METABOLISME DES PROTEINES:

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1 METABOLISME DES PROTEINES:
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-3-1 Perte du groupement amine IV-3-2 Elimination de l’azote
IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-1 Perte du groupement amine 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 I- LES PROTEINES 1- Rappels Protéines: Molécules comportant de l’Azote et composées d’une séquence d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Macromolécules essentielles à la vie -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 +++ ( protéines chez un eucaryote) -Grande diversité de taille et de structure

6 AA à chaîne aliphatique: G, A, V, L, I
I- LES PROTEINES 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 Structure des protéines (Rappel): diversité +++
I- LES PROTEINES 1- Rappels Structure des protéines (Rappel): diversité +++ Repliement de la structure primaire Séquence en AA Repliement de la structure secondaire Liaison non covalente entre plusieurs protéines

8 Diversité des fonctions +++
I- LES PROTEINES 1- Rappels 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)

9 Les compartiments corporels selon Brozek
I- LES PROTEINES 1- Rappels Importance vitale des protéines +++ Masse corporelle  70 kg Eau extracellulaire (25%  20 l) Eau intracellulaire (37%  25 l) Minéraux (6%  4 kg) Graisse (10-30%  10 kg) Masse maigre Masse grasse Protéines (16%  10 kg) Les compartiments corporels selon Brozek (Enseignement de nutrition, collège des enseignants de nutrition)

10 Dégradation irréversible
I- LES PROTEINES 2- Schéma général du métabolisme protéique (chez un adulte en bonne santé) ENTREES PROTEINES ( 10 kg) SORTIES AA LIBRES ( 70 g/j) Protéolyse ( 300 g/j) Synthèse protéique ( 300 g/j) Renouvellement ou « Turnover protéique » Apports exogènes ( 80 g/j) Dégradation irréversible ( 80 g/j) (UREE, NH4, CO2) Synthèse de novo (endogène) Biosynthèse des autres produits azotés Les AA excédentaires ne sont pas stockés: ils sont dégradés

11 3- Renouvellement des protéines +++
I- LES PROTEINES 3- Renouvellement des protéines +++ 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 +++
I- LES PROTEINES 3- Renouvellement des protéines +++ 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

13 Ce renouvellement protéique +/- rapide permet:
I- LES PROTEINES 3- Renouvellement des protéines +++ 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 Alimentation Protéolyse Synthèse de novo des AA Dégradation des AA (urée, NH4, CO2) Synthèse des protéines Synthèse des autres produits azotés Entrées Sorties

15 = Le bilan azoté est normalement équilibré Synthèse des Protéines
II- LE BILAN AZOTE Le bilan azoté est normalement équilibré Synthèse des Protéines Protéolyse = Absorption des AA Synthèse des autres composés azotés Hème, mono/polyamines Nucléotides, Glutathion, NO, coenzymes nucléotidiques… Acide aminé Squelette des atomes de carbone Glucose Acétyl-CoA Corps cétoniques Urée Catabolisme des AA  de novo AA

16   4-6 mois III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes
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  g/j Besoins recommandés: 55 g 45g/j g/j   4-6 mois Dépendent de l’apport  par les autres nutriments de l’âge de l’activité physique

17 Opérés, cancéreux, brûlés
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes III-1-1 Aspects quantitatifs (suite): en pathologie  Carence protéique Marasme Carence  globale (P, vitamines, minéraux) Kwashiorkor E de 6 mois-3ans au moment du sevrage Pays en voie de développement Anoréxie Opérés, cancéreux, brûlés Perte protéique >> besoins

18 III-1-2 Aspects qualitatifs
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES 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 III.1.2 aspects qualitatifs les a.a. essentiels et non essentiels
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
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes III-1-3 Digestion et absorption des protéines Dipeptidases Tripeptidases ENTEROCYTE AA capillaire dénaturation pepsine Estomac Trypsine Chymotrypsine Elastase carboxypeptidases Lumière intestinale Endopeptidases Aminopeptidases Dipeptidases Bordure en brosse

21 III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite)
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite) -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  Absorption des AA essentiels
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite)  Absorption des AA essentiels Lumière Sang Pôle apical Pôle basal C intestinale 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 Systèmes de transport des AA requièrent l’activité des pompes Na/K Transport actif +/- lié au Na+ Na+

23 III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite)
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite) -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) -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.

24 III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES
III-1 Alimentation = Apport des AA exogènes III-1-3 Digestion et absorption des protéines (suite)  En pathologie: Maladie d’Hartnup: déficit en transporteur d’AA neutres et aromatiques (TRP ++) Absorption intestinale  et élimination urinaire  1/ 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

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27 III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes -Source principale d’AA pour l’organisme (75%) -Progression des connaissances depuis ces 10 dernières années +++ -Difficultés d’étude car la protéolyse a de multiples fonctions « 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

28 III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes Protéases +++ réparties en 3 systèmes Système lysosomal: Foie, reins +++ (< 15% protéolyse) ATP dépendant 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 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes III-2-1 Système lysosomal: peu spécifique - Foie et reins +++ - protéases actives en milieu acide = Cathepsines Dans des vésicules lysosomales  endocytose des P à dégrader P extracellulaires Endocytose  P intracellulaires à ½ vie longue  Membranes cellulaires, organites Autophagie

30  Carence nutritionnelle +++ Jeûne
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES 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
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes III-2-2 Système calcium dépendant: Calpaïne-Calpastatine 3 calpaïnes cytosoliques dont l’activité dépend de [Ca2+] (pH 7) Dégradation des Protéines du cytosquelette portant les séquences PEST Pro-Glu-Ser-Thr

32 III-2-3 Système « PROTEASOME
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes III-2-3 Système « PROTEASOME Complexe multienzymatique 19S 20S 26S -Complexe 19S: Régulateur (> 18 su , dont ATPasiques) Founit l’  assemblage 20S + 19S  protéolyse -Complexe 20S: Protéolytique (14 su ) P marquées par l’Ubiquitine

33 Dégradation des P intracellulaires Dégradation des P anormales
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes 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 Majorité de la protéolyse au niveau musculaire +++   Ds les états cataboliques

34 P poly-ubiquitinée  protéasome  dégradée
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes III-2-3 Système « PROTEASOME (suite) Ubiquitine: 76 AA, séquence conservée +++ Se fixe sur les P à dégrader (Liaison covalente–Lys) ATP 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  P poly-ubiquitinée  protéasome  dégradée

35  Signal pour l’ubiquitination AA en position N-terminale
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes III-2-3 Système « PROTEASOME (suite)  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
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-2 PROTEOLYSE = catabolisme protéique = Apport des AA endogènes III-2-3 Système « PROTEASOME (suite) 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 Consomme de l’énergie +++
PROTEOLYSE EN BREF 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-3 Synthèse de novo des AA: structures de base
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-3 Synthèse de novo des AA: structures de base Squelette carboné Provient de 3 chaînes métaboliques majeures: Glycolyse, voies des pentoses phosphates, cycle de Krebs H R Ca COO- H3N+ Groupe amine  Glu ou Gln par une réaction de transamination 6 voies métaboliques pour la  des AA

39 Transamination: transfert le groupe amine d’un AA vers un autre AA
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-3 Synthèse de novo des AA: Transaminations +++ 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 2 réactions de transamination de loin les plus fréquentes +++
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES 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 Acide a cétoglutarique (aCG)  Glutamate (Glu)
III- Variations physiologiques et pathologiques des ENTREES III-3 Synthèse de novo des AA: Transaminations +++  But final des transaminations spécifiques de nombreux AA est de recueillir l’ensemble des groupes amines sur un seul collecteur: Acide a cétoglutarique (aCG)  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-1 Synthèse des protéines
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-1 Synthèse des protéines AA libres

43 IV-2 Synthèse des autres composés azotés
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-2 Synthèse des autres composés azotés 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

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49 Squelette des atomes de carbone
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA = catabolisme oxydatif des AA Perte du groupe aminé Mécanisme général AA Mécanisme spécifique de l’AA Perte du groupe carboné Squelette des atomes de carbone Glucose Acétyl-CoA Corps cétoniques Urée

50 IV-3-1 Perte du groupement amine
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES 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
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-1 Perte du groupement amine a-Désaminations oxydatives (mitochondrie) Glutamate a Cétoglutarate NH4+ NAD(P) NAD(P)H Glutamate deshydrogénase FOIE et REIN

52  Désamination oxydative Glu  aCG + NH4+
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-1 Perte du groupement amine a-Désaminations oxydatives (suite)  Désamination oxydative Glu  aCG + NH4+ Quantitativement très importante, reversible 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
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-1 Perte du groupement amine a-Désaminations oxydatives (suite)  Désaminations oxydatives à FAD ou FMN Importance métabolique mineure Irréversible Hépatique

54 Thréonine  a cétobutyrate +NH4+
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA 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  a cétobutyrate +NH4+ Déshydratases (déshydratation puis désamination) c-Transaminations (cf III-3)

55 IV-3-1 Perte du groupement amine: CONCLUSION
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA 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 aCG  Glu qui subit une désamination oxydative  NH4+  UREE a cétoacide a CG GLU NH4+ NAD(P) NAD(P)H ASP ALA Couplage  régénération de aCG +++

56 IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE Des tissus autres que le foie dégradent des AA Ex: Muscle +++ Jeune Exercice prolongé AA = source  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) 2-Dans le Foie: GLN  GLU + NH4+  UREE +++ 3-Dans les Reins: élimination sous forme NH4+  20% de l’Azote urinaire total

57 IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE Pourquoi faut-il éliminer NH3 ?? NH3 TOXIQUE +++ si  NH3, liposoluble  CERVEAU NH3 + aCG  glutamate  Déplétion en aCG Cycle de Krebs ralenti Phosphorylation oxydative bloquée   ATP Mort des cellules neuronales Glutamate + NH3  Glutamine   GLU Or GLU précurseur du g aminobutyrate, GABA  (neurotransmetteur)  COMA

58 Origine ENDOgène Origine EXOgène NH3  4/5 absorbés
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE A- Origines de l’Azote sous forme d’Ammoniaque (NH3) Origine ENDOgène Origine EXOgène Catabolisme des AA  Transaminations + Désamination Oxydative Glu Désaminations dans l’intestin AA ingérés/rétrodiffusés Urée rétrodiffusée  Désaminations non oxydatives Désaminases/uréases bactériennes Désamination GLN: glutaminase Désaminations des Bases PUR-PYR NH3  4/5 absorbés Désaminations des Monoamines (sérotonine, histamine, dopamine, adrénaline) 1/5  fèces (NH4+) Veine Porte  FOIE Désamination du carbamyl phosphate

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60 B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q GLN Transporteur d’Azote entre les tissus  Foie: Glutaminase  Uréogenèse  Reins: Glutaminase  Ammoniogenèse AA le plus abondant dans le plasma Utilisée pour la synthèse de nombreux composés +++ - Substrat pour  bases PUR & PYR - Précurseur de Pro, Orn, Arg

61 B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE B- Synthèse de la Glutamine = GLN = Q GLU + NH3 + 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 Active sous forme désadénylée Inactive sous forme adénylée
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA 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 (PA) PA PB uridylyl transférase régulée Cascade enzymatique ? - Amplification des signaux - Régulation très fine du flux d’azote dans la cellule

63 Glutamine Glutamine FOIE REINS Uréogenèse Ammoniogenèse Urée NH4+
TRAFIC de la GLUTAMINE Glutamine GLN synthétase TISSUS PERIPHERIQUES Glutamine FOIE REINS Glutaminase Uréogenèse Ammoniogenèse Urée NH4+ Urines

64 C- Muscle: Cycle de l’Alanine
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES 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 +++
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- FOIE: Cycle de l’URÉE +++ Exclusivement dans le FOIE +++ GLN est converti en GLU Glutaminase Hépatocytes périportaux GLN  GLU + NH3 Cycle de l’URÉE Urée contient 2 N/molécule 1er  NH3 2ème  ASP Urée: neutre, soluble +++, non toxique, pas de fonction métabolique Voie préférentielle d’élimination de l’azote en excès

66 IV-3 Dégradation irréversible des AA
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE Métabolisme hépatique de la GLN d’après D Haüssinger

67 (Carbamyl P Synthetase I)
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’URÉE mitochondrie HEPATOCYTE périportal CPSI (Carbamyl P Synthetase I) 2 ATP + HCO3- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi 1er N Ornithine Citrulline Pi OTC (Ornithine transcarbamylase) ASP 2ème N Argininosuccinate ATP AMP + PPi ASS (Argininosuccinate synthetase) Arginase H2O Urée C  NH2 O Arginine Fumarate ASL (Argininosuccinate lyase) KREBS

68 D- Cycle de l’URÉE 2 réactions ont lieu dans la mitochondrie
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’URÉE 2 réactions ont lieu dans la mitochondrie 3 dans le cytosol Transporteurs: -transporteur Citrulline/Ornithine -translocase Glu-Asp Bilan: HCO3- + NH ATP UREE + 2ADP + 2Pi + + ASP + 2 H2O AMP + PPi + Fumarate + 1 ATP Apport alimentaire en ARG +++ La quantité synthétisée par l’Homme est insuffisante pour la  des Protéines et pour servir à la production d’Urée

69 Le Cycle de l’Urée est lié au cycle de Krebs
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’URÉE Le Cycle de l’Urée est lié au cycle de Krebs Cycle de l’URÉE Fumarate ARG Cycle de Krebs Fumarate Malate OA Malate OA CR  NADH2 Arginino succinate Citrulline ASP a AminoA GLU a CétoA, aCG Transamination / GDHase Régénère l’ASP mitochondrie

70 + D- Cycle de l’Urée: REGULATION
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’Urée: REGULATION 1- Carbamyl Phosphate Synthétase I +++ [Substrats]: NH3 et HCO3- Disponibilité en ATP +++ [N acétyl GLU]intramitochondrial: Régulation allostérique PYR (état NOURRI) PDH GLU Acétyl CoA NAG N acétylGlu synthase GLN  Glutaminase AG (Jeûne) CPSI 2 ATP + HCO3- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi + Si dégradation des P    GLU   NAG   urée

71 D- Cycle de l’Urée: REGULATION
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’Urée: REGULATION 2- Ornithine TransCarbamylase (OTC) Glu  GLN Intestin (Jeûne) P5CS -Disponibilité en Ornithine ARG  Protéines Alimentaires Intestin (État nourri) Arginase

72 + D- Cycle de l’Urée: REGULATION 3- ArgininoSuccinate Synthétase (ASS)
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’Urée: REGULATION 3- ArgininoSuccinate Synthétase (ASS) Disponibilité en ASP AcétylCoA + PYR PYR carboxylase OA aCG GLU ASP ASAT Arginino- succinate ASS ASP CIT ORN mitochondrie

73 D- Cycle de l’Urée: REGULATION (suite)
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE 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 5- Cycle de l’urée est dépendant du ratio NAD/NADH2
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE D- Cycle de l’Urée: REGULATION (suite) 5- Cycle de l’urée est dépendant du ratio NAD/NADH2 Cycle de l’URÉE Krebs Fumarate Malate OA ARG Arginino succinate Citrulline ASP mitochondrie a AminoA GLU a CétoA, aCG Régénère l’ASP Disponibilité en NAD+  Activité de la chaîne respiratoire +++ NADH2  NAD+ Intoxication alcoolique Alcool DHase à NAD+ Le NAD+ est consommé prioritairement pour la détoxification alcoolique   Uréogenèse

75 E- REINS: Ammoniogenèse
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE E- REINS: Ammoniogenèse A partir de la GLN GLN + H2O  GLU + NH3 H+ NH4+ glutaminase Urée 20% de l’azote urinaire En conditions cataboliques Jeûne Acidose Insuffisance hépatique 

76 -Insuffisance Hépatique sévère +++
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE F- PATHOLOGIE   Ammoniaque (NH3) dans le sang = hyperammoniémie A- Hyperammoniémies secondaires -Insuffisance Hépatique sévère +++ ( urée) 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 +++

77 F- PATHOLOGIE  A- Hyperammoniémies secondaires (suite)
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE F- PATHOLOGIE  A- Hyperammoniémies secondaires (suite) -Prématurité: immaturité hépatique & défaut de perfusion -Acidose  défaut d’élimination urinaire (NH4+) -Anomalies héréditaires du métabolisme: -Acidurie Organique (+ acidose métabolique) -Déficit b oxydation des AG -Déficit Chaîne Respiratoire

78 F- PATHOLOGIE  B- Hyperammoniémies PRIMAIRES
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE 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 Lié à l’X 1/ 62000 1/ 14000 1/ 57000 1/ 70000 1/

79           Carbamyl–P + 2 ADP + Pi Ornithine Citrulline
CPSI 2 ATP + HCO3- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi Pi OTC Ornithine Citrulline ASP ATP Urée ASS Arginase AMP + PPi H2O Arginine Argininosuccinate ASL Fumarate

80 F- PATHOLOGIE  B- Hyperammoniémies PRIMAIRES
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE 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
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA IV-3-2 ELIMINATION DE L’AZOTE 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 Outils diagnostiques: -Ammoniémie Conditions préanalytiques +++
IV- Variations physiologiques et pathologiques des SORTIES IV-3 Dégradation irréversible des AA F- PATHOLOGIE  B- Hyperammoniémies PRIMAIRES Outils diagnostiques: -Ammoniémie Conditions préanalytiques +++ -Acheminée rapidement au laboratoire -Dans la glace (à T°Ambiante GLN  GLU + NH3) -Alcalose respiratoire -Chromatographie des AA plasmatiques et urinaires -Chromatographie des Ac organiques urinaires -Acide Orotique Urinaire (Carbamyl P  Ac orotique  Urines) -Tests de Charge -Dosages enzymatiques sur biopsies de foie CPS, OTC: muqueuse intestinale ASL, ASS: fibroblastes Arginase: érythrocytes -Biologie Moléculaire

83 IV-3-3 DEVENIR de la CHAINE CARBONEE cetogenese et neoglucogenese
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)

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86 IV-3-3 DEVENIR de la CHAINE CARBONEE. NEOGLUCOGENESE
IV 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 NEOGLUCOGENESE 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

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

91 SYNTHESE des Acides GRAS
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

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95 V-1 Echanges interorganes de la glutamine
V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE 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 FOIE REINS Uréogenèse Ammoniogenèse Urée NH4+
TRAFIC de la GLUTAMINE Glutamine GLN synthétase TISSUS PERIPHERIQUES Glutamine FOIE REINS Glutaminase Uréogenèse Ammoniogenèse Urée NH4+ Urines

97 V-1 Echanges interorganes de la glutamine
V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-1 Echanges interorganes de la glutamine Intestin : % 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

98 V-1 Echanges interorganes de la glutamine
V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-1 Echanges interorganes de la glutamine 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

99 V-1 Echanges interorganes de la glutamine
V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-1 Echanges interorganes de la glutamine 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

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) UREE  substrats HCO3- et NH3  N acétyl Glu  + CPSI + enzymes Insuline    captation AA  Protéolyse 20% AA ramifiés ++  MUSCLE  Synthèse protéique +++ (+  apport énergétique)  Protéolyse Protéolyse < Synthèse: bilan > 0

101 80% AA métabolisés Organes Synthèse P +++ AA 20% AA Ala Gln UREE
protéines

102 V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation nutritionnelle
En état post-absorptif (12-18h après repas)  Jeûne court 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  Insuline ( libération des AA musculaires)  Glucagon ( captation hépatique des AA) Protéolyse > Synthèse: bilan < 0

103 Gln Ala Gln NH4+

104 Catabolisme Protéique +++ Épargne maximale ++++
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 Protéines = Substrat Energétique +++
V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-1- Régulation nutritionnelle  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 +++ Au cours d’une agression  besoins énergétiques  besoins protéiques NNé  Adulte Réserves P réduites Besoins P ++++

107 Protéolyse  >>> Synthèse   bilan < 0
V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation nutritionnelle 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 +++ Grâce au flux continu des AA disponibles (2%/98% ds les P) Consomme énergie +++ (Néoglucogenèse +++  ALA et GLN du muscle) Protéolyse  >>> Synthèse   bilan < 0 Fonte musculaire +++

108  (réponse inflammatoire)
JEUNE +++ AGRESSIONS Besoins    Insuline  (Résistance) Corps cétoniques +++ Glycogenolyse, lipolyse Protéolyse Protéines squelettiques = puis  Protéines viscérales  (réponse inflammatoire) Perte de poids graduelle accélérée

109 V- REGULATION DU METABOLISME PROTEIQUE V-2- Régulation HORMONALE
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 (b 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 Relations de la dégradation des protéines avec les grandes voies métaboliques