Métabolisme des protéines et cycles de l urée, moyens d'étude

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1 13/02/15 GRANGEON Anastasia CR : BRASSIER Julia Nutrition Pr Raccah 8 pages Métabolisme des protéines et cycles de l urée, moyens d'étude Plan A) Métabolisme des protéines I. Utilisation des acides aminés a) Synthèse protéique b) Dégradation irréversible des AA II. Production des acides aminés a) Protéolyse b) Apports exogènes c) Synthèse de Novo endogène des AA non essentiels B) Moyens d'études du métabolisme des protéines I. Quantification de la masse protéique totale II. Bilan azoté dans le cas d'une nutrition artificielle III. Quantification de la masse musculaire a) Mesure de l excrétion urinaire de la créatinine b) Mesure de l excrétion urinaire de la 3 méthyl histidine Ce schéma récapitule le plan du cours et contient des chiffres qui ne sont pas détaillés dans la suite du ronéo. A) Métabolisme des protéines Il y a un pool de protéines de 11 kg dans l organisme, son taux est stable. La synthèse des protéines est complètement contrebalancée par la protéolyse (même quantité de protéines produites que de protéines détruites), ainsi les pools de protéines et d aa libres restent assez stables. 1/8

2 I. Utilisation des acides aminés a) Synthèse protéique Pour la synthèse de molécules protéiques, les acides aminés libres circulants pénètrent à l intérieur de la cellule par l intermédiaire de 4 types de transporteurs intracellulaires différents. Ces transporteurs sont spécifiques de certains acides aminés. Or, il y a 20 acides aminés pour seulement 4 transporteurs, donc 1 transporteur peut permettre le passage de plusieurs AA différents. Avant d être utilisés pour la synthèse protéique, ces AA doivent être activés par un ARN de transfert (ARNt), sous l influence d une aminoacyl ARNt synthétase. Il existe 20 aminoacyl ARNt synthétases qui activent spécifiquement chaque acide aminé. Après activation de l acide aminé, les étapes de la synthèse protéique se succèdent. Il existe 3 étapes successives : Transcription de l ADN en ARN messager Elle est catalysée par une ARN polymérase. Traduction de l ARN messager en un peptide La traduction se fait par des ribosomes. Il y a plusieurs ribosomes sur un même brin d ARN messager, ce dernier peut être traduit simultanément par différents ribosomes. Maturation Le peptide va prendre sa forme finale dans l appareil de Golgi et dans le RE. Il va acquérir sa structure tertiaire ou quaternaire, il peut par exemple subir des phénomènes de glycosylation. Pendant la maturation, des transformations d acides aminés peuvent se produire: par exemple, l histidine peut être méthylée, ce qui la transforme en 3 méthyl histidine. Après l étape de maturation, la protéine finale est obtenue. b) Dégradation irréversible des acides aminés La dégradation irréversible des acides aminés correspond au catabolisme oxydatif de ces acides aminés. Attention de ne pas la confondre avec la protéolyse qui est une autre voie de catabolisme. Pour la dégradation irréversible des aa, les substrats dégradés sont des acides aminés libres Pour la protéolyse, les substrats dégradés sont des protéines entières Il y a 2 étapes dans cette dégradation dont le résultat final est la production d urée. 1 ere étape : c est une étape de désamination. Le résidu aminé d un aa (le groupement α aminé) va être transféré sur un α céto glutarate ce qui donne un céto acide (céto AA) et un glutamate. Les formules ne sont pas à savoir et servent simplement pour la compréhension 2/8

3 2ème étape : élimination de l azote Le glutamate formé pendant l étape 1 va être transformé en glutamine, qui est elle-même transformée en urée. Cette étape de transformation du glutamate en glutamine est assurée par la glutamine synthétase. Glutamate glutamine urée Glutamine synthétase Le produit final de la dégradation irréversible des acides aminés est donc l urée. Celle-ci n a pas de fonction métabolique, elle est excrétée par les voies urinaires. II. Production des acides aminés a) La protéolyse La protéolyse assure 75 % de la production des acides aminés +++ C est à partir du pool de protéines que la majorité des acides aminés sont produits. Il existe 3 systèmes protéolytiques : Le système lysosomal Il dégrade les protéines intracellulaires à demi-vie longue et il utilise les cathepsines comme enzymes principales. Ce système capte les protéines à dégrader, elles entrent dans les vésicules lysosomales puis sont détruites par les cathepsines. Le système calpaïne calpastatine Il dégrade les protéines du cytosquelette (actine, myosine). L enzyme principale de ce système c est la calpaïne, qui est inhibée par la calpastatine. Elles agissent de façon auto régulée pour assurer la stabilité du pool de protéines du cytosquelette ou sa dégradation en cas de besoin. Le protéasome Il dégrade les protéines intracellulaires à demi-vie courte. Le protéasome est un complexe enzymatique très volumineux. Les protéines à dégrader doivent être marquées au préalable par une petite protéine que l on appelle l ubiquitine, c est un système ubiquitine dépendant. L ubiquitine est une protéine de 76 aa qui a une très forte constance de séquence dans les cellules eucaryotes. Elle se lie avec les résidus lysines de la protéine à dégrader par l intermédiaire d une liaison covalente. Le protéasome peut alors agir et dégrader la protéine marquée, ce qui entraîne une production d acides aminés et le relargage de l ubiquitine. C est un système ATP- dépendant, il faut de l énergie pour qu il fonctionne. 3/8

4 b) Apports exogènes Ils sont responsables de 25% de la production d acides aminés. Les apports exogènes correspondent au contenu protéique de l alimentation. Après consommation de protéines, celles-ci vont être hydrolysées sur le plan digestif et transformées en acides aminés libres (en partie). Sources alimentaires riches en protéines : Les viandes Les poissons Les produits laitiers Les œufs On consomme environ 1.5 grammes par kilo et par jour de protéines, ce qui fait entre 70 et 100 g de protéines par jour. c) Synthèse de Novo endogène des AA non essentiels Il existe 20 acides aminés, qui sont classés en 2 types : acides aminés essentiels et acides aminés non essentiels. Un acide aminé essentiel est un acide aminé qui ne peut être apporté que par l alimentation, l organisme n est pas capable de le synthétiser. Il existe 9 acides aminés essentiels : Histidine Leucine Isoleucine Valine Lysine Méthionine Phénylalanine Tryptophane Thréonine Un acide aminé non essentiel peut être apporté par l alimentation mais peut aussi être synthétisé par l organisme. Il existe 11 acides aminés non essentiels : Alanine Glutamine Glutamate Aspartate Asparagine Cystéine Proline Glycine Arginine Tyrosine Sérine 2 acides aminés non essentiels sont importants : L alanine car c est un acide aminé néo gluco formateur : à partir d alanine, on peut aboutir à la synthèse de glucose. La glutamine car c est le substrat énergétique majoritaire de l intestin. 4/8

5 B) Moyens d'études du métabolisme des protéines Les protéines sont importantes sur le plan métabolique. Elles correspondent à la masse maigre c est-àdire à la masse vitale qui permet de nous défendre contre les agressions, d assurer un métabolisme de base, de lutter contre les infections. Il faut maintenir un niveau de masse maigre ou masse protéique correct. L apport en protéines exogènes et tout le métabolisme protéique permettent de conserver une stabilité de pool ente les protéines et les acides aminés. Il existe 3 moyens d études du métabolisme des protéines : I. Quantification de la masse protéique totale L impédancemétrie permet de connaître les pourcentages de masse grasse et de masse maigre d un individu grâce à l utilisation d un impédance-mètre. Au sein de la masse maigre, les quantités d eau, de calcium, de protéines peuvent être mesurées. Ce n est pas un examen de routine mais la masse protéique totale d une personne peut être connue assez précisément. Souvent, on dit que la masse protéique est égale à la masse musculaire, ce n est pas tout à fait exact, c est un abus de langage. Globalement on considère que la masse musculaire correspond à la masse protéique. (En réalité, la masse protéique est plus importante que la masse musculaire puisque l on trouve des protéines dans les os, pas uniquement dans les muscles) II. Bilan azoté dans le cas d'une nutrition artificielle Il existe différents types de nutrition artificielle pour les personnes qui ne s alimentent plus : Nutrition entérale avec une sonde Nutrition parentérale lorsque la nutrition entérale est impossible Le bilan azoté permet d apprécier l efficacité de la nutrition artificielle : savoir si les apports protéiques sont satisfaisants, par exemple. Le bilan azoté correspond à la différence entre : l apport azoté (globalement c est l apport en protéines) et les pertes azotées qui sont : Urinaires : 90% Fécales : 10 à 15% Sueur et desquamation de phanères : 0%, quantité négligeable On considère par extrapolation que l urée excrétée dans les urines correspond aux pertes azotées. Pour mesurer ces pertes azotées, il suffit de mesurer l urée dans les urines du patient pendant 3 à 5 jours consécutifs, en faisant des recueils d urines sur 24h chaque jour. 5/8

6 L apport en azote (ou protéines) est connu puisque les valeurs sont déterminées dans les poches utilisées pour la nutrition artificielle. Après la mesure de l urée urinaire, on connaît également les pertes azotées. On peut alors faire la différence entre ces deux valeurs. Si on a un bilan positif (apports > pertes) la masse protéique augmente, on est en anabolisme. Si on a un bilan proche de zéro, la masse protéique est stable. Si on a un bilan négatif (pertes > apports) on est en catabolisme, la nutrition artificielle n est pas correcte. Ce bilan azoté n est pas seulement utilisé pour la nutrition artificielle, mais aussi pour : Les enfants en croissance : le bilan azoté doit être positif Les adultes : le bilan doit être stable Certaines pathologies inflammatoires ou infectieuses : le bilan devient négatif car il y a une perte de masse protéique. III. Quantification de la masse musculaire Souvent on associe la masse protéique à la masse musculaire. Il est intéressant d évaluer la masse musculaire car celle-ci est corrélée au métabolisme de base (dépense énergétique au repos à jeun) qui luimême conditionne le poids de la personne. Dans un conseil diététique chez une personne en surpoids, si on ne connaît pas son métabolisme de base, le conseil diététique sera approximatif. Il faut toujours donner un conseil diététique en fonction de la dépense énergétique de la personne, en prenant en compte sa dépense énergétique de repos (son métabolisme de base). Ceci nous montre l importance de connaître précisément la masse musculaire. Il existe 2 moyens pour évaluer la masse musculaire : a) Mesure de l excrétion urinaire de la créatinine : Le muscle contient presque 100% de la créatine de l organisme. Cette créatine est transformée en créatine phosphate pour fournir l énergie nécessaire à la contraction musculaire. La créatine et la créatine phosphate sont hydratées en créatinine qui est libérée dans le sang puis excrétée dans les urines. Puisque toute la créatinine provient du muscle, la créatininurie est proportionnelle à la masse musculaire. Pour mesurer la créatininurie, il faut réaliser un recueil des urines sur 24h pendant 3 jours consécutifs. Il existe des limites dans le dosage de la créatininurie à cause d une forte variabilité intra individuelle liée : à des prélèvements mal faits par les patients au stress à la fonction rénale à l exercice physique 6/8

7 b) Mesure de l excrétion urinaire de la 3 méthyl histidine L histidine utilisée pour la synthèse protéique subit pendant l étape de maturation une 3-méthylation. La 3 méthyl histidine est contenue dans les protéines du cytosquelette comme l actine et la myosine, qui sont spécifiques du muscle. Lorsqu il y a une protéolyse musculaire des protéines du cytosquelette par le système calpaïne - calpastatine, la 3 méthyl histidine ne peut pas être réutilisée pour une nouvelle synthèse protéique et va être excrétée dans les urines. Son excrétion urinaire est proportionnelle à la protéolyse musculaire de l actine et de la myosine mais comme ces protéines sont spécifiques du muscle, par extrapolation et grâce à des coefficients de corrélation : on dit que l excrétion urinaire de la 3 méthyl histidine est corrélée à la masse musculaire. Pour pouvoir doser la 3méthyl histidine, il faut cadrer l alimentation du patient parce que l histidine est un acide aminé essentiel qui n est apportée que par l alimentation. Pendant 3 jours il est nécessaire de limiter les apports en protéines, notamment en viande. Recueil des urines pendant 24h sur 3 jours. CONCLUSION : En connaissant la masse musculaire du patient par le dosage de la créatininurie ou de la 3 méthyl histidinurie, on peut avoir une idée de son métabolisme de base grâce à une extrapolation en tiroir. Ces analyses urinaires permettent de connaître le métabolisme de base d une personne. C est une méthode facile et non couteuse. Il existe d autres moyens pour mesurer le métabolisme de base d une personne mais ces méthodes sont beaucoup plus coûteuses. Ainsi, avec un dosage urinaire simple, il est possible de connaître la masse musculaire et le métabolisme de base d un patient, ce qui permet de mieux comprendre le poids des individus, leur variation pondérale, et donne une idée du statut métabolique du patient. A ma Lili d'amour... 7/8

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