Métabolisme des phosphates UE1 : Biochimie Semaine : n 5 (du 3/10/16 au 7/10/16) Date : 09/09/2016 Heure : de 10H15 à 11h15 Professeur : Pr. Cachera Binôme : n 2 Correcteur : n 1 Remarques du professeur : RAS I) Introduction II) PLAN DU COURS Métabolisme des phosphates A) Apports et sources B) Cycles des phosphates C) Répartition des phosphates dans l'organisme D) Absorption/élimination 1) Absorption 2) Elimination E) Régulation de la phosphatémie 1) Calcitriol (vitamine D) 2) La parathormone (PTH) 3) Le Fibroblast Growth Facteur 23 (FGF 23) 4) Calcitonine 1/9
I) Introduction Les phosphates ont un rôle commun avec le calcium pour la structure et la resistance mécanique de l'os. Ils interviennent majoritairement dans les os, 98% dans l'os est du phosphate. Le cristal minéral des os est fait d'hydroxyapatite (85%) et de calcium. Les phosphates auront des activités biologiques diverses. Le métabolisme des phosphates se fait par 3 hormones majeures : calcitriol = métabolite actif de la vit D3 (= couramment appelé vit D) parathormone = synthétisé par glande thyroïde FGF 23 = synthétisé par os calcitonine = synthétisée par la thyroïde 3 organes cibles : intestin (absorption) rein (élimination ou récupération) os (fixation ions sur os, résorption = dépôt + lyse) Dans le remodelage osseux, ce sont les ostéoplastes qui syntéhtisent l'os. Les ostéoblastes fabriquent la matrice protéique sur laquelle sera déposé l'hydroxyapatite (collagène type 1) puis deviennent des ostéocytes. Les blastes sont riches en phosphatase alcaline. Les ostéoclastes sont responsables de la destruction osseuse et vont libérer les ions qui la constitue. Le remodelage osseux est un phénomène lent mais très important car il touche l'ensemble du squelette. Chez l'enfant, c'est la fabrication d'os qui prédomine. Chez l'adulte, il y a un équilibre entre la fabrication et la dégradation. Chez les sujets agés, la degradation prédomine. 10% d'os est renouvelé chaque année. II) Métabolisme des phosphates A) Apports et sources Apports recommandés : 800 mg à 1g/j (25-30 mmol/j) chez l'adulte, plus élevés lors de la croissance et chez la femme enceinte. Une carence en phosphate est quasi impossible. Sources : viandes (acide nucléiques), œufs (lécithines), céréales, lait, laitages, fromages, chocolat... Tous les sodas sont extrêmement riches en phosphate (forme acide phosphorique). Abondance des phosphates dans différents aliments, besoins normalement couvert. Remarque : Les fromages sont les plus riches en phosphate (fromage à pâte fondue et à pâte pressée). Tous les sodas sont extrement riches en phosphate. 2/9
B) Cycle des phosphates C'est un cycle équilibré : Entrée = Sortie. Le besoin minimum de l'organisme est de 700mg. Le phosphate se répartit dans l'organisme. L'alimentation apporte 1g de phosphate. L'intestin en absorbe 700g et 600g sont distribués : 85% dans l'os et les dents, 14% dans les tissus mous et 1% dans le plasma. C) Répartition des phosphates dans l'organisme 85% dans l'os, dents, cartilage Le reste : tissus mous (14%), liquide EC dont le sang (1%) Il circule sous forme de phosphate organique, le phosphate inorganique est celui qu'on dose : 0,8 à 1 mmol/l Phosphates sanguins : - PO4 organiques dans les phospholipides (1,5 à 2,5 g/l) et esters de PO4 - PO4 inorganiques = Pi dosés sous le nom de phosphatémie Se ou PI PO4 : 0,8à à 1,40 mmol/l (25 à 45 mg/l exprimé en P) 10% ne passent pas la barrière glomérulaire car ils sont fixés à des protéines mais les 90% restants sont ultrafiltrables (complexés à des cations). A ph = 7,4 on a des phosphates sous forme d'anions divalents (HPO4--) jouant un rôle important dans l'équilibre acido-basique sanguin. C'est un excellent système tampon (pas sanguin) mais pas celui prioritaire (car ce sont les bicarbonates = 23 à 27 mmol/l). On a donc du phosphate sous forme de transport et de réserve que l'on retrouve dans de nombreuses structures (acide nucléiques, phosphoprotéines, phospholipides membranaires) C'est également une source d'énergie chimique (ATP, GTP), stockage et libération d'énergie, régulation d'activités enzymatiques (phosphorylation déphosphorylation), régulation de la glycolyse Le phosphate intervient dans de nombreuses signalisations cellulaires. baisse PO4 ==> perturbation synthèse ATP, ADN et des signalisations cellulaires ==> baisse synthèse dipglycérate ==> augmentation affinité O2 pour Hb ==> altération de la fonction respiratoire, hypoxie tissulaire, diminution du débit cardiaque et hémolyse 3/9
D) Absorption-Elimination 1- Absorption Absorption passive paracellulaire : non saturable, non régulée, est fonction du gradient de concentration de phosphate entre la lumière intestinale et le liquide interstitiel. Elle est dominante lorsque les apports sont élevés. Absorption active transcellulaire : saturable, régulée, reposant sur co-transporteurs Na/Pi sur membrane apicale des entérocytes (3Na et 1Pi). Elle domine lorsque les apports sont faibles. Le transport actif est régulé par le calcitriol (la PTH augmente la production de calcitriol tandis que le FGF23 diminue la production donc empêche l'absorption des phosphates). La prise concomitante de sel de calcium/magnésium en prise importante forme des complexes avec les phosphates et altère l'absorption. 2- Elimination Elimination par voie fécale et urinaire (importance des reins dans la régulation de la phosphatémie). Les reins ont une grande capacité de filtration. Pi ultrafiltrable : 85 à 95% réabsorbé par TCP (tube contourné proximal), phénomène saturable (TmPi). La réabsorption se fait par des cotransporteurs Na/Pi. Régulation : PTH et FGF23 diminuent les cotransporteurs Na/Pi. du PO4 = 16 à 32 mmol (500 à 1000mg) ==> diurèse des 24 heures 4/9
Du côté de la membrane apicale, on a 2 types co-transporteurs Na/Pi (pas important de retenir les détails sur ces cot): Le IIa fait entrer 3 Na+ avec 1 HPO4. On a donc un excès de charges positives à l'intérieur. C'est pourquoi, pour contrebalancer, la pompe ATPase en basolatéral fait sortir 3 Na+ contre 2 K+. On sait aussi que le phosphate sort aussi mais on ne connait pas le mécanisme. E) Régulation de la phosphatémie 1) Calcitriol (vitamine D) : hypercalcémiant, hyperphosphatémiant La source principale de la vitamine D est notre peau via les UV (83%) +++ On fabrique du cholécalciférol (vit D3) inactif. Il va subir 2 hydroxylations : la première au niveau du foie grâce à la 25-hydroxylase la seconde au niveau du rein grâce a la 1α-hydroxylase Ainsi, il sera activé en 1α-25-dihydroxycholécalciférol = calcitriol. Dans les pays manquant de soleil, la population est donc carencée. Les sujets à visage pâle ont tendance à former beaucoup de vit D, tandis que les peaux foncées fabriquent plutôt de la mélanine (donc carence). Besoins quotidiens : 400 à 1000 UI/j (1UI = 0,025 microgrammes) enfant de 0 à 2 ans : 1000 UI/J de 2 ans a l'age adulte : 400 UI/J sujet de plus de 70 ans : 800 UI/J Sources alimentaires : -Vitamine D3 : poissons gras (saumons, maquereau, sardine) et leurs produits dérivés (huile de foie de morue), lait, beurre, jaune d'oeuf, foie de génisse et d'agneau -Vitamine D2 : champignons, levures, céréales 5/9
La régulation se fait par la 1-αhydroxylase rénale : Inhibition : calcitriol (feed back négatif), hypercalcémie par diminution PTH (active de la 1αhydroxylase), hyperphosphatémie par augmentation FGF23 (inhibe la 1αhydroxylase) Activation : hypocalcémie par augmentation PTH, hypophosphatémie par diminution du FGF23, estrogènes, GH Effets cellulaires : récepteurs nucléaires (mécanisme identique a celui des hormones stéroïdiennes) Sites d'action : -Intestin/rein : le calcitriol favorise l'absorption intestinale des PO4 en augmentant les cotransporteurs Na/Pi -Os : favorise la différenciation des osteoblastes et la synthèse de la matrice protéique favorise la différenciation des osteoclastes qui effectuent un resorption de l'os ancien et une libération des ions et cristaux pour la minéralisation. A dose physiologique, on favorise l'accrétion osseuse et on peut faire une hypercalciémie grave a forte dose. 2) la parathormone (PTH) : hypercalcémiante, hypophosphatémiante Elle est synthétisée par glandes parathyroïdiennes en pré-pro-pth, c'est sa forme la plus longue: 115AA. Elle sera ensuite clivée en pro-pth (90 AA) et sera stockée dans les granules cytoplasmiques. Quand il y a un stimulus : l'hypocalcémie, le pro-pth sera libéré dans la circulation pour donner la PTH interne qui n'est pas actif. Un dernier clivage au niveau du foie et du rein va permettre d'obtenir le métabolite actif. Effets cellulaires : fixation sur des recpeteurs liés à une protéine G, couplé à l'adenylate cyclase production d'ampc. Régulation : cela est régulé par le calcium ionisé via les récepteurs sensibles au calcium (CaSR) sur les parathyroïdes. Le magnésium se fixe également sur ces récepteurs (action faible). En hypocalcémie, on a inhibition du CaSR donc augmentation de la sécrétion de PTH et normalisation de calcémie. En hypercalcémie, on a stimulation du CaSR donc diminution de la sécrétion de PTH. 6/9
Sites d'action : -Il agit sur les reins et l'intestin : entraine l'endocytose des cotransporteurs Na/Pi et l'élimination des PO4 dans les urines. -Au niveau de l'os également : stimule la resorption osseuse a doses physiologiques a faibles doses. L'activité osteoclastique est régulée par l'activité Rank-ligand : Les ostéoblastes synthétisent le rank-ligand (R activateur du F NfkappaB) qui se fixe sur un récepteur rank d'un précurseur osteoclaste entrainant la différenciation en ostéoclastes matures. Iles ostéoclastes sont capables de produire un récepteur soluble appelé OPG qui coiffe le rank-ligand et empêche sa fixation sur recepteur. Ceci est diminué par les glucocorticoïdes. C'est le déséquilibre entre la balance rank-ligand et OPG qui est l'origine de l'ostéoporose chez la femme ménopausée. Il existe le PTHrp qui est un peptide synthétisé par des tissus normaux. C'est important dans la grossesse car il est synthétisé le placenta et agit sur la croissance du fœtus. Il peut se fixer sur recepteurs à PTH. Le problème est qu'il est sécrété en très grande quantité lors d'une tumeur. Cela génère une hypercalciémie maligne = urgence vitale au dessus de 4 mmol/l. le à par des 3) le fibroblast growth facteur 23 (FGF 23) : hypophosphatémiant protéine 251 AA synthétisée par les cellules osseuses (ostéocytes et ostéoblastes) Se fixe sur le recepteur du FGF au niveau du tube proximal renal (FGF-R) par sa partie N terminale - Necessite pour son activite la presence d une proteine membranaire : Klotho qui joue le role de corecepteur Action biologique 7/9
Il est synthétisé par l'os, rejoint le rein, se fixe sur son récepteur. Cela empêche la réabsorption de phosphate, il provoque une diminution du calcitriol. L'hyperphosphatémie provoque la sécrétion de FGF23 par les os. L'os va produire du FGF23, diminution 1-alphahydroxylase rénale, diminution cot Na/Pi, diminution absorption intestinale du phosphate et diminution la réabsorption rénale du phosphate. La mutation du gène PHEX entraine une rachitisme, on a une hypophosphatémie monstrueuse, on donne des sels de phosphate et du calcite pour traiter cette maladie rare. FGF23 fait partie des phosphatonines. Le produit de solubilité Ca/P doit rester non précipité sinon il précipite partout mais surtout dans les vaisseaux. Ces calcifications vasculaires font un risque d'endocardite vasculaire. La protéine Klotho (gène sur K13) est une protéine anti-vieillissement. La diminution concominante de l'absorption intestinale et de la rébsorption rénale des phosphates et du calcium, diminue le produit Ca-P et le risque de calcifications tissulaires Klotho est exprimée dans les parathyroïdes (également dans cerveau) et le FGF23 freine la production de PTH si il n y a pas d insuffisance renale. Dans certaines conditions pathologiques FGF23 exprime : - dans le foie : agressions hepatiques, cirrhose - dans le rein au cours insuffisance renale FGF23 = jeune hormone dont le role est de nous proteger de la precipitation du calcium dans les tissus et les vaisseaux 8/9
Ce nouvel axe os-rein assure la regulation du metabolisme VD et un flux optimal des PO4 pour le turnover osseux. 4) Calcitonine : hypocalcémiante, hypophosphatémiante Peptide de 32 AA synthétisé par les cellules C de la thyroïde (récepteur = CaSR) Elle agit directement sur l'os, les ostéoclastes possèdent un R à la calcitonine (à prot G), donc l'augmentation de calcitonine provoque le détachement de l'ostéoclaste sur l'os. Elle a une activité anti-ostéoclastique et anti-analgésique. Conclusion 9/9