Métabolisme des AA UE VII : Sciences biologiques Semaine : n 9 (du 2/11/16 au 4/11/16) Date : 04/11/16 Heure : de 9h à 10h Professeur : Pr. Gervois Binôme : n 24 Correcteur : 9 Remarques du professeur : - diapos disponibles sur Moodle - faire le lien entre les différents métabolismes énergétiques - exercice possible sur le devenir de l'ammoniaque dans les différents tissus lors de l'examen - possibilité également d'exercices sur les rôles du cycle de l'urée PLAN DU COURS IV) Catabolisme des AA A) Elimination de l'azote 1) Devenir du glutamate 2) Devenir de l'ion ammonium formé 3) Devenir de l'ammoniaque hépatique 4) Cycle de l'urée 4.1) Les 5 étapes du cycle de l'urée 4.2) La régulation du cycle de l'urée 4.3) Bilan du cycle de l'urée 5) Situation pathologique B) Catabolisme du squelette carboné 1) AA glucoformateurs et cétogènes 2) Situations pathologiques 2.1) Phénylcétonurie 1/10
IV) Catabolisme des AA A) Elimination de l'azote 1) Devenir du glutamate Le glutamate va subir une désamination oxydative. Cela va donner du NH4+ et de l'alpha-cétoglutarate. Cette réaction est activée par la consommation du NAD+. La glutamate déshydrogénase qui catalyse cette réaction est une enzyme allostérique : Elle est dans les mitochondries. Elle fait partie des enzymes du cycle de l'urée (foie). Elle est inhibée par l'atp et le GTP alors qu'elle est activée par l'adp et le GDP. Ainsi l'oxydation des AA est favorisée si la charge électronique de l'organisme diminue. Bilan des réactions de transamination et de désamination oxydative : Les AA transfèrent en groupement NH2 un accepteur qu'on appelle l'alpha-cétoglutarate donc transamination des AA pour former du glutamate. Ensuite le glutamate va relâcher l'atome d'azote sous forme d'ion NH4+ qui va être directement pris en charge et utilisé pour la formation de l'urée donc un des groupement NH2 de l'urée provient de NH4+. 2) Devenir de l'ion ammonium formé Dans les tissus le NH4+ libéré est toxique (il a été formé au niveau des tissus par une réaction de transamination), il n'y a donc pas de formation de l'urée. Il faut donc un système de transport : glutamine et alanine. Ce sont des transporteurs inter-organes de l'ion ammonium qui évitent donc son accumulation. Le NH4+ est notamment transporté jusqu'au foie pour être transformé en urée. 2/10
Pour cela, dans les tissus (tel que les tissus musculaire) : le glutamate devient du gamma-glutamyl-p par phosphorylation (le groupement phosphate va être apporté par l'atp) Ion ammonium + glutamine synthétase pour la formation de la glutamine La glutamine arrive alors dans le foie par passage sanguin qui va produire la réaction inverse jusqu'au glutamate et libérera alors l'ion NH4+ qui ira cette fois jusqu'au cycle de l'urée dans les tissus hépatiques. L'enzyme alors utilisée est la Glutaminase. 3) Devenir de l'ammoniaque hépatique Le pyruvate devient de l'alanine par réaction de transamination grâce à ALAT. L'alanine arrive aux tissus hépatiques via le sang et elle sera de nouveau transformée en pyruvate par sens inverse. Cette réaction va reformer du glutamate qui va libérer du NH4+ grâce à la glutamate déshydrogénase qui cette fois encore va rentrer dans le cycle de l'urée. Dans la mitochondries hépatique, le glutamate passe par une transformation en base de Schiff qui permet de libérer du NH4+ qui passe ensuite dans le cycle de l'urée. Le glutamate passe par une transformation en base de Schiff pour donner du NH4+ qui va entrer dans le cycle de l urée. 3/10
4) Cycle de l'urée = voie métabolique cyclique dans le foie Une partie du NH4+ formé est consommé par la biosynthèse de composés azotés. L'excès est converti en urée : pour les vertébrés terrestres on parle d'uréotéliques. L'urée est une molécule très simple : Un NH2 provient de NH4+ qui provient de la désamination oxydative du glutamate Un NH2 provient de l'aspartate Le groupement carboné provient de HCO3- après hydrolysation du CO2 L'élimination de l'urée est rénale. C est une molécule très soluble dans l eau. Comme elle est petite, elle est très diffusible. C est donc un avantage pur éliminer les atomes. Comme elles sont solubles dans l eau, l urée est éliminé par le rein. Les molécules non solubles sont éliminées dans les matières fécales. 4.1) les 5 étapes du cycles de l'urée Le cycle de l'urée se déroule en 5 étapes. Remarque : il faut le connaître par cœur. 1ere étape : La première étape se déroule dans la mitochondrie : On part de l'ion NH4+ qui va réagir avec HCO3- pour former le carbamyl phosphate. Cette réaction est catalysée par le carbamyl-p-synthétase (CPS). C'est une réaction qui nécessite de l énergie apporté par 2ATP. 4/10
2e étape : La deuxième étape se déroule également dans la mitochondrie : Réaction entre l'ornithine et le carbamyl phosphate pour donner de la citrulline (= AA avec une fonction métabolique). Les 2 molécules vont être associées par une liaison covalente. Cette réaction est catalysée par l'ornithine transcarbamylase (OCT) 3e étape : La troisième étape se déroule cette fois dans le cytosol : Il y a un transfert de la citrulline dans le cytosol et elle réagit avec l'aspartate. L'atome d'azote utilisé provient de l'aspartate (en rouge) qu'il va falloir greffer sur la citrulline. L'enzyme qui catalyse la réaction est l'arginosuccinate synthétase. On obtient alors l'arginosuccinate. On forme des composés de plus en plus complexe qui ressemble de plus en plus à de l'urée. Cela nécessite de l énergie fournit par l'atp. 5/10
4e étape : La quatrième étape se déroule encore dans le cytosol : Il y a tout d'abord une coupure qui libère le fumarate à partir de l'arginosuccinate. Cela est catalysée par l'arginosuccinate lyase. On obtient alors l'arginine. Il y a un lien avec le cycle de Krebs via la libération du fumarate qui va alors aller rejoindre ce cycle. NB : Le cycle de l'urée sert à produire une substance considérée comme un déchet et qui va donc être éliminée mais il sert aussi à la synthèse de l'arginine. c'est la dernière étape de la synthèse de l'arginine 5e étape : La dernière étape se déroule toujours dans le cytosol : Cette réaction est une hydrolyse de l'arginine, catalysée par l'arginase. On obtient alors ornithine puis libération de l'urée qui va ensuite être éliminée par voie rénale. Donc les deux premières étapes ont lieu dans la mitochondrie alors que les 3 dernières ont lieu dans le cytosol. 4.2) Régulation du cycle de l'urée La régulation du cycle de l'urée est cuciale. Il faut éviter que cela fonctionne en permanence, il fonctionne uniquement lorsque l'on a un excès d'ammonium. Il y a plusieurs type de régulation : Par le N-acétyl-glutamate : activateur allostérique de la CPS (1 étape du cycle). L'arginine est aussi activatrice de la N-acétyl glutamate synthétase
Par le substrat : flux d'ammoniaque vers le foie, le substrat est reconnue par le foie et cela active le cycle de l'urée. Situations physiologiques et physio-pathologiques : postpandriale/interprandriale (cela inhibe le cycle le plus souvent) protéolyse musculaire (cela va activer le cycle de l'urée) composition alimentaire (s'il y a un gros apport de protéine, il y a un catabolisme d'aa et cela active le cycle de l'urée, et l'inverse se produit si l'on manque de protéine, c'est à dire que le cycle de l'urée est diminuée). 4.3) Bilan du cycle de l'urée Réaction entre CO2, NH4+ et l'aspartate qui demande de l'énergie. Les produits sont l'urée et le furamate. Il y a donc un lien avec le cycle de Krebs. Ainsi, le cycle de l'urée et le cycle de Krebs sont inter-connectés. Cycle de Krebs et Cycle de l'urée : On voit donc bien l interconnexion qui sert à former l'urée qui sera ensuite éliminé dans les urines. Il y a une interconnexion de part la formation du glutamate qui est un intermédiaire du cycle de Krebs. Mais également du fait que le cycle de Krebs a lieu dans la mitochondrie et qu'une partie du cycle de l'urée a aussi lieu dans la mitochondrie. 5) Situations pathologiques La synthèse de l'urée est la voie principale de l'élimination de l'ion ammonium NH4+. Il peut y avoir un blocage enzymatique du cycle de l'urée : NH4+ s'accumule dans le plasma : hyperammonémie 7/10
Cela présente une toxicité cérébrale : affection irréversibles (post-natal) d'où un retard mental. Causes principales : Déficit génétique (autosomique récessive) Enzymes défectueuses Maladies du cycle de l'urée (+ de 50 connues, maladies rares). Le pronostics est très défavorable avec des signes cliniques tels que : retard mental, séquelles psychomotrices.. Il n'y a pas de traitement curatif possible mais le traitement peut être préventif : régime pauvre en protéines + excès en arginine libre (car il y a un défaut de synthèse de l'arginine). Pour le moment il n'y a pas de cytogénie, donc le meilleur moyen est le dépistage précoce puis le traitement préventif qui donne d'assez bon résultats. B) Catabolisme du squelette carbonée 1) AA glucoformateurs et cétogènes Il y a 20 squelettes carbonés différents ce qui donne 20 voies cataboliques. La stratégie de dégradation met en jeu des intermédiaires métaboliques. Les 20 squelettes carbonées sont canalisés vers un nombre restreint de métabolites : 7 intermédiaires du métabolisme énergétique. C'est l'inverse de la biosynthèse où les intermédiaires métaboliques fournissaient des intermédiaires de squelettes carbonés A partir du pyruvate, de l'oxaloacétate, du fumarate, du succinyl-coa et de l'alpha-cétoglutarate, on produit du PEP qui est un intermédiaire de la néoglucogénèse, pour produire du glucose. Les AA capables de former un intermédiaire appartenant à ces composés sont appelés AA glucoformateurs (pas la Lysine ni la Leucine) Les AA capables de former l'acétyl-coa et l'acétoacétyl-coa intervenant dans la cétogénèse sont appelés AA cétogènes. Ils permettent de fournir certains corps cétoniques. Ils seront utilisés dans des voies particulières pour produire de l énergie (exemple : le cerveau en cas de gros déficit en glucose). Ainsi, il y a un lien avec les voies de biosynthèse. 8/10
Connexion entre catabolisme des AA et cycle de l'acide citrique : (résumé) 2) Situations pathologiques A partir de la phénylalanine on peut aboutir au corps cétonique. C'est pourquoi on peut avoir une phénylcétonurie. Selon les enzymes qui vont être affectés il y a différentes maladies. La plupart de ces maladies sont dues à un trouble génétique. Remarque : - émie signifie une accumulation dans le sang. 2.1) Phénylcétonurie La cause est l'absence de phénylalanine hydroxylase L'origine est un déficit génétique. Le mode de transmission est autosomique récessif La fréquence est de 1/20 000 naissances : aminoacidopathie la + fréquente mais c'est une maladie rare 9/10
Signes cliniques et évolution : Enfant normal à la naissance Retard mental sévère à 1 an en l'absence de traitement préventif Espérance de vie : 20 à 30 ans Le dépistage néonatal est systématique : Après 48h : recueil de sang dans le talon du nouveau né car le lait maternel est source de Phénylalanine On dose la phénylalanine et la tyrosine Ce dépistage est simultané avec celui de l'hypothyroïdie congénitale Les signes biologiques sont : Hyperphénylalaninémie : accumulation de la phénylalanine dans la circulation Phénylcétonurie : accumulation des corps cétoniques Le traitement préventif : il est efficace, il prévient le retard mental (dépistage crucial) il limite l'apport de phénylalanine au strict nécessaire pour la croissance il est accompagné d'un traitement de substitution fournissant la tyrosine (au cas où il y aurait un déficit en tyrosine). 10/10