’acides aminés
(ou
derésidus)
retrouvés par
analyse.
Le numérateur peut être
exprimé
enpoids
d’acide aminé
(le
plus
souvent en g,parfois
enmg)
ou en nombre de moles ou encore enpoids
d’azote de l’acide aminé, ce
qui représente
déjà
àquatre
possibilités.
Unecinquième
correspond
au
poids
de résidu d’acide aminé. Eneffet,
dans toute
protéine,
les acides aminés sontenchaînés linéairement les uns aux autres et
reliés par des liaisons
peptidiques
dont lafor-mation entraîne la perte d’une molécule d’eau : l’enchaînement de n acides aminés successifs
entraîne la perte de ii-1 molécules d’eau. Le
nombre n est suffisamment
grand
dans lamoyenne des
protéines
pour assimiler n-1 à net admettre que le
poids
de(s)
protéine(s)
analy-sée(s)
estégal
à la somme despoids
des résidusd’acides aminés.
L’expression
en g de résiduspour le numérateur est donc
beaucoup
plus
Les
compositions
enacides
aminés ont tété déterminées sur
des échantillons
représentant
unelarge
gammede
tauxd’azote : selon
l’espèce,
l’échantillon leplus
riche econtenait de 2 à 4,5 fois
plus
d’azote quel’échantillon
leplus
Pour les
grain(e)s
d’une
mêmeespèce,
la teneur de la matière sèche enchaque
acide
aminéest reliée linéairement au taux
d’azote : une
augmentation
du
taux d’azote desgrain(e)s
correspond
à une accumulationdes
protéines
de
réservedont la
composition
est constante.réaliste que celle en g d’acides aminés. Et
contrairement à ce que croient
beaucoup
d’au-teurs, 100 g de
protéines
correspondent,
nonpas à 100 g d’acides aminés, mais pour les
pro-téines des
grain(e)s,
parexemple,
à 116 ± 1 gd’acides aminés.
Pour le
dénominateur,
lesexpressions
lesplus
usitéescorrespondent
à unpoids
dematière sèche du
produit
biologique (hg
oukg),
à un
poids
d’azote(g, hg
oukg),
à unpoids
deprotéines
réelles ou bien souvent à unpoids
très
approximatif
deprotéines
conventionnelles(protéines
brutes)
obtenu enmultipliant
lepoids
d’azote par un « coefficient deconver-sion » : la valeur de 6,25
(qui
revient à admettreimplicitement
que lesprotéines
brutescontien-nent 16 %
d’azote)
est universellementadoptée
par les nutritionnistes, mais d’autres valeurs
plus
faibles(souvent 5,7)
sont utilisées par les chimistes céréaliers. Le troisième typed’expres-sion du
dénominateur,
en total d’acides aminésretrouvés, par
exemple, équivaut
àexprimer
lescompositions
en fractionspondérales
(%
ou%o).
Son avantage est de faciliter lescomparai-sons
d’analyses
dont les rendements ne sont paségaux.
Son inconvénient estd’empêcher
lecalcul des rendements des
analyses qui
sont unprécieux
indice de fiabilité. Enpareil
cas, lespublications
sérieusesindiquent
par ailleurs lesrendements des
analyses.
Dans le
présent
article,
lescompositions
sontexprimées
sous deux formesprincipales :
en gde l’acide aminé i, soit dans 100 g de matière
sèche des
grain(e)s (A,),
soit dans 16 g d’azotetotal des
grain(e)s (C,).
On adéjà désigné plus
haut par Nle
pourcentage
d’azote de la matièresèche des
grain(e)s.
De sorte que par définitionon a la relation :
Si élémentaire que soit cette remarque ou
cette
relation,
elle semble avoir été absente del’esprit
de laplupart
despublications
en lamatière.
3
/ Relations
entre
composition
en
acides
aminés
et taux
d’azote des
grain(e)s
3.
/
Linéarité
entre
les
variations
des
taux
A
i
d’acides aminés
et
du
taux
N
d’azote
Les travaux
qui
sont à la base des résultats relatés ici ontpermis
de montrer que, pourcha-cune des 16
espèces
étudiées et pour chacundes 20 acides aminés
protéiques,
les fonctionsA
;
(N),
ou si l’onpréfère,
lesrégressions
de Aien fonction de N sont strictement linéaires et
donc de la forme :
Les coefficients de corrélation sont voisins de l’unité et
correspondent
souvent à des niveauxde
signification
de l’ordre de 10’’(Mossé
etHuet
1990).
Les coefficients a, etb,
rapportés
dans le tableau en annexe avec les coefficients
de corrélation r,
(après multiplication
par 1000)
nedépendent
que de l’acide aminé i et del’espèce impliqués
etcela,
dans leslarges
inter-valles de variation de N
représentés
sur lafigure
1. En d’autres termes,quelles
que soientles conditions
d’environnement,
de culture oude fumure
(méthodiquement explorées
parEppendorfer
1975,1978)
etquel
que soit legénotype,
à un taux d’azote N donnécorres-pond
unecomposition
en acides aminés et uneseule et vice versa.
En vérité, dans les
grain(e)s mûr(e)s
et d’étatsanitaire
convenable,
les variationsintraspécifi-ques de
composition
en acides aminés ont unetriple
origine :
analytique, phénotypique
etgénétique
(Mossé
et Huet1990).
Il estpossible
de démontrer que la
principale
cause des varia-tions mentionnées dans de nombreusesdon-nées de la littérature
scientifique
est un artefactdû à
l’imprécision
destechniques analytiques
mises en oeuvre.
Moyennant
desprécautions
analytiques
surlesquelles
leprésent
article ainsisté
beaucoup,
la seule sourceimportante
des variations de
composition
est d’ordrephé-notypique,
se traduisant surtout par unevaria-tion du taux
global
desprotéines
(c’est-à-dire
deN),
mais aussi,corrélativement,
par deschangements
decomposition qui peuvent
atteindre de l’ordre de 100 % pour la teneur encertains acides aminés.
Quant
aux variations decomposition
d’origine génotypique,
elles sontindéniables,
comme entémoignent,
parexem-ple,
leschangements
intervariétaux deprofil
électrophorétique
desprotéines
de réserve desgraines,
mais elles sontquantitativement
négli-geables
et inférieures aux seuils de détectiondes
techniques d’analyse
d’acides aminés lesplus
élaborées.3.a
/
Signification
de la linéarité
de
A
i
(N)
surle
plan
fondamental
La linéarité des fonctions
A
i
(M
peut êtreinterprétée
comme le résultat d’un mécanismerelativement
classique
de larégulation
de laprotéosynthèse.
Il est semblable à celui mis enévidence par Nomura
(1984)
pour lasynthèse
des 52
espèces
moléculaires deprotéines
imbri-quées
dans la structure des ribosomesbacté-riens. Cette
protéosynthèse
est en effetrégulée
essentiellement au niveau de la
transcription
des
gènes
de structure, de tellefaçon
que les 52types de chaînes
polypeptidiques impliquées
soient
synthétisées
dans lesproportions
idoinessans excès ni manque d’aucune d’entre elles.
Or chez les
grain(e)s,
si on compare deuxéchantillons d’une même
espèce,
l’un pauvre,l’autre riche en
protéines,
avec des taux d’azoterespectifs
Ni et N2(> N1)
l’équation
(2)
mon-tre que la
quantité
de l’acide aminé i dans 100g de matière sèche sera
A
I
(NI)
dans lepremier
échantillon et
A
i
(N2)
dans le deuxième. Doncdans 100 g de matière
sèche,
quand
laquantité
d’azote total augmente de N2-N1 et lespro-téines brutes de
16(N2-N1)
g, laquantité
d’acide aminé i augmente deA;(N2J-A;(N1J
g. Ilen découle que dans le
supplément
depro-téines brutes accumulées dans le deuxième échantillon par rapport au
premier,
laconcen-tration de l’acide aminé i,
exprimée
en g pourquantité qui
n’est autre que la pente ai(au
coef-ficient 16
près)
de la droite derégression
entreA
i et N. Comme a, est une constante
caractéris-tique
del’espèce
et de l’acide aminéimpliqués,
il en résulte que,
lorsque
l’on passe degrain(e)s
pauvres à des
grain(e)s
riches enprotéines,
lacomposition
en acides aminés dusupplément
deprotéines
déposées
dans lesgrain(e)s
estconstante
quels
que soient les taux d’azote N1et N2. Or ce
supplément
necomporte
pratique-ment que des
protéines
de réserve. Ceci veutdire que,
quel
que soit le taux deprotéines
desgrain(e)s mûr(e)s
del’espèce
considérée,
toutesles
espèces
protéiques qui
composent cespro-téines de réserve sont
synthétisées
dans lesmêmes
proportions mutuelles,
exactementcomme pour les
protéines
des ribosomes bacté-riens.Les
compositions
en acides aminés desespèces
moléculairesqui
composent lespro-téines de réserve sont loin d’être toutes
connues. Mais celles des
principales
familles deprotéines
de réserve sont connues etdiffè-rent souvent de
façon
importante.
Ceci permetde déterminer la
proportion
de ces familles ausein des
protéines
de réserve. Parexemple,
chez le maïs, les
protéines
de réserve dugrain
contiennent une
proportion
deprolamines
(les
zéines)
double de celle desglutélines
(Mossé
etal
1986)
alors que chez lesorgho
laquantité
deprolamines
n’est que 1,5 fois celle desgluté-lines dans les
protéines
de réserve(Mossé
et al1988).
En outre la linéarité des fonctions
A;(NJ
sug-gère
que tout se passe comme si lacomposition
en acides aminés des
grain(e)s
résultait dumélange
de deux groupes deprotéines :
desprotéines
fonctionnellescorrespondant
à la machinerie cellulaire de lagraine,
d’une part,et des
protéines
de réserve, d’autre part(Mar-tens et Bach Knudsen
1980).
3.
3
/
Conséquences pratiques
La connaissance des coefficients a, et
b,
rap-portés
dans le tableau en annexe pour lesprin-cipales espèces
cultivées pour leursgrain(e)s
permet, par un
simple dosage
de l’azote d’unquelconque
lot degrain(e)s
d’une de cesespèces,
d’en calculerrapidement
lacomposi-tion
quelle
quepuisse
êtrel’hétérogénéité
de celot. Pour des rations nécessitant un
profil
déter-miné d’acides aminés, elle permet aussi,
parmi
divers
mélanges
de deux ouplusieurs
lotsd’es-pèces différentes,
deprévoir
les combinaisonsd’espèces,
celles des taux d’azote et lespropor-tions
respectives
des lotsapprochant
au mieuxle
profil
requis.
Si les teneurs
(A,)
desgrain(e)s
en acidesaminés varient linéairement avec N, il n’en est pas de même des concentrations
(G)
des acidesaminés des
protéines
brutes(ou
matièresazo-tées
totales)
exprimées
en g pour 16 g d’azote.La combinaison des relations
(1)
et(2)
donne :Cette relation montre que les fonctions
C,(NJ
sont du second
degré
etreprésentées
par dessegments
d’hyperboles équilatères (figure
2)
ayant pourasymptote
verticale l’axe desordon-nées C; et pour asymptote horizontale une
droite d’ordonnée
égale
à 16 a, : on retrouve icile fait que
quand
N augmente, lacomposition
en acides aminés de la
graine
tend vers celleSuivant le
signe
du coefficientb
i
qui peut
êtrenégatif,
voisin de zéro(ou
nul)
oupositif,
les fonctions
C
;
(NJ
sontrespectivement
crois-santes,
quasi
constantes ou décroissantes. Onpeut
montrermathématiquement
que les varia-tions de C; avec N sont d’autantplus
impor-tantes que la
quantité
1 bJai
1 estplus
élevée pourune valeur ou pour une
plage
déterminée de N,d’une part, et que le taux d’azote Nest
plus
fai-ble,
d’autrepart.
Ainsi dans lesprotéines
dupois,
quand
Ncroît,
la concentration enargi-nine augmente, celle de l’histidine reste
constante,
cependant
que celle de lalysine
diminue
légèrement (figure 2).
L’expérience
montre que
parmi
les 20 acidesaminés,
le nombre de ceux dont la concentration dans lesprotéines
brutes varie de manièresignificative,
oscille entre 5 à 15 d’une
espèce
à une autre etavoisine le
plus
souvent une dizaine.La relation
(1)
entre Ai et Ci montre que siA
i
(N)
estlinéaire,
G(N)
ne peut l’être et viceversa. Or les
publications
relativement raresqui
ont établi des corrélations entre N, d’une
part,
et Ai et C;, de
l’autre,
ont toutes confirmé que les coefficients de corrélations entre Ai et Nsont élevés pour tous les acides aminés tandis
que celles entre Ci et N sont
systématiquement
faibles pour un nombre
important
d’acidesaminés
(Mossé
et Huet1990).
Divers auteurs,comme par
exemple
Davies(1984)
pour lepois
se sont borné à rechercher les corrélations
entre C; et N, trouvant
parfois
des niveaux designification
nonnégligeables,
maisqui
résul-tent
toujours
de l’étroitesse de l’intervalle devariation de
N impliqué
dans de tels travaux. Ilest bien évident que dans un intervalle étroit de
variation de N, presque
n’importe
quelle
courbe peut être assimilée à une droite. Ainsi,
Davies
(1984)
aanalysé
91 échantillons depois
aux taux N d’azote
compris
entre 3,7 et 4,56,cependant
que l’étude de 33 échantillons auxtaux d’azote
répartis
entre 2,8 et 5,15 nous ontsuffi pour démontrer la linéarité de
Ai(N)
(Mossé
et al1987).
Par ailleurs le calcul montreque, dans
l’hypothèse
ouC
;
(NJ
seraitlinéaire,
Ai(N)
serait alors une fonctionparabolique
pas-sant par un maximum au-delà
duquel
Aidimi-nuerait
quand
N croît, cequi
correspond
à uneimpossibilité.
De sorte que, et les donnéesexpérimentales
convenables,
et leraisonne-ment montrent que C;ne varie pas linéairement avec Ncomme c’est le cas pour A,.
4
/ Conséquences
nutritionnelles
4.
1
/ Variations
intraspécifiques
de la concentration des acides
aminés
dans les
protéines
brutes
Dans un intervalle donné
(N,, N
2
)
devaria-tion du taux d’azote des
grain(e)s, (avec
N2 >N,),
il est instructif de comparer lesaccroisse-ments relatifs 100 ACi/Ci
(exprimés
enpourcen-tage)
de la concentration Ci d’un acide aminédans les
protéines
brutes. Enpareil
cas,l’ac-croissement relatif 4C;/C; est
égal
à[C
;
(N
z
)-C;(N,)]
/C
;
(N,)
ou bien[C
;
(N,) - Q(N,)]/C.(N,)
suivant que C; est une fonction croissante de N(b
i
<0)
ou décroissante(b
i
>0).
Chez les
céréales,
parexemple,
quand
le tauxd’azote
triple
en passant de N1 =1,12 à N2 =
3,36
(soit
un taux deprotéines
brutespassant
de 7 à 21%),
ce sont surtout laglutamine
et laproline
dont les concentrations augmentent leplus :
laglutamine
croît d’environ 40 %(orge),
45 %
(blé
ouseigle)
ou même 100 %(triticale)
et la
proline
d’environ 30 %(seigle),
40 %(blé),
60 %
(orge)
et 75 %(triticale).
Glutamine etproline
sont en effet très abondantes dans lesprolamines,
famille desprotéines
de réservecaractéristique
de nombreusesmonocotylé-dones et
qui
présente
leplus
fort taux d’accu-mulationparmi
l’ensemble desprotéines
deréserve
déposées
dans legrain
en maturation.Pour la même raison, la leucine abondante dans les
prolamines
du maïs,augmente
tryptophane,
abondant dans lesprolamines
desmils,
augmente de 25(mil africain)
ou 30 %(mil
aux oiseauxappelé
aussisétaire).
Chez les
légumineuses, l’arginine
est le seulacide aminé subissant un accroissement relatif
important
d’environ 50 à 100 % suivant lesespèces
pour un doublement du taux d’azote.Ici encore,
l’arginine
est connue pour sonabondance dans les
légumines,
famille depro-téines de réserve des
dicotylédones
qui
asou-vent le
plus
fort taux d’accumulation durant lamaturation de la
graine.
En sens inverse une réduction du taux
d’azote des céréales au tiers
(de
3,36 % à1,12
%) correspond
à des accroissements rela-tifsimportants
de la concentration deplusieurs
acides aminés dans lesprotéines
brutes. Lagly-cine croît dans des
proportions
variant de 40 à70 % chez les
maydées (maïs, sorgho, mils)
etchez
l’orge (50 %).
L’alanine,
deprès
de 50 %chez le triticale et
l’orge.
Letryptophane,
de 45(maïs),
50(blé)
et 60 %(triticale
etseigle).
Letotal méthionine +
cystéine
croîtsignificative-ment chez toutes les céréales
(sauf
le mil auxoiseaux) :
40(mil,
avoine etriz)
50(triticale
etsorgho)
ou même 60 °/>(orge).
Mais, de tous les acides aminés, c’est malheureusement lalysine
qui
présente
souvent les variations lesplus
spectaculaires
chez les céréales :quand
Ndécroît,
elle augmente dans lesprotéines
brutes de 40(seigle),
55(blé
etmaïs),
60(orge
etmil),
70
(sorgho),
80(triticale)
et même 110 %(mil
aux
oiseaux).
Chez les
légumineuses,
pour une baisse demoitié de N, à part le
tryptophane
qui
croît de40 % chez le
lupin
et lalysine
de 30 % chez lesoja
(inférieur
en cela aux autreslégumineuses
de la
présente
étude),
seul le total des soufréscroît
significativement,
de 40(pois
etharicot),
50
(soja)
ou 60 %(lupin),
àl’exception
de la fève où il varie peu.Quant
autournesol,
il estremarquable
par lamodicité des variations
(toujours !
20%)
decomposition
de sesprotéines
brutes. A cetégard,
il est suivi deprès
par l’avoine chezqui
seul le total des soufrés diminuesignificative-ment
quand
N croît dans les limitesprécisées
ci-dessus.4.
2
/ Variations
inter
et
intraspécifiques
des
scoresnutritionnels des acides
aminés
indispensables
limitants
en
fonction
de
N
Dans le
paragraphe précédent,
le survol desvariations de la concentration C; en acides ami-nés dans les
protéines
brutes en fonction de N nepréjuge
pas, pour lesindispensables,
enpar-ticulier pour les
plus
limitants,
de leur niveauinitial ou final dans les
protéines
brutes. Laseule
façon d’appréhender
en même temps leniveau de ces acides aminés et ses variations et
de les situer les uns par rapport aux autres chez diverses
espèces
consiste àreprésenter
graphi-quement les variations des scores nutritionnels des
plus
limitants en fonction de N.a / Bases de calcul des scores
Le score nutritionnel
(«
chemical score »pour les
anglo-saxons)
d’un acide aminéindis-pensable
est défini comme le rapport,exprimé
en
pourcentage,
de sa concentration en g pour16 g d’azote de l’aliment concerné, à sa
concen-tration en g pour 16 g d’azote d’une
protéine
deréférence
(qualifiée
aussi de standard oud’équilibrée).
Une telleprotéine
de référencepeut
correspondre,
comme on le sait, à unmélange
deprotéines
réelles(protéines
de l’oeuf ou dulait,
parexemple).
Mais il peuts’agir
aussi d’uneprotéine
équilibrée théorique
ou idéale pour une
espèce
animale donnée à unstade
physiologique
déterminé(Henry 1988).
Seuls les acides aminés limitants ont des scoresinférieurs à 100 %, mais il est intéressant, pour
les diverses sources
d’aliments,
de les classerpar ordre croissant de score.
A l’instar de
Seligson
etMackey (1984),
onpeut
objecter
qu’un
tel classement des acides aminés par scorechange parfois
defaçon
nonnégligeable
en fonction dumélange
protéique
de référence choisi. Pour
l’espèce
humaine,
lacomparaison
des standardscorrespondant
àl’oeuf de
poule
ou au lait de femme avec ceuxsuggérés
successivement par les FAO/WHO(1973)
ou le NRC(1980)
montre que leprofil
des
