METABOLISME DES PROTEINES: Bilan

(1)

Bilan

ERLICH D & BEAUDRY P SERAZIN V

(2)

I- LES PROTEINES I-1 Rappels

I-2 Schéma général

I-3 Renouvellement des protéines II- LE BILAN AZOTE

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-1 Alimentation

III-1-1 Aspects quantitatifs III-1-2 Aspects qualitatifs

III-1-3 Digestion et absorption des protéines III-2 Protéolyse

III-2-1 Système lysosomal

III-2-2 Système Calcium dépendant III-2-3 Système « Protéasome » III-3 Synthèse de novo des AA

IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-1 Synthèse des Protéines

IV-2 Synthèse des autres composés azotés

(3)

IV-3-2 Elimination de l’azote

A- Origine de l’Azote sous forme NH₃ B-Synthèse de la Glutamine

C-Cycle de l’Alanine D-Cycle de l’Urée

E-Ammoniogenèse rénale F-Pathologie

IV-3-3 Devenir de la chaine carbonée A-Cetogénèse

B-Néoglucogénèse

C-Synthèse des Acides Gras V—REGULATION du métabolisme Protéique

V-1 Echanges interorganes de la Glutamine V-2 Régulation nutritionnelle

post-prandial (nourri) post-absorptif (à jeun) V-3 Régulation Hormonale

(4)

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 -Albuminémie

-Electrophorèse des protéines sériques -Ammoniémie

-Amino-Acidémie -ASAT, ALAT

-Urée et creatinine (sang & urine)

(5)

Protéines: Molécules comportant de l’Azote et composées d’une séquence 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 -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

Macromolécules essentielles à la vie

(6)

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

Proline (P) fonction amine secondaire ( coudes)

(7)

Séquence en AA Repliement de la structure

primaire

Repliement de la structure secondaire

Liaison non covalente entre plusieurs protéines

Structure des protéines (Rappel):

diversité +++

(8)

Diversité des fonctions +++

-Structure (Collagène, kératine …) -Contractiles (Myosine, Actine) -Transport (Albumine, Hb …)

-Immunitaire (Immunoglobulines, cytokines …) -Enzymatique (quasiment toutes !)

-Hormonales et neuromédiatrices

-Transduction (Récepteurs, Protéines G …)

-Régulation de l’expression du génome (Facteurs Transcriptionnels)

I- LES PROTEINES 1- Rappels

(9)

Eau extracellulaire (25%  ^{20 l)}

Eau intracellulaire (37%  25 l)

Minéraux (6%  4 kg) Graisse (10-30%  10 kg)

Masse corporelle  70 kg

Masse maigre

Masse grasse

Protéines (16%  10 kg)

Importance vitale des protéines +++

Les compartiments corporels selon Brozek

(Enseignement de nutrition, collège des enseignants de nutrition)

(10)

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)

Biosynthèse des autres produits azotés Apports exogènes

( 80 g/j)

Synthèse de novo (endogène)

Dégradation irréversible ( 80 g/j)

(UREE, NH₄, CO₂)

Renouvellement ou

« Turnover protéique »

I- LES PROTEINES

Les AA excédentaires ne sont pas stockés: ils sont dégradés

ENTREES SORTIES

(11)

Les protéines de l’organisme participent de façon très variable au renouvellement 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

Stock ApoB100 des VLDL: renouvelé 3 fois/j Renouvellement des P musculaires = 20 %

" P hépatiques = 10% du renouvellement global

(12)

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 mais pas de gain protéique!

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



Possible dissociation entre synthèse protéique et gain protéique

synthèse et catabolisme 3- Renouvellement des protéines +++

(13)

Ce renouvellement protéique +/- rapide permet:

-meilleure adaptation aux différentes circonstances nutritionnelles et physiopathologiques

-l’élimination des protéines vieillies

-rôle dans la reconnaissance immunitaire +++ par

génération de peptides

(14)

II- LE BILAN AZOTE

Contrairement aux microorganismes et végétaux, l’Homme ne sait pas incorporer l’azote de l’environnement (NH4+) dans ses constituants biochimiques

Il est donc dépendant des apports de composés Azotés apportés par l’alimentation  Economie précise de l’Azote

Entrées Sorties

Alimentation Protéolyse

Synthèse de novo des AA

Dégradation des AA ^{(urée, NH}4, CO₂)

Synthèse des protéines

Synthèse des autres produits azotés

(15)

Protéolyse Synthèse des Protéines

Acide aminé

Squelette des atomes de carbone

Glucose Acétyl-CoA Corps

cétoniques

Urée

Catabolisme des AA

Synthèse des autres

composés azotés

Hème, mono/polyamines Nucléotides, Glutathion, NO,coenzymes nucléotidiques…

Absorption des AA

 de novo AA

=

(16)

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES

III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes

Correspond à l’apport alimentaire en protéines qui subissent leur digestion au niveau du tractus digestif

III-1-1 Aspects quantitatifs

Chez l’adulte, en pays développé, apports  70-100 g/j Besoins recommandés:

55 g 45g/j 110 g/j

  

^{4-6 mois}

Dépendent de l’apport  par les autres nutriments de l’âge

de l’activité physique

(17)

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



Kwashiorkor

E de 6 mois-3ans au moment du sevrage Pays en voie de développement

Anoréxie

Opérés, cancéreux, brûlés

Perte protéique >> besoins

Carence protéique

Marasme

Carence  globale

(P, vitamines, minéraux)

(18)

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 végétales

(19)

Essentiels (Leu Thr Lys Trp Phe Val Met Ileu. Et chez l'enfant en plus His Arg) : apportés exclusivement par l'alimentation

Non essentiels (Gly, Asp, Asn, Glu, Gln, Pro, Tyr, Ser, Cys, Ala) : peuvent être synthétisés par l'organisme

NB1 : la notion d'aa essentiel varie d'une espèce à l'autre NB2 : l'apport alimentaire doit être équilibré

(20)

III-1-3 Digestion et absorption des protéines

dénaturation pepsine

Estomac

Trypsine Chymotrypsine Elastase

carboxypeptidases

Lumière intestinale

Endopeptidases Aminopeptidases Dipeptidases

Bordure en brosse

Dipeptidases Tripeptidases

ENTEROCYTE

AA

capillaire

(21)

-Digestion gastrique: dénaturation des P par l’acidité

action 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 actifs Exopeptidases (carboxypeptidases A et B)

-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

(22)

Lumière Sang

Pôle apical C intestinale Pôle basal

Systèmes de transport des AA -propre aux AA neutres

(AA aromatiques & aliphatiques)

-propre aux AA basiques

-propre à la Gly, Pro et OH Pro -propre aux AA acides

Transport actif +/- lié au Na+

Na⁺ Na⁺

Systèmes de transport des AA requièrent l’activité des pompes Na/K

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

 Absorption des AA essentiels

(23)

-AA absorbés (veine porte)  FOIE

-60-80% transaminations = Phénomène d’extraction oxydations splanchnique

 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 charge protéique alimentaire importante.

-Apport de 150g/j par la veine porte

P alimentaires (70-100g/j)

P sécrétées par le tube digestif (50g/j)

(enzymes, mucus, débris c)

(24)



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

Maladie coeliaque (intolérance au gluten):

maladie autoimmune – villosités de l’intestin grêle  malabsorption (vit B12)

Phénylcétonurie (déficit en phénylalanine hydroxylase) saturation des transporteurs des AA aromatiques par F  déficit des autres AA aromatiques (tyrosine et trytophane)

Dépistage à la naissance, retard mental à long terme

(25)

(26)

(27)

-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

-Genèse des peptides antigéniques ⁽^ P endo & exogènes)

-Production d’



en situation de carence

-Régulation de l’abondance tissulaire des P

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

(28)

III-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-Calpastatine Cytosolique

 dégradation des P du cytosquelette +++

 Système « Protéasome » (ATP dépendant) Muscle +++

 dans les états cataboliques +++

Système des Caspases

(29)

III-2-1 Système lysosomal: peu spécifique

- Foie et reins +++

 P extracellulaires Endocytose - protéases actives en milieu acide = Cathepsines

Dans des vésicules lysosomales  endocytose des P à dégrader

 P intracellulaires à ½ vie longue

 Membranes cellulaires, organites

Autophagie

(30)

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

III-2-1 Système lysosomal (suite)

 Nécessite de l’ATP  pH acide

H⁺ ATP



Séquences « signal » KFERQ

Lys-Phe-Glu-Arg-Gln

Motifs exposés au fur et à mesure du vieillissement de la P ciblage selectif des P  dégradation

 Carence nutritionnelle +++

Jeûne

(31)

III-2-2 Système calcium dépendant: Calpaïne-Calpastatine 3 calpaïnes cytosoliques

dont l’activité dépend de

[Ca

²⁺

]

(pH 7)



Dégradation des Protéines du cytosquelette portant les séquences PEST

Pro-Glu-Ser-Thr

(32)

III-2-3 Système « PROTEASOME Complexe multienzymatique 19S

26S 20S

-Complexe 20S: Protéolytique (14 su )

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

Founit

l’  

^  assemblage 20S + 19S

 protéolyse

P marquées par l’Ubiquitine

(33)

III-2-3 Système « PROTEASOME (suite)

Dégradation des P intracellulaires

(enzymes limitantes, P régulatrices)

Dégradation des P anormales

Intervient ds la présentation des Antigènes

aux molécules de classe I du CMH

  Ds les états cataboliques

Majorité de la protéolyse au niveau musculaire +++

(34)

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)

Multiples combinaisons E2/E3

 régulation fine +++ d’un très grand nombre de P 

ATP

P poly-ubiquitinée  protéasome  dégradée

(35)



Signal pour l’ubiquitination

AA en position N-terminale

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

(36)

 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 inefficace pour dégrader les P anormales

(37)

Régule

- Transcription des gènes

- Progression du cycle cellulaire - Rythmes circadiens

- Réponse inflammatoire - Suppression des tumeurs - Métabolisme du cholestérol - Apprêtement des Ag

Consomme de l’énergie +++

Régulée +++

par conditions nutritionnelles et hormonales

(38)

III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES

H

R

C COO^- H₃N⁺

Squelette carboné

Provient de 3 chaînes métaboliques majeures: Glycolyse, voies des pentoses phosphates, cycle de Krebs

6 voies métaboliques pour la  des AA Groupe amine  Glu ou Gln par une réaction de transamination

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

(39)

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/j Carences vraies rares

(40)

III-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

(41)

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

Acide  cétoglutarique (  CG)  Glutamate (Glu)

 Finalité des transaminations: redistribuer l’azote ingéré de façon adéquate entre les  AA nécessaires à la  protéique



ALAT et ASAT: FOIE+++

marqueurs

de l’intégrité hépatique

(42)

IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES

IV-1 Synthèse des protéines

AA libres

(43)

Hème & porphyrines ⁽^^Gly) Monoamines, polyamines

sérotonine ^{( Trp),}GABA ^{( Glu)}

dopamine-adrénaline-mélanine ⁽^^{Phe, Tyr)} Thyroxine ⁽^^{Phe, Tyr)}

Nucléotides (purines & pyrimidines) ⁽^ Asp, Gln, Gly)

Coenzymes nucléotidiques

(NAD, NADP, FAD, CoA) Glutathion ⁽^^Glu)

Créatine NO ⁽^^Arg) Urée

Carnitine

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

oxydatif des AA

AA

Squelette des atomes de carbone

Glucose Acétyl-CoA Corps cétoniques

Urée

Mécanisme spécifique de l’AA

Perte du groupe carboné Perte du groupe aminé

Mécanisme général

(50)

IV-3 Dégradation irréversible des AA

IV-3-1 Perte du groupement amine FOIE +++

3 mécanismes:

a-Désaminations oxydatives

b-Désaminations non oxydatives

c-Transaminations

(51)

IV-3-1 Perte du groupement amine

a-Désaminations oxydatives (mitochondrie)

Glutamate NH⁴⁺  Cétoglutarate

NAD(P) NAD(P)H

Glutamate deshydrogénase

FOIE et REIN

(52)

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

Quantitativement très importante, reversible

 Désamination oxydative Glu   CG + NH

⁴⁺

Glutamate deshydrogénase Enzyme allostérique Régulée +++

ATP & GTP: inhibiteurs allostériques

ADP & GDP: activateurs allostériques

Déficit énergétique cellulaire  active le catabolisme des AA

(53)

 Désaminations oxydatives à FAD ou FMN

Importance métabolique mineure Irréversible

Hépatique

(54)

IV-3-1 Perte du groupement amine

b-Désaminations NON oxydatives

Certains AA peuvent être désaminés directement:

S

^(Ser),

T

^(Thr)⁺⁺⁺

H ^(His)

Sérine  Pyruvate + NH⁴⁺

Thréonine   cétobutyrate +NH⁴⁺

Déshydratases (déshydratation puis désamination)

c-Transaminations (cf III-3)

(55)

 cétoacide

 CG GLU

NH⁴⁺

NAD(P)

NAD(P)H

ASPALA

IV-3-1 Perte du groupement amine: CONCLUSION

Les AA naturels, à l’exception fondamentale de GLN et ASN ^(et

accessoirement Ser, thr, His) ne peuvent être désaminés directement

 Transamination

Le groupe aminé de nombreux AA est transféré à  CG  Glu qui subit une désamination oxydative  NH

⁴⁺

 UREE

Couplage  régénération de CG +++

(56)

IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE

Des tissus autres que le foie dégradent des AA Ex: Muscle +++ Jeune

Exercice prolongé AA = source



2-Dans le Foie: GLN  GLU + NH⁴⁺  UREE

+++

3-Dans les Reins: élimination sous forme NH⁴⁺

 20% de l’Azote urinaire total 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)

(57)

IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE

Pourquoi faut-il éliminer NH₃ ?? NH₃ TOXIQUE +++ si 

NH₃, liposoluble  CERVEAU

NH₃ + CG  glutamate  Déplétion en CG

Cycle de Krebs ralenti Phosphorylation oxydative bloquée 

 ATP

Mort des cellules neuronales

Glutamate + NH₃  Glutamine   GLU

Or GLU précurseur du  aminobutyrate, GABA  (neurotransmetteur)

 COMA

(58)

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

Désaminations des Bases PUR-PYR Désaminations des Monoamines

(sérotonine, histamine, dopamine, adrénaline)

Désamination du carbamyl phosphate

Origine ENDOgène Origine EXOgène

Désaminations dans l’intestin AA ingérés/rétrodiffusés

Urée rétrodiffusée

Désaminases/uréases bactériennes

NH

₃ ^ 4/5 absorbés

Veine Porte  FOIE 1/5  fèces (NH⁴⁺)

Désamination GLN: glutaminase

(59)

(60)

IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE

B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q

Utilisée pour la synthèse de nombreux composés +++

- Substrat pour  bases PUR & PYR - Précurseur de Pro, Orn, Arg

GLN Transporteur d’Azote entre les tissus

 Foie: Glutaminase  Uréogenèse

 Reins: Glutaminase  Ammoniogenèse AA le plus abondant dans le plasma

(61)

B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q

GLU +

NH

₃⁺

 ATP 

^

GLN

+ ADP + Pi Glutamine synthétase

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

hépatocytes périveineux

Glutamine synthétase Enzyme allostérique Régulée +++

par rétroinhibition cumulative et multivalente Cette régulation joue un rôle critique dans

le contrôle du métabolisme de l’azote

(62)

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

Glutamine synthétase

Active ^{sous forme} désadénylée Inactive ^{sous forme} adénylée

(covalente-AMP)

adénylyl transférase + P régulatrice (P_A) P_A P_B uridylyl transférase régulée

Cascade enzymatique ? - Amplification des signaux

- Régulation très fine du flux d’azote dans la cellule

(63)

Glutamine Glutamine

GLN synthétase

TISSUS PERIPHERIQUES

Urines

Uréogenèse Ammoniogenèse

Urée NH₄⁺

FOIE REINSGlutaminase Glutaminase

(64)

IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE

C- Muscle: Cycle de l’Alanine

NH⁴⁺

Muscle Foie

Lors du jeûne ou d’un excercice prolongé, le muscle utilise les AA comme source d’  production d’Azote

1- Réactions de transaminations  GLU

GLU

GLU transaminé en ALA  Sang

ALA ALA

PYR

Foie, capte ALA  PYR (transamination)

PYR  Glucose

groupe aminé  Urée 2- Transporté sous forme de GLN

(65)

D- FOIE: Cycle de l’URÉE +++

GLN est converti en GLU Glutaminase Exclusivement dans le FOIE +++

GLN  GLU + NH₃

Urée contient 2 N/molécule 1^er  NH₃ 2^ème  ASP

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

Voie préférentielle d’élimination de l’azote en excès

Cycle de l’URÉE

Hépatocytes périportaux

(66)

Métabolisme hépatique de la GLN d’après D Haüssinger

(67)

D- Cycle de l’URÉE

KREBS

mitochondrie

HEPATOCYTE périportal (Carbamyl P Synthetase I)CPSI

2 ATP + HCO₃^- + NH₃ Carbamyl–P + 2 ADP + Pi 1^er N

Arginine

Fumarate

(ArgininosuccinateASL

lyase)

ASP ²^ème^N

Argininosuccinate

ATP AMP + PPi

(ArgininosuccinateASS

synthetase)

Arginase H₂O

Urée C

NH₂ NH₂ O

Ornithine Citrulline

Pi (OrnithineOTC

transcarbamylase)

(68)

D- Cycle de l’URÉE

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

Bilan:

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  des Protéines et pour servir à la production d’Urée

2 réactions ont lieu dans la mitochondrie 3 dans le cytosol

+ 1 ATP

(69)

D- Cycle de l’URÉE

Le Cycle de l’Urée est lié au cycle de Krebs

Cycle de l’URÉE Malate

OA

Cycle de Krebs Fumarate

Malate

OA

Fumarate ARG

Arginino succinate

Citrulline ASP

mitochondrie

 AminoA GLU

 CétoA, CG

Transamination / GDHase

Régénère l’ASP CR  NADH₂

(70)

D- Cycle de l’Urée: REGULATION

1- Carbamyl Phosphate Synthétase I

+++

-[Substrats]: NH₃ et HCO₃^- -Disponibilité en ATP +++

-[N acétyl GLU]intramitochondrial: Régulation allostérique

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

+

PYR (état NOURRI)

PDH

AG ^(Jeûne)

GLN 

Glutaminase

Si dégradation des P    GLU   NAG   urée

GLU Acétyl CoA

NAG

N acétylGlu synthase

(71)

D- Cycle de l’Urée: REGULATION

2- Ornithine TransCarbamylase (OTC)

-Disponibilité en

Ornithine

ARG  Protéines Alimentaires Intestin (État nourri)

Arginase

Glu  GLN Intestin (Jeûne)

P5CS

(72)

D- Cycle de l’Urée: REGULATION

3- ArgininoSuccinate Synthétase (ASS) Disponibilité en

ASP

PYR PYR carboxylase AcétylCoA

+

ASP Arginino-

succinate ASS

OA

CG

GLU

ASP ASAT

GLU

CIT ORN

mitochondrie

(73)

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 P Brûles

Traumatisés +++

(74)

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

5- Cycle de l’urée est dépendant du

ratio NAD/NADH

₂

Cycle de l’URÉE

Cycle de Krebs

Fumarate Malate OA

ARG Arginino

succinate

Citrulline

ASP

mitochondrie

 AminoA GLU

 CétoA, CG

Régénère l’ASP

Malate OA Fumarate

NADH₂ NAD⁺

Disponibilité en NAD+

 Activité de la chaîne respiratoire +++

Intoxication alcoolique Alcool DHase à NAD+

Le NAD+ est consommé prioritairement pour la détoxification alcoolique

  Uréogenèse

(75)

E- REINS: Ammoniogenèse

A partir de la GLN

GLN + H₂O  GLU +

NH

₃

H

⁺

NH

₄⁺

Urée

20% de l’azote urinaire

En conditions cataboliques Jeûne

Acidose

Insuffisance hépatique



glutaminase

(76)

F- PATHOLOGIE 

 Ammoniaque (NH₃) dans le sang = hyperammoniémie A- Hyperammoniémies secondaires

 Causes (hépatite aiguë, cirrhose …)

SC: Coma, flapping tremor …

Cirrhose : saignements digestifs

+++ Shunts porto-caves  NH₃ Bases thérapeutiques: traitement de la cause +++

Régime pauvre en protéines

Lutte contre le saignement digestif Décontamination digestive

Cirrhotique +++

-Insuffisance Hépatique sévère +++

⁽^^urée)

(77)

F- PATHOLOGIE 

A- Hyperammoniémies secondaires (suite)

-Acidose  défaut d’élimination urinaire (NH₄⁺) -Anomalies héréditaires du métabolisme:

-Acidurie Organique (+ acidose métabolique)

-Déficit  oxydation des AG -Déficit Chaîne Respiratoire

-Prématurité: immaturité hépatique & défaut de perfusion

(78)

F- PATHOLOGIE 

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 - ASS - ASL

- Arginase

Ar Ar

Lié à l’X Ar

Ar Ar

1/ 62000 1/ 14000 1/ 57000 1/ 70000 1/ 363000

(79)

2 ATP + HCO₃^- +

NH

₃

Carbamyl–P

+ 2 ADP + Pi

Arginine Fumarate

ASP

Argininosuccinate

ATP AMP + PPi

Arginase ASS H₂O

Urée

Ornithine Citrulline

Pi

OTC





ASL









(80)

F- PATHOLOGIE 

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

(81)

F- PATHOLOGIE 

B- Hyperammoniémies PRIMAIRES Signes cliniques: 2 groupes

Révélation Neonatale: LETAL

(> 24h) Vomissements, léthargie  COMA Hypothermie

Révélation Tardive et Adulte: GRAVE Facteurs déclenchants +++

SC chroniques: S digestifs et hépatiques Encéphalopathie chronique S neurologiques récurrents S psychiatriques

SC Aigus: S neurologiques +++

S digestifs

(82)

F- 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

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

-Tests de Charge

-Biologie Moléculaire

-Dosages enzymatiques sur biopsies de foie

CPS, OTC: muqueuse intestinale ASL, ASS: fibroblastes

Arginase: érythrocytes

-Alcalose respiratoire

(83)

• CETOGENESE

Hépatique mitochondriale

– Acétoacetate, 3 Hydroxybutyrate, Acétone

• Six acides aminés cétogènes

: -

Ileu, Trp & Lys, Leu , Phe & Tyr

Substrats energétiques :

muscle squelettique et cardiaque cortex rénal

Cerveau ( partiellement)

(84)

(85)

(86)

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

(87)

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

FOIE & REIN

Mitochondrie : Oxaloacétate tranféré au cyotosol via malate REGULATION

Pyruvate carboxylase activée par Acetyl-coA PEP carboxykinase : Transcription par Glucagon

(88)

Seulement cétogènes

(89)

(90)

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

(91)

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 –coA Production en quantité de citrate ( Krebs)

Transfert cytoplasmique d’acetyl-coA par citrate

Formation cytosolique de Malonyl-coA

(92)

(93)

(94)

(95)

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 substrat énergétique ( intestin++)

substrat privilégié synthèse nucléotides Effet anabolique pour les protéines

Intestin & Rein : catabolisent Gln Muscle: synthèse Gln

Foie : synthèse ou catabolise Gln ,selon équilibre acidobasique

(96)

Glutamine Glutamine

GLN synthétase

TISSUS PERIPHERIQUES

Urines

Uréogenèse Ammoniogenèse

Urée NH₄⁺

FOIE REINSGlutaminase Glutaminase

(97)

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

• catabolise glutamine pour ses besoins énergétiques

 transamination entre glutamate/pyruvate alanine → foie

 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

V-1 Echanges interorganes de la glutamine

(98)

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)

→ 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

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE

V-1 Echanges interorganes de la glutamine

(99)

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 → 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-1 Echanges interorganes de la glutamine

(100)

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation nutritionnelle

En état NOURRI (post prandial) Intestin: Source d’AA +++

AA captés par le FOIE +++

80% métabolisés (extraction splanchnique)

20% AA ^ramifiés ++  MUSCLE

Protéolyse

< Synthèse: bilan > 0

 UREE  substrats HCO₃^- et NH₃

 N acétyl Glu  + CPSI

+ enzymes

Insuline    captation AA  Protéolyse

 Synthèse protéique +++ (+  apport énergétique)

 Protéolyse

(101)

20% AA

protéines

Gln Gln

Ala

UREE AA

(102)

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation nutritionnelle

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

Protéolyse >

^Synthèse

: bilan < 0

 Insuline ( libération des AA musculaires)

 Glucagon ( captation hépatique des AA)

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)   protéique capte NH₃  Urée (acidose physiologique)

GLN  reins  NH₄⁺

Flux d’AA MUSCLE

vers le foie  protéines essentielles (Alb, Coag …)

ALA +++ (Néoglucogenèse)

vers l’intestin: GLN = carburant

(103)

Gln Ala

NH

₄⁺

(104)

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation nutritionnelle

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

Catabolisme Protéique +++

Épargne maximale ++++

 UREE

 Turnover des protéines

 Préserver les P essentielles (Albumine …)



Fonte musculaire

Arrêt de la croissance,  Fréquence cardiaque, Tbles thermorégulation



 Dépenses énergétiques

(105)

 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) Hypothermie

Hypoglycémie

Protéolyse >>>

^Synthèse

: bilan <<<< 0

(106)

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation nutritionnelle

Dénutrition protéique aux cours des AGRESSIONS

(grands brulés, opérés, cancéreux, infectés…)

Hypermétabolisme avec hypercatabolisme +++

NNé



^Adulte

Réserves P réduites Besoins P ++++

Au cours d’une agression  besoins énergétiques

 besoins protéiques

(107)

Dénutrition protéique aux cours des AGRESSIONS

(grands brulés, opérés, cancéreux, infectés…)

Redistribution des P musculaires vers le foie et tissus cicatriciels Foie:  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)

(108)

JEUNE +++ AGRESSIONS

Besoins



^ ^

Insuline   (Résistance)

Corps cétoniques

+++

⁰

Glycogenolyse, lipolyse

 

Protéolyse  

Protéines squelettiques

= puis  

Protéines viscérales = puis   (réponse inflammatoire)

Perte de poids graduelle accélérée

(109)

Hormones anabolisantes

Insuline  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)

 protéolyse

Catécholamines (Adrénaline, Noradrénaline)

 Synthèse protéique et  protéolyse

( agonistes pour production de viande de boucherie!!)

Stéroïdes sexuels (Testostérone)

(110)

V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation HORMONALE

Hormones catabolisantes

Glucocorticoïdes +++  protéolyse musculaire +++

Inhibition de la traduction Hormones thyroïdiennes ??

euthyroïdie indispensable à la croissance Hyperthyroïdie  fonte musculaire

Glucagon effet modeste ( protéolyse)

Cytokines Globalement catabolisantes (muscle) et anorexigènes

(111)