BRIET Emma - ARTU Lucie P2 FELDEN-Biochimie-17/11/2020 Il a rajouté le cycle de l’urée cette année.
MÉTABOLISME DES BASES PURIQUES
On verra comment sont faites les bases de l’ADN. On verra aussi qu’au début les bases sont faites pour l’ARN. L’ADN est apparu après ARN, il y a plein de raison auxiliaire à ça. l Il y a 2 enzymes pour faire des bases : les ribonucléotides reductase et une méthyle transferase. Le sucre dans l’ADN est sous forme 2’ desoxy alors que dans l’ARN il est sous forme 2’OH. Il faut enlever le OH de l’ARN et il transformer un méthyle pour faire de l’ADN On verra comment on catabolise les bases, et les pathologies associés à ses dysfonctionnements
I - Biosynthèse des bases puriques
Les purines sont des hétérocycles constitués d’un cycle pyrimidine et imidazole. Ce sont des bases compliquées à fabriquer. Le métabolisme des purines est l’ensemble des voies métaboliques synthétisant les purines à partir du ribose 5 phosphate. Le catabolisme de ses bases purines est réalisé pour l’élimination de l’azote, sous forme d’acide urique
La plupart de nos cellules est capable de faire la synthèse complète du noyau purique à partir de ce ribose 5 phosphate. Il provient du produit de la voie des pentoses phosphates. Les pentoses phosphate est un des 4 grands métabolismes de l’organisme, pour fournir ces briques qui vont permettre à partir du sucre fournir du ribose (pour faire le ribose 5 phosphate ) et ça permet aussi du NADPH.
On a appris la fabrication des sucres, pour faire d’autres composés dans l’organisme, les acides aminées, et là on va voir comment on fabrique nos briques pour les polymérases.
Toute la synthèse aboutit à l’Inosine mono phosphate : IMP. L’IMP va donner soit l’AMP ou le GMP, c’est un carrefour métabolique. Construction de l’imidazole, puis le cycle où il y a l’inosine. Au contraire de l’adénosine, l’inosine à un OH au lieu du NH2, et la liaison glycosidique est en N9 sur l’imidazole. On part d’un ribose 5 phosphate et on consuit un IMP, on va déjà faire un nucléotide.C’est important parce que dans la dégradation on enlève les différents membre du nucléotide pour faire un nucléoside et une base libre.
A) Cycle long, cycle court
Notion de cycle long et court : le cycle long est représenté en vert. Il existe chez l’humain car la biosynthèse des purines est destinée à produire des nucléotides : ATP, AMP, GTP et GMP.
En revanche, chez les oiseaux, la biosynthèse des purines est uniquement faite pour l’élimination de l’azote (en rouge).
Tout est condensé vers un seul acide aminé, la glutamine qui est en quantité beaucoup plus importante que les 19 autres AA, la glutamine va aller ensuite dans le cycle de l’urée.
L’élimination de l’azote a été très modifié au cours de l’évolution, nous on a un cycle long pour fabriquer les briques de nos acides nucléiques.
Dans des circonstances pathologiques = hyperuricémie (crise de goutte), qui fait mal aux extrémités (mains, orteils), car l’acide urique est insoluble dans le corps, et sa solubilité est température dépendante (les femmes le savent bien, elles ont un cœur plus petit en termes de volume par rapport aux hommes, elles ont donc souvent froid aux extrémités). Ces gens qui ont des problèmes activent le cycle court : ils font comme les oiseaux ce qui donne une hyperuricémie.
B) Les réactions menant à l’inosine monophosphate
On commence par le ribose et on va construire la base, c’est l’inverse pour le métabolisme des bases pyrimidiques.
C)Les enzymes et les 3 complexes enzymatiques
1. Synthèse du 5-PRPP par la 5-PRPP synthétase
Tout commence par le 5-Phospho-Ribose qui vient des pentoses phosphates. Il faut ajouter un phosphate pour débuter un métabolisme et apporter de l’énergie soit pour construire ou détruire des molécules (exemple du G6P dans la glycolyse, où l’énergie est apportée sous forme de phosphate et d’ATP). On ajoute à l’endroit où l’action se fait dans la réaction suivante, on construit la liaison n glycosidique, donc le pyrophosphate est mis en position 1, et on dit 1’ car la base prime sur le sucre. Après la base est numérotée de 1 à 9 et le sucre va devenir 1 prime mais sans sucre on dit juste 1, 2, 3, 4, 5
(aucun intérêt scientifique, c’est juste de la nomenclature).
Le 5 phospho ribose va donner le 5 P Ribosyl Pyriphosphate ( 5-PRPP) en utilisant l’ATP comme cofacteur.
Par rapport à la régulation, les premières et dernières réactions sont régulées par le produit final : ADP et GDP car on construit des bases puriques. Logique, si il y a plein de bases construites, on va pas en refaire plus ! Grande constante dans les métabolismes.
Dernière information sur le 5-PRPP, c’est un carrefour métabolique, il va pouvoir être utilisé par l’enzyme suivante, la 5 PRPP amido transférase (transfert d’un groupement amide).
Mais on le retrouve dans la biosynthèse des bases pyridimiques et on va le retrouver dans les enzymes capables de récupérer (APRT et HGPRT).
2. Première étape d’engagement irréversible par la 5- PRPPamino-transférases (Committed step)
On commence à construire le N, qui va former la liaison N-glycosidique NH3.
L’enzyme 5-PRPPamino-transférase a besoin du couple glutamine/glutamate qui amène de l’azote. On a besoin d’AA pour construire des bases, là c’est une enzyme Fe/S et on arrive au produit final, le 5- PRibosylamine. L’énergie est fournie par hydrolyse du PPi (pyrophosphate), la réaction est irréversible = committed step. Dès que la deuxième réaction démarre, on va jusqu’au bout. Avant il y avait des checkpoints pour revenir en arrière, mais pas ici.
catalytiques. L’intérêt est que ça va plus vite car le substrat passe de site en site, la réaction enzyme substrat est plus efficace. On gagne en processivité et en réactivité.
L’enzyme subit une rétro inhibition allostérique par les produits finaux de la réaction qui sont AMP, GMP et IMP.
3. Première multi-enzyme
3 réactions possibles : 3 activités enzymatiques liées en 1 seule multienzyme pour les étapes 2, 3 et 5 de la biosynthèse de l’IMP. L’étape 4 est catalysée de manière indépendante (vu ensuite).
Les substrats de cette première réaction qui vont permettre de faire le cycle imidazole sont la 5Phospho-ribosylamine et la glycine. Tout est fait à rebrousse-poil, on fait le phosphate, le sucre, le cycle imidazole puis le cycle à 6.
On a besoin d’un facteur ; le Tétrahydrofolate (vitamine : acide folique). Il y a des médicaments anti cancéreux qui sont
des anti foliques, comme le méthotréxate. C’est un anti folique qui empêche le THF de faire son job. Donc il freine la synthèse des bases dans une cellule qui multiplie son ADN donc activité anti-cancéreuse. Avec cette multienzyme, on construit le 5-amino imidazole ribotide.
Rappel : nucléoside : base+sucre; nucléotide : base+sucre+1,2 ou 3 phosphate.
Les substrats de cette première enzyme sont le glycocolle (glycine), la glutamine, l’ATP donneur d’énergie. Coût énorme pour faire les bases en terme énergétique.
La Formylglycinamide-R-Aminotransférase n’appartient pas au complexe, elle est séparée de la multienzyme. Elle consomme de l’ATP, fait intervenir le couple glutamine/glutamate pour mettre l’azote qui est hexacyclique sur le cycle imidazole. Il y a une insaturation et un CH=O, qui est efficace pour fermer le cycle.
Une deuxième multi-enzyme responsable des étapes 6 et 7 de l’anabolisme permet de fabriquer l’IMP. L’IMP peut s'apparier à un A, C ou G. Ce qui est incroyable, on l’aime pour les ARNt mais sinon on ne l’aime pas trop, on préfère
aller vers A ou G.
La 2ème multi enzyme fait la SAICAR : Succinyl- Amino-Imidazole-Carbox-Amide-Ribotide. (ribotide parce qu'il y a un phosphoribose) Elle utilise de l’ATP et du bicarbonate. Réaction rare dans nos métabolismes, car le bicarbonate provient du gaz carbonique qui est incorporé dans nos bases.
Après on a une enzyme seule : adénylosuccinate lyase qui enlève l’acide fumarique = fumarate. On passe du SAICAR à l’AICAR. Le fumarate part dans le cycle de Krebs, et va donner le malate qui sera oxydé en l’oxaloacétate. Après, il y a transamination de l’oxalo-acétate au dépend du glutamate pour redonner de l’aspartate, pour que l’aspartate soit réutilisé
5. La 3ème multienzyme
La 3ème multienzyme va à partir de l’AICAR ( Amino- Imidazole-Carbox-Amide-Ribotide) faire les étapes 9 et 10 qui aboutissent à l’IMP qui a un OH en position 6, on utilise un substrat le DHF, dihydrofolate. On ferme le cycle, il y a juste de l’eau éliminée mais pas d’énergie utilisée. Une fois qu’on a l’IMP c’est le carrefour pour former ATP et GTP mais aussi les briques de l’ADN ! Car là on parlait des rNTP et pas des dNTP
!
Ça ressemble beaucoup à la voie de synthèse de l’histidine.
D)Schéma général de synthèse des purines et bilan
Une fois qu’on a fait l’IMP, il y a des enzymes qui permettent d’aller vers AMP, ADP ou l’ATP et à partir de l’ADP il est possible de faire les briques de l’ADN, dATP, dADP. Il est possible aussi de donner le GDP, le GTP peut former les briques de l’ADN. On pense que les briques pour faire de l’ADN sont excentrées, donc tout ce qui au départ pour l’ARN est prédominant (intuition du prof). Pour faire un lien avec la chaîne respiratoire, on refule avec l’ATP de l’ATP synthase.
Au total, pour faire du 5’AMP, la cellule a utilisé du ribose 5 P, 2 glutamines, 1 glycocolle, 7 liaisons riches en énergie, 2 radicaux mono carbonés, 1 ion bicarbonate. On mange dans notre capital énergétique fort, d’où les enzymes de récupération.
Les seuls produits de la réaction, à part l’AMP, sont l’alpha-céto-glutarate et le NADH qui entrent dans les mitochondries pour être oxydés,
et faire de l’énergie. Mais ils seront aussi des substrats de la néoglucogénèse : fabrication des sucres avec de composés non glucidiques (AA, glycérol).
E) Synthèse de l’AMP et du GMP
1. Synthèse de l’AMP à partir de l’IMP
Comment on passe de l’IMP à AMP ?
Il y a besoin de GTP pour “remettre le couvert” sur le système de adénylosuccinate, on greffe un acide succinique grâce à un aspartate, on ne peut pas transformer facilement en biochimie un OH en NH2 pour passer de l’IMP à l’AMP.
Il faut 2 étapes pour le faire. La première étape est de greffer pour arriver à un adénylosuccinate, il y a un rétro contrôle des étapes finales du métabolisme, tout comme en début de synthèse. On ne se lance pas dans quelque chose dont on n’a pas besoin, permet de moduler la balance de l’ATP vs GTP : très important : rapport de Chargaff dans les acides nucléiques, il faut autant de bases puriques et pyrimidiques. Il faut une régulation fine. Ainsi le GTP est utilisé ici pour donner de l’énergie dans la synthèse d’AMP et c’est l’inverse pour la synthèse de GMP où l’ATP est le donneur d’énergie : régulation croisée ! (ancienne question d’exam).
Dernière réaction, avec l’adénylosuccinate lyase, qui intervient tout à la fin pour faire du 5’AMP, où on libère du fumarate.
2. Synthèse du GMP à partir de l’IMP
Comment on fabrique du GMP ?
En 2 étapes, on part de l’IMP, régulation négative par du 5’GMP. Fabrication de Xanthosine mono phosphate (XMP). Le XMP donne du GMP, avec l’ATP comme co facteur. On mange 2 liaisons riches en énergie avec couple Glutamine/Glutamate pour donner la Guanosine mono synthèse (GMP) qui est capable de faire 3 liaison hydrogène avec un C : GC, ou GU chez l’ARN (oui oui ça existe, on le verra en P3, car il y a des appariements WOBBLE).
F) Enzymes de récupération
Quand la nature en a marre d'utiliser 7 liaisons en énergie pour faire les briques, elle se dit moderato, je vais recycler mes ADN (notamment ceux de la viande…). On recycle grâce au 5PRPP déjà présenté au début du métabolisme, vu qu’il est facile à synthétiser et avec de l’Adénine (provenant de l’ADN de l’alimentation) l’enzyme de récupération, comme l’Adénine-Phospho-Ribosyl-Transférase, qui permet de donner directement du 5’AMP sans se “taper” les 10 réactions. La 2ème enzyme, avec 2 substrats possibles, la guanine, et l’hypoxanthine, c’est l’Hypoxanthine-Guanine-Phospho-Ribosyl-Transférase : HGPRTase.
D'où peut venir l’adénine ou la guanine ? Elle peut venir de la dégradation de l’AMP dans les cellules, par exemple quand le rapport ATP/ADP est très abaissé. Ca peut venir aussi de la digestion des acides nucléiques alimentaires ( Le steak... ).
Comment on passe des briques ARN aux briques ADN ?
1 seul checkpoint, c’est quand on a de l’ADP, car la ribonucléotide réductase reconnaît les 2 phosphates dans son site actif. On a donc une seule voie donc permet de passer aux briques de l’ADN. L’enzyme nécessite de l’énergie et on oxyde un co facteur, coût important pour le métabolisme.
Au moment de la phase S du cycle cellulaire, il y a besoin de briques puisqu’on double nos chromosomes.
La ribonucléotide réductase est une kinase qui rajoute le dernier phosphate qui manque sur l’ADP. L’enzyme est attachée à l’ADN pol lorsqu’elle nous double les chromosomes, et bien cela dirige les désoxyribonucléotides triphosphate vers le site actif de la polymérase.
II- Catabolisme des bases puriques
Le catabolisme des bases puriques conduit à l’acide urique (d’où le nom de l’urine) qui est peu soluble dans notre pH à 7,4. L’acide urique est en limite de solubilité dans nos fluides, l’hypoxanthine est dégradée en xanthine, c’est souvent des oxydations pour rendre les molécules hydrosolubles. On arrive à l’acide urique, au final la solubilité n’est pas beaucoup augmentée. L’acide urique n’a pas été remplacé car c’est un antioxydant majeur. Un médicament contre la goutte est l’allopurinol, analogue structural de l’hypoxanthine. Il exerce une inhibition compétitive forte sur la xanthine deshydrogénase (ou xanthine oxygénase) . L’allopurinol (analogue structural) bloque cela, et un mélange de ces 3 composés dans l’urine, est beaucoup plus soluble, donc les crises de goutte diminuent.
Tout d’abord, cela conduit aux nucléosides mono-phosphates, par une phosphatase : 5’
nucléotidase, qui est un marqueur de rétention biliaire, les doser dans le sang peut être important (vue en P3).
Le nucléoside va être décomposé par une phosphorylase qui libère la base purique libre et le ribose 5’ phosphate. Le ribose 5 P repart pour une autre synthèse et des enzymes les récupèrent au dernier moment : APRT et HGPRT.
Si on décide d’aller vers la dégradation, aussi bien l’adénine, que l’inosine cela donne hypoxanthine, la xanthine et acide urique. Tout converge pour le GTP, dGTP, ATP, dATP, si on utilise pas les enzymes de reconstruction, vers la dégradation en acide urique = fin de l'histoire.
Chez différents animaux, c’est différent, les poissons libèrent de l’Allantoine (dérivé de la guanine), de même pour l’urée (ils n’ont pas de cycle comme nous), ils libèrent leur azote comme ça. L’homme s’est adapté au cours de l’évolution.
III- Pathologie du métabolisme des bases puriques
A) Hyperuricémies primitives ou secondaires
L’acide urique est excrété majoritairement dans les urines à une valeur de 400 Umol/L chez l’homme et 360 Umol/L chez la femme. Les hyperuricémies, la goutte, sont dues à un dépôt des cristaux d’urate de sodium, ce qui crée des arthrites inflammatoires articulaires. La prévalence dans les pays développés est de 1-2%, c’est un cas classique.
Il peut y avoir aussi un excès de production de novo parce qu’on augmente la biosynthèse des bases donc si on augmente des enzymes qui ont une hyperactivité on va avoir plus de base donc plus d’acide urique.
Il a été identifié des mutations qui sont des variantes de PRPP synthétase. La toute première enzyme prend le 5 phosphoribose pour lui rajouter le pyrophosphate. Elles peuvent avoir des hyperactivités ou perte de sensibilité à ses effecteurs allostériques (ADP ou GDP) donc il n’y aura pas de régulation de la biosynthèse et on aura une hyperproduction d’IMP donc une hyperproduction d’AMP et de GMP.
Il y a aussi les variantes de la PRT (phosphoribosine transferase). Les variantes ça veut dire qu’il y a des mutations d'origine génétique qui vont faire qu’on a des enzymes hyperactives et qui vont entraîner un hyper anabolisme et donc un hyper catabolisme.
Il peut y avoir des défauts d’excrétion rénale (très souvent), et des mutations pour des transporteur du rate. Pour passer dans l’urine, l’acide urique a besoin de transporteur spécifique et on peut trouver plein de mutations à ce niveau qui ont des effets assez faibles mais quand on les associe à ces polymorphismes ça devient mauvais.
Comment on traite quelqu’un avec des problèmes articulaires ? Tout d’abord pour le soulager immédiatement on peut donner un anti inflammatoire comme la colchicine, des anti inflammatoire non stéroïdiens, des inhibiteurs de l'interleukine. On peut aussi faire un traitement de fond en utilisant l’allopurinol ou l’oxypurinol
On peut avoir des déficits sévères : c’est ce qu’on appelle des DCIS. Ça touche les cellules immunitaires liées à une de l'adénosine désaminase ou ADA. Pour passer de l’adénosine a l’inosine on a besoin de ADA. Il a des mutations génétiques qui font que cette enzyme ne fonctionne plus bien et cela touche principalement les cellules immunitaires comme les lymphocytes T et les lymphocytes B. Cela peut générer des déficits immunitaires combinés parce que la purine nucléoside phosphorylase ou PNP peut aussi être touchée. On aura alors un déficit immunitaire combiné entre ADA et PNP qui va atteindre les lymphocytes.
Si on a un déficit en ADA : l'adénosine, la deoxyadénosine, dAMP, dADP, dATP s’accumulent et ça devient très toxique pour les précurseurs de la lignée lymphoïde ce qui donne des dcis
Les traitements disponibles ? On arrive a faire une thérapie de remplacement c’est à dire qu’on injecte directement les enzymes PNP, ADA ce qui redonne une activité de catabolisme. On peut transplanter de la moelle osseuse de personnes saines. On peut également faire de la thérapie génique, c'est-à-dire remettre le gène de l'enzyme grâce à des vecteurs (par exemple des rétrovirus) dans des cellules que l’on va implanter au patient. Cette technique est utilisée dans plein de maladies géniques.
III- Biosynthèse des nucléotides pyrimidiques
Ici on a 1 cycle à fabriquer au lieu de 2 pour la biosynthèse des bases puriques.
Les réactions de synthèse des bases pyrimidiques se déroulent dans deux complexes multienzymatiques : le complexe A et le complexe U. Un complexe enzymatique est une longue chaîne peptidique (100 à 200 kD) présentant plusieurs sites actifs sur une polyprotéine. La présence d’un complexe permet une plus grande fluidité catalytique, permettant d’enchainer les réactions plus vite.
Le complexe A à 3 enzymes :
- La carbamyl P synthétase II qui est très différente de la I présent dans le cycle l’urée,
- Une aspartate transcarbamilase - Une dihydro orotase.
Le complexe U contient 2 enzymes :
- L’orotate phosphoribosyl transferase - OMP decarboxylase
On commence les réactions dans le complexe A avec quatre réactions (trois dans le cytoplasme et la dernière dans l’espace inter membranaire de la mitochondrie).
Schéma général des trois réactions dans le cytoplasme :
A) Etape préliminaire : Synthèse du carbamyl P
Dans un premier temps du bicarbonate provenant de la respiration mitochondriale s’associe à la glutamine et forme le carbamyl phosphate. On a consommé 2 ATP et c’est synthétisé par une enzyme : la Carbamyl Phosphate synthétase II, qui est inhibée par l’UMP (rétrocontrôle négatif) et activée par la 5’PRPP et l’ATP. C’est l’étape limitante de la synthèse des bases pyrimidiques (en effet le bicarbonate est en quantité très faible).
B) Aspartate Transcarbamylase (ATC)
La synthèse se poursuit avec le site carbamyl phosphate qui s’associe avec un L-Aspartate catalysée par l’Asparate Transcarbamylase (ATC). On a alors formation de carbamoyl aspartate.
L’ATC est une enzyme allostérique, son inhibiteur spécifique est le CTP tandis qu’elle est activée par l’ATP.
On observe sur le carbamoyl aspartate le début du cycle pyrimidique, cependant la fonction COOH en C4 de la molécule est gênante, il faudra la retirer sinon on n’aura pas la bonne base à la fin de la synthèse.
C)Dihydro-orotase
Ensuite la dihydro-orotase ferme le cycle par une déshydratation. On a alors formation de dihydroorotate. Ce composé n’est pas aromatique, il faudra le rendre par la suite.
D)Acide dihydroorotique déshydrogénase
Enfin, le dihydro orotate passe dans l’espace intermembranaire de la mitochondrie.
L’enzyme, contrôlée allostériquement par l’ATP, se trouve sur la membrane interne de la mitochondrie, elle transforme le dihydro orotate en orotate, pour se faire elle transforme un NAD+ en NADH, rendant le cycle aromatique. Via la production de NADH, on a alors un H+ qui est relâché dans la matrice mitochondriale et qui participera au gradient de proton dans la mitochondrie et donc au final à la production d’énergie.
On passe ensuite dans le complexe U pour la suite des réactions.
E) Formation du nucléotide
1) Formation de l’UMP (Uridyl-MonoPhosphate)
L’orotate va subir une suite de réactions dans le complexe multienzymatique U ; une décarboxylation qui libère HCO3- et donc on enlève la fonction COOH du C4. Et on a ajouté un 5-phosphoribosyl pyrophosphate (5PRPP) par une liaison glycosidique C’1-N1.
Le 5PRPP est ajouté tardivement dans la synthèse des bases pyrimidiques (différence très importante avec la synthèse des bases puriques), le 5PRPP provient de la synthèse osidique par la voie des pentoses phosphate.
2) Passage de l’UMP en CTP
On doit transformer l’UMP en UTP par des phosphorylations puis on transforme l’UTP en CTP. On ne PEUT PAS convertir un UMP en CMP !
3) Transformation en dCTP
A partir du CTP, on déphosphoryle pour obtenir du CDP dont on va ensuite désoxyder le ribose pour avoir un désoxyribose.
L’enzyme de la désoxydation est la Ribonucléotide Réductase (ou RNR), elle va réduire le ribose sur sa position 2’. Pour cela, elle passe d’une forme réduite à une forme oxydée, sa régénération se fait par un système thiorédoxine / thiorédoxine réductase faisant appel à du NADPH2 et à du FADH2.
Une fois qu’on a notre dCDP on le phosphoryle en dCTP ou on le déphosphoryle en dCMP.
4) Obtention du dTTP (dernière base pyrimidique qui nous intéresse)
Le dCMP est transformé en dUMP (non détaillé), puis le dUMP est méthylé pour arriver au dTMP :
Le CH3 provient du tétrahydrofolate (THF), l’enzyme utilisée est la Thymidylate synthetase.
Le dTMP sera ensuite phosphorylé en dTTP.
5) Schéma général de la synthèse des bases pyrimidiques et bilan
Bilan de la formation d’un CTP : 1 ATP, ça produit 2 glutamates , ça consomme 2 atomes d’oxygène et au total le CTP est formé d’un Aspartate, d’un 5 PRPP, et les azotes de 2 glutamines.
IV- Catabolisme des bases
Il s’agit de comprendre comment sont dégradées les bases. Les nucléosides pyrimidiques monophosphates vont être catabolisées en nucléosides par des phosphatases (5’
nucléotidases) puis en bases pyrimidiques par des phosphorylases.
La cytidine est désaminée en Uridine, et les dCMP et dUMP sont convertis en acide thymidylique. Les noyaux pyrimidines sont ouverts par oxydation et on retrouve des produits de cette oxydation éliminés dans les urines = β-Alanine (pour les briques qui proviennent de l’ARN) et BAIBA (β-aminoisobutyrate pour les briques qui proviennent de l’ADN). Ce sont des composés que l’on trouve dans l’urine et qui sont éliminés car ils ne servent plus à rien, ce sont les produits finaux de métabolisme.
V - Le cycle de l’urée
Il permet d’éliminer les groupements aminés
Quand on mange chaque jour, on a à peu près 50 à 100 grammes de protéines qui rentrent dans l’intestin et on en fait sortir à peu près 10g. On a environ 10kg de muscles où il y a une protéolyse chaque jour, c’est-à-dire qu’on ‘casse’ du muscle et on donne des AA libres, et au contraire on a une synthèse protéique par nos ribosomes qui fabriquent les protéines.
Tout ça est donc en équilibre entre l’alimentation, la sécrétion, l’absorption alimentaire ce qui fait que chaque jour on a dans notre sang environ 100 g d’acides aminés libres (c’est beaucoup).
Ces 100g doivent être catabolisés, ils vont être catabolisés en 2 choses : urée (20-35g qui va dans l’urine) et acide cétonique (donne l’odeur particulière des corps cétoniques dans l’urine ou l’haleine).
3 grandes choses peuvent alors arriver aux acides aminés :
- une décarboxylation
- une transamination (ALAT et ASAT) - AA glucoformateurs ou cétogènes
Réaction de désamination oxydative faite au niveau du rein (faible élimination de NH2), libère NH4+ dans le rein qui va pouvoir, grâce à ces 2 réactions couplées, prendre un AA qui va être éliminé grâce à du FAD et on reprend ce nouvel acide aminé avec de l’eau, ce qui redonne l’acide alpha-cétonique et libère de l’ammoniac. Cette réaction enlève NH2 qui est remplacé par un carbonate. La réaction participe au niveau du rein à éliminer 5% des NH2 des AA.
Le cycle de l’urée va éliminer la grande majorité.
A) Transport et élimination des groupements NH3
Une des fonctions carboxyles de l’acide glutamique va se coupler avec le NH3 pour former de la glutamine. Le NH3 libéré se couple avec un proton et va donner NH4+ qui va immédiatement aller dans l’urine. La majorité de l'élimination, c'est les hépatocytes qui la crée par cette synthèse de l’urée à partir de la glutamine et des ions bicarbonates. Le but est de fixer l’azote qui provient de tous ces groupements NH2 qui sont centralisés par la glutamine de tous les acides aminés, et de le centraliser sous forme d’urée. L’urée capte deux groupements NH2.
1) Ammoniogenèse
Pourquoi c’est une voie exclusivement hépatique ?
Parce qu’il y a uniquement les hépatocytes qui expriment une des enzymes du cycle de l’urée qui est l’ODT : ornithine carbamyl transférase.
La glutamine peut aller soit vers le rein et participe peu à l’ammoniogénèse, soit dans le foie pour la grande majorité où la glutamine rentre et le cycle de l’urée donne l’urée de l’acide urique qui devient urine?
2) Uréogenèse
3 compartiments à retenir dans le foie : le cytoplasme, la matrice mitochondriale et le RE où va arriver l’urée.
C’est un cycle parce que la première réaction qui intervient entre le carbamyl phosphate qui a piégé le NH4+ de la glutamine et l'arginine qui va donner la citrulline qui va ressortir de la matrice mitochondriale et donner l’arginine et qui va libérer l’urée, redonne en libérant l’urée, l'ornithine. Donc cycle entre ces 3 compartiments
qui élimine 25 à 30 g d’urée par jour.
La première enzyme est la glutaminase qui libère le NH3 dans la mitochondrie et une carbamyl phosphate synthétase 1 qui est exclusivement
couple avec C02 qui donne le carbamyl phosphate. Ce carbamyl phosphate se greffe sur l'ornithine qui provient du cytoplasme, elle se couple et forme la citrulline.
La citrulline se couple à un Aspartate pour donner l’arginino succinate synthétase. Cette enzyme donne l’arginine.
L’Arginase ensuite, (dans la membrane du RE) donne l’urée qui va être libérée dans le RE et l’urée redonne la molécule de départ dans le cytoplasme qui est l’ornithine. Elle va être récaptée par la mitochondrie et ainsi le cycle continue.
A) L'uréogenèse : voie métabolique exclusivement hépatique
A) Les enzymes
Glutaminase : enzyme responsable de sortir l’ammoniac de la glutamine et qui est sa forme de transport.
● Iso-enzyme de la glutaminase dans le rein et le foie
● Inhibée par le carbamyl phosphate (produit de la réaction)
● Libère l’ammoniac dans le cytoplasme des hépatocytes qui rentre dans la mitochondrie et qui dans la mitochondrie est reconnu par la carmabyl phosphate synthétase 1 (mitochondriale)
● Activateur allostérique : N Acétyl glutamate
Ornithine carbamyl transférase : greffe les carbamyl phosphates sur l’ornithine
● On ne la retrouve que dans les mitochondries hépatiques (on ne la retrouve que là, seul le foie est capable de faire ce travail, le gène est réprimé
dans toutes les autres cellules au
niveau du promoteur).
Arginino succinate synthétase :
● Consomme 1 ATP
● Donne Asp liée à l’argininosuccinate (noyau guanidinium typique de l’arginine, basique + +; pH 12)
Lyase : libère le fumarate Arginase :
● Inhibée par l'ornithine
● Donne l’urée et l'ornithine
● Dans la membrane du RE
● Excrète au niveau de la lumière du RE l’urée
● l’ornithine est libérée dans le cytoplasme et est recaptée par la mitochondrie
Schéma bilan :
Bilan uréogénèse :
● Consomme 4 ATP
● ornithine récupérée à la fin comme produit de l'arginase, donc c’est bien un cycle
● Besoin d’une molécule de glutamine et d’un ion bicarbonate qui donne naissance à une molécule d’urée
● Consomme 4 liaisons riches en énergie
● Produit de l’alpha cétoglutarate et du NADH, 5 protons, 4 ADP, 4 ions phosphates Il y a également des origines acquises ; dès qu’on a des problèmes hépatiques, le cycle de l’urée fonctionne mal, c’est très ennuyeux car l’ammoniémie peut augmenter et c’est un toxique puissant pour le cerveau qui n’aime pas du tout avoir un pH basique. On trouve aussi des origines héréditaires sur des mutations très spécifiques de ces enzymes qui la sous-active ou la sur-acitve.
