BIO / PHY - META AZOTE - MODULE 11

Question 1

Présenter les différents niveaux structuraux d’organisation d’une protéine en identifiant les liaisons chimiques mises en jeu

Answer 1

1.1. Structure primaire des protéines
C’est la séquence linéaire en AA, c’est-à-dire le nombre, la nature et l’ordre d’enchaînement des
acides aminés, reliés entre eux par des liaisons peptidiques, qui sont des liaisons covalentes, donc des
liaisons fortes.
La structure primaire d’une protéine est le fruit de la traduction de l’ARNm par les ribosomes.

1.2. Structure secondaire des protéines
La structure secondaire correspond au repliement local de la chaine protéique, dû à la formation de
liaisons hydrogènes, qui entrainent la formation de conformations appelées hélices a ou feuillets b.

1.3. Structure tertiaire des protéines
Elle correspond au repliement total de la chaîne.
Ces repliements sont maintenus par des ponts disulfures (liaisons covalentes entre 2 résidus cystéine) et
par des liaisons faibles :
* liaisons ioniques ;
* liaisons hydrogènes ;
* liaisons hydrophobes.

1.4. Structure quaternaire des protéines
Elle correspond à l’association de plusieurs sous-unités polypeptidiques (ou monomères ou
protomères) en 1 seule unité supérieure.
Exemple : l’hémoglobine, constituée de 4 sous-unités.

Question 2

Identifier les rôles fonctionnels des protéines dans l’organisme

Answer 2

Enzyme protéine : Pyruvate synthase
Transporteur membranaire : Pompe NA+/K+ ou GLUT
Transporteur plasmatique (sang) : Albumine
Récepteur membranaire : insuline
Immunoglobine (anticorps) : rôle fondamental dans
Contraction musculaire : myosine / actine

Question 3

Écrire la structure chimique générale d’un acide aminé

Answer 3

Les protéines sont des molécules comportant de l’azote et sont composées d’acides aminés, unis entre eux par des liaisons peptidiques.

Question 4

Présenter toutes les étapes de la digestion et de l’absorption des protéines

Answer 4

Cavité buccale
Mastication : réduction de la taille des aliments, dilacération des fibres protéiques.
Estomac
Libération de suc gastrique contenant HCl → milieu acide → dénaturation des protéines → permet l’action des enzymes sur les protéines alimentaires.
Pepsinogène + HCl → pepsine puis autocatalyse de la pepsine.
Produits d’hydrolyse : polypeptides, peptides, acides aminés.
Intestin grêle :
duodénum et jéjunum
Arrivée du chyme contenant des AG, AAE → sécrétion CCK PZ → sécrétion des enzymes pancréatiques :
* trypsine et chymotrypsine : poursuivent l’hydrolyse des liaisons peptidiques commencée par la pepsine → oligopeptides (chaînes d’AA courtes) ;
* carboxypeptidase : hydrolyse des liaisons peptidiques à l’extrémité C-terminale ;
* aminopeptidase : hydrolyse des liaisons peptidiques à l’extrémité N-terminale ;
* élastase : hydrolyse l’élastine et le collagène.
Produits d’hydrolyse terminaux
Acides aminés, dipeptides et tripeptides.
Absorption intestinale
duodénum et jéjunum
Acides aminés : absorbés par transport actif secondaire, symport avec Na+, dans le duodénum et le jéjunum.
Di et tripeptides : absorbés par transport actif secondaire, symport avec les ions H+.
Une fois dans l’entérocyte, les di et tripeptides sont hydrolysés en AA, qui sortent du pôle basal par diffusion, et pénètrent dans les capillaires sanguins des villosités.
Devenir des acides aminés :
* la majeure partie rejoint le foie par la veine porte hépatique ;
* les AA ramifiés passent dans la circulation générale pour aller aux muscles notamment.

Question 5

Écrire la réaction chimique de synthèse puis d’hydrolyse d’une liaison peptidique

Answer 5

Voir fiche récap

Question 6

Citer trois peptidases

Answer 6

• carboxypeptidase : hydrolyse des liaisons peptidiques à l’extrémité C-terminale ;
• aminopeptidase : hydrolyse des liaisons peptidiques à l’extrémité N-terminale
• trypsine et chymotrypsine : poursuivent l’hydrolyse des liaisons peptidiques commencée par la pepsine → oligopeptides (chaînes d’AA courtes) ;
  *élastase : hydrolyse l’élastine et le collagène.

Question 7

Identifier les 3 origines possibles des acides aminés dans l’organisme

Answer 7

ENDOGENE :
synthèse de novo
renouvellement des protéines

EXOGENE :
alimentation

Question 8

Présenter les rôles des acides aminés dans l’organisme

Answer 8

• le renouvellement des protéines intracellulaires, membranaires et extracellulaires de l’organisme (turn over protéique) = protéosynthèse ; les protéines ont une durée de vie variant de quelques minutes à plusieurs années (1 à 2% des protéines sont renouvelées chaque jour) ;
• la synthèse des composés azotés indispensables (carnitine, porphyrine, créatine, choline, sérotonine, dopamine, GABA, histamine, nucléotides, coenzymes, etc.) ;
• la synthèse des hormones peptidiques : insuline, glucagon, ADH, gastrine, CCK, sécrétine, …

Question 9

Présenter les éléments du bilan azoté (entrées/sorties)

Answer 9

ENTREES :
- protéolyse
- apports exogènes
- synthèse de novo

SORTIES :
- synthèse protéique
- degradation irréversible (urée, NH4, CO2)
- biosynthèse des autres produits azotés

Question 10

Identifier le devenir des parties carbonées et azotées des acides aminés catabolisés

Answer 10

La dégradation des acides aminés provoque la formation de NH3, mais aussi, grâce à leur squelette carboné, d’intermédiaires métaboliques.
- AA glucoformateurs => néoglucogenèse
- AA cétoformateurs => formation de cc
- Production d’énergie via cycle de Kb
- Biosynthèse d’AG

Ces 2 devenirs sont caractéristiques de l’état de jeûne : les acides aminés sont apportés par la protéolyse musculaire.

Question 11

Justifier le fait que les acides aminés puissent être des substrats énergétiques

Answer 11

Impliquer dans la néoglucogénèse et la cétogénèse => cycle de Kb
et la biosynthèse d’AG lorsqu’il y a un excès

Question 12

Justifier le fait que les acides aminés puissent produire du glucose

Answer 12

La dégradation de certains acides aminés conduit à la formation d’intermédiaires impliqués dans la néoglucogenèse → ces acides aminés sont qualifiés de glucoformateurs.

L’alanine : L’alanine est un acide aminé dont la dégradation génère le pyruvate, un intermédiaire clé de la néoglucogenèse.

Le glutamate : Le glutamate peut être converti en alpha-cétoglutarate, qui est également un intermédiaire de la néoglucogenèse.

L’aspartate : L’aspartate peut être converti en oxaloacétate, une molécule essentielle dans la néoglucogenèse.

Question 13

Justifier le fait que les acides aminés puissent produire des corps cétoniques

Answer 13

La dégradation de certains acides aminés conduit à la formation d’acétylCoA ou d’acétoacétylCoA → ils sont qualifiés de cétoformateurs ou de cétogènes car ils contribuent à la formation des corps cétoniques.

Question 14

Justifier le fait que les acides aminés puissent produire des acides gras, donc des TG

Answer 14

Participation des AA à la biosynthèse des acides gras
En période postprandiale, l’abondance des substrats énergétiques oriente les métabolismes vers la constitution de réserves ; ce stockage étant impossible pour les acides aminés, après la synthèse protéique, l’excès d’acides aminés est catabolisé → acétylCoA.
La navette citrate-malate-pyruvate permet le passage de l’acétylCoA dans le cytosol → l’acétylCoA pourra ainsi servir de précurseur à la biosynthèse des AG.
Les acides aminés en excès peuvent également être substrats de la biosynthèse hépatique du cholestérol en phase postprandiale, via l’accumulation d’acétylCoA.

Question 15

Citer les 3 voies cataboliques permettant la perte du groupement NH2

Answer 15

• transaminations ;
• désaminations oxydatives ;
• désaminations non oxydatives.

Question 16

Présenter le mécanisme général d’une réaction de transamination

Answer 16

une transamination est une réaction chimique réversible, qui consiste en un transfert de la fonction amine (du carbone α) d’un acide aminé en échange de la fonction cétone d’un acide α-cétonique → l’acide aminé, donneur du groupement amine, devient un acide α-cétonique tandis que l’acide α-cétonique accepteur devient un acide α-aminé.
Une réaction de transamination est catalysée par une transaminase (ou aminotransférase) dont le fonctionnement nécessite un coenzyme dérivé de la vitamine B6 (phosphate de pyridoxal).

Question 17

Écrire les transaminations catalysées par l’ALAT et l’ASAT

Answer 17

voir fiche
Alanine + alpha-cétoglutarate < ALAT > pyruvate + glutamate

Asparate + alpha-cétoglutarate < ASAT > oxaloacétate + glutamate

Les transaminations ont lieu en grande partie dans le foie et le muscle.

Question 18

Citer l’intérêt des réactions de transamination

Answer 18

Le but final des transaminations est de recueillir l’ensemble des groupes amines sur un seul collecteur : le glutamate.
Les transaminations permettent de synthétiser certains acides aminés et sont impliquées dans la néoglucogenèse et d’autres voies métaboliques.

Question 19

Définir une désamination oxydative et non oxydative

Answer 19

désamination oxydative : réaction permettant la formation d’un acide α-cétonique à partir d’un acide aminé → entraîne la libération d’une molécule d’ammoniac NH3 et d’un coenzyme réduit (NADH, H+) :

désamination non oxydative :identique à la désamination oxydative mais sans les co-enz NAD+/NADH,H+

Question 20

Écrire la réaction de désamination oxydative du GLU et citer l’enzyme impliquée

Answer 20

GLU + H20 + NAD+ ——> Alpha-cétoglutarate + NH3 + NADH,H+ => enz (glutamate dh)

Co-enz peut être réoxydé et produire de l’NRJ
NH3 va faire le cycle de l’urée pour être éliminer par le foie

Question 21

Écrire la réaction de désamination non oxydative de la glutamine et citer l’enzyme impliquée

Answer 21

GLC + H2O < glutaminase > glutamate

Question 22

Citer les origines endogènes et exogènes de l’ammoniac

Question 23

Citer les 2 principales formes plasmatiques de transport de l’ammoniac

Answer 23

Endogène :
* catabolisme des acides aminés par transamination puis désamination ;
* désaminations des bases puriques et pyrimidiques ;
* désaminations des monoamines (sérotonine, dopamine, adrénaline, histamine).
Exogène :
* synthèse par la flore colique, dont une partie est absorbée par la muqueuse intestinale → veine porte hépatique → foie (cycle de l’urée)

Question 24

Citer les 2 organes participant à l’excrétion de l’ammoniac

Answer 24

• le foie : rôle de détoxication de l’azote en urée ;
• le rein : rôle d’excrétion de l’azote sous forme d’urée et d’ions ammonium NH4+.

Question 25

Citer les 2 principales formes d’excrétion de l’ammoniac

Answer 25

• uréogenèse hépatique, qui est la voie principale ;
• ammoniogenèse rénale.

Dans le foie, la glutaminase libère NH3 et du glutamate → NH3 s’engage dans le cycle de l’urée, il y a production d’urée éliminée ensuite dans les urines.
Dans les reins, la glutaminase libère également NH3 et du glutamate → NH3 est excrété dans l’urine sous forme d’ions ammonium NH4+.

Question 26

Différentier azote, ammoniac et ion ammonium

Answer 26

Azote (N2) : élément chimique
Ammoniarc (NH3à composé chimique formé de l’azote et hydrogène
Ion ammonium : forme ionisé

Lorsque l’ammoniac (NH3) réagit avec un acide, il peut perdre un électron et former l’ion ammonium

Question 27

Préciser les conséquences d’une augmentation de la concentration plasmatique en ammoniac

Answer 27

NH3 est toxique pour l’organisme car il peut franchir la barrière hémato-méningée et entraîner une toxicité du système nerveux central.

Question 28

Situer l’uréogenèse et citer son précurseur

Answer 28

*lieu : cytosol et matrice mitochondriale des hépatocytes donc exclusivement dans le foie ;
* précurseur : NH3

Question 29

Représenter le cycle de l’urée

Answer 29

L’uréogenèse est la voie préférentielle de l’élimination de l’azote.
L’urée synthétisée passe dans le sang → excrétion urinaire.
Le cycle de l’urée est accéléré dans les régimes hyperprotidiques, en cas d’hypercatabolisme et de protéolyse musculaire.

Question 30

Écrire l’équation bilan de l’uréogenèse, en déduire le bilan énergétique

Answer 30

Bilan chimique :
NH3 + Aspartate + CO2 + 4 ATP + 2 H2O → Urée + Fumarate + 4 (ADP + Pi)
Bilan énergétique :
La synthèse d’une molécule d’urée consomme 4 ATP.

Question 31

Situer l’ammoniogénèse et citer son précurseur

Answer 31

• lieu : rein ;
• précurseur : glutamine

Question 32

Présenter l’ammoniogénèse rénale

Answer 32

Dans les conditions normales de pH, l’uréogenèse représente la forme principale d’élimination de l’azote dans l’organisme.
L’ammoniogénèse est principalement régulée en fonction de l’équilibre acido-basique.

Question 33

Montrer le rôle du rein dans la régulation de l’équilibre acido-basique via l’ammoniogénèse et la
biosynthèse de novo d’ions bicarbonates (après le cours sur l’équilibre acido-basique)

Answer 33

L’ammoniac joue le rôle d’une base en captant des ions H+ dans les tubules rénaux lors de
l’ammoniogenèse, ce qui forme des ions ammonium qui seront éliminés dans les urines, ce qui permet de
limiter la baisse du pH urinaire : NH3 + H+ → NH4+.

Les reins contribuent au maintien du pH en assurant :
* la réabsorption des ions bicarbonates filtrés au niveau glomérulaire : TCP (voir schéma page
suivante) ;
* la régénération des ions bicarbonates consommés, ce qui entraîne l’excrétion d’ions H+ dans
les urines : TCD.
Les ions bicarbonates jouent le rôle de substances tampons dans le plasma en neutralisant l’acidité.

Question 34

Justifier l’augmentation de la néoglucogenèse rénale en cas de jeûne long (après le cours sur le rein et
l’équilibre acido-basique)

Answer 34

L’augmentation de la néoglucogenèse rénale pendant le jeûne prolongé s’explique par la nécessité de maintenir la glycémie, d’épargner le glycogène hépatique et d’utiliser des substrats alternatifs pour produire du glucose, assurant ainsi une source continue d’énergie pour les fonctions cellulaires essentielles

Question 35

Différencier glutaminase, glutamine synthétase, glutamate déshydrogénase

Answer 35

Glutaminase : enzyme qui catalyse la dégradation de la glutamine en glutamate et en ammoniac

Glutamine synthétase : catalyse la synthèse de la glutamine à partir du glutamate et de l’ammoniac (inverse de la glutaminase)

Glutamate déshydrogénase catalyse la conversion réversible du glutamate en α-cétoglutarate avec libération d’ammoniac et production de NADH

Question 36

Justifier le fait que la glutamine soit l’acide aminé le plus abondant dans le plasma

Answer 36

Principale forme de transport plasmatique de l’ammoniac
Réduit la toxicité de l’ammoniac et donc pH sanguin
Source d’énergie : convertie en glucose dans la gluconéogenèse
Rôle dans la régulation de la réponse immunitaire
Tampon pour maintenir le pH

Question 37

Identifier le rôle de l’insuline et du cortisol dans la protéolyse.

Answer 37

*insuline : B protéolyse +++ ;
* cortisol : H protéolyse +++ ;

Question 38

Présenter le métabolisme de la phénylalanine

Answer 38

La phénylalanine est un AA essentiel, donc d’origine alimentaire. C’est un AA très important dans la synthèse protéique, le reste est métabolisé, essentiellement dans le foie :
* hydroxylation en tyrosine : réaction catalysée par la phénylalanine hydroxylase ;
* la tyrosine est ensuite métabolisée et permet la biosynthèse des hormones thyroïdiennes, des catécholamines, de la dopamine et de la mélanine ;
* transformation en fumarate et acétoacétate, ce qui permet de créer de l’énergie.

Question 39

Identifier les molécules synthétisées à partir de la tyrosine

Answer 39

Acétoacétate
Fumarate
Dopa

Question 40

Définir la phénylcétonurie

Answer 40

Le catabolisme de la phénylalanine peut présenter des anomalies, caractéristiques d’une maladie d’origine génétique autosomique récessive, la phénylcétonurie (PCU).
C’est une enzymopathie rare et grave due à un déficit en phénylalanine hydroxylase (PAH) suite à une mutation génétique, ce qui entraîne :
* une accumulation plasmatique de PHE (hyperphénylalaninémie) ;
* une baisse du taux de tyrosine qui devient un AA essentiel.

Question 41

Présenter l’étiologie de la phénylcétonurie et ses conséquences biochimiques et physiologiques

Answer 41

Etiologie : génétique
Conséquences de la phénylcétonurie au niveau cérébral et cutané :
* plusieurs métabolites toxiques s’accumulent dans le cerveau, la phénylalanine elle-même mais aussi ses métabolites secondaires (phénylpyruvate et phénylactate) ;
* le déficit en PAH est responsable d’un déficit en Tyr qui devient un AA essentiel. Or la Tyr est le précurseur de neurotransmetteurs comme la dopamine, l’adrénaline, et la noradrénaline. Ce déficit en Tyr entraîne également un déficit en mélanine qui va engendrer les anomalies cutanées observées dans les PCU non traitées ;
* la phénylalanine entre en compétition avec d’autres AA pour pénétrer dans le cerveau car ils utilisent un transporteur commun → déficit intracérébral en AA → baisse de la synthèse protéique et de neurotransmetteurs dans l’encéphale ;
* la phénylalanine en excès inhibe la TRP hydroxylase → baisse de la synthèse de sérotonine.

Question 42

Citer les signes cliniques de la phénylcétonurie

Answer 42

Signes cliniques de la phénylcétonurie : neurologiques +++ et cutanés
* lésions cérébrales → retard mental, troubles comportementaux, convulsions, psychoses, traits autistiques, agressivité… ;
* troubles de la pigmentation (peau et cheveux clairs) due à la baisse du taux de mélanine, suite au taux de tyrosine en diminution.

Question 43

Citer le diagnostic de la phénylcétonurie

Answer 43

Diagnostic : dépistage néonatal → dosage sanguin de PHE à 3 jours de vie = test de Guthrie, obligatoire en France.

Question 44

Préciser le traitement de la phénylcétonurie

Answer 44

voir cours de physiopathologie et diététique thérapeutique de pédiatrie.

Question 45

Présenter brièvement la leucinose

Answer 45

La leucinose ou “maladie du sirop d’érable” est une maladie génétique qui se transmet sur le mode autosomique récessif.
Elle comprend plusieurs formes dans lesquelles l’organisme est incapable de dégrader correctement les acides aminés ramifiés : leucine, isoleucine et valine.
Comme pour la PHE, il existe une enzymopathie rare d’origine génétique, due à un déficit enzymatique → accumulation d’AA ramifiés et d’intermédiaires de leur catabolisme (acides α-cétoramifiés) → entraîne à court terme une acidose et à long terme des lésions cérébrales et une dégénérescence du système nerveux.
Traitement : il est diététique → alimentation pauvre en AA à chaîne ramifiée.

Question 46

Représenter la structure des acides nucléiques, ADN et ARN, d’un nucléotide

Question 47

Citer les bases azotées puriques et pyrimidiques

Answer 47

bases puriques : adénine et guanine
bases pyrimidiques : cytosine, thymine, uracile

Question 48

Citer les 3 origines des bases puriques

Answer 48

• exogène : catabolisme des acides nucléiques alimentaires ;
• endogène :
  ▪ dégradation des acides nucléiques lors du renouvellement cellulaire ;
  ▪ purinosynthèse de novo : elle se déroule essentiellement dans le foie à partir du ribose-5-phosphate produit de la voie des pentoses-phosphates.

Question 49

Présenter simplement la purinosynthèse de novo

Answer 49

La purinosynthèse de novo est le processus de fabrication des purines, qui sont des composants essentiels des nucléotides constitutifs de l’ADN et de l’ARN. Elle se déroule en plusieurs étapes enzymatiques et conduit à la création des nucléotides adénylate (AMP) et guanylate (GMP). Ces nucléotides sont ensuite utilisés dans la synthèse des chaînes d’ADN et d’ARN, jouant un rôle crucial dans la croissance et la division cellulaires. Ce processus permet à la cellule de produire ses propres réserves de purines pour maintenir son matériel génétique.

Question 50

Identifier le rôle du glucose et des acides aminés dans cette biosynthèse

Answer 50

Le glucose fournit la structure carbonée de base nécessaire à la synthèse des nucléotides, tandis que certains acides aminés contribuent à la formation des bases azotées. Ces deux éléments sont indispensables à la création des nucléotides puriques au cours de la purinosynthèse de novo.

Question 51

Présenter le catabolisme des acides nucléiques depuis l’ADN et l’ARN jusqu’à l’acide urique

Answer 51

voir schéma

Question 52

Identifier les étapes productrices d’ammoniac

Answer 52

Dégradation des protéines :

Les protéines alimentaires et les protéines cellulaires sont décomposées en acides aminés lors de la digestion.
Décarboxylation de certains acides aminés :

Certains acides aminés, tels que la glutamine, peuvent subir une décarboxylation dans les cellules du foie et des reins.
Formation d’ammonium (NH₄⁺) :

L’ammoniac résultant de la décarboxylation réagit avec le proton (H⁺) dans les cellules pour former de l’ammonium (NH₄⁺).
Implication dans l’équilibre acido-basique :

L’ammonium (NH₄⁺) est un ion positif qui peut agir comme un acide faible dans le système tampon acido-basique de l’organisme. Il peut réagir avec les ions hydroxyde (OH⁻) pour former de l’eau (H₂O) et de l’ammoniac (NH₃).

Équation chimique simplifiée : NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O

Cette réaction contribue à tamponner l’excès d’ions hydroxyde (OH⁻) dans le corps, aidant ainsi à maintenir l’équilibre acido-basique.

Excrétion de l’ammoniac :

L’ammoniac produit peut être excrété principalement par les reins sous forme d’urée, qui est ensuite éliminée dans l’urine.

Question 53

Situer la xanthine oxydase et justifier l’action de l’allopurinol

Answer 53

La xanthine oxydase est la principale enzyme de la dégradation des purines, elle catalyse l’oxydation de l’hypoxanthine en xanthine et de la xanthine en acide urique.
NH3 produit au cours de ces réactions sera ensuite éliminé sous forme d’urée (uréogenèse) ou d’ion ammonium (ammoniogénèse).

l’allopurinol agit en inhibant la xanthine oxydase, réduisant ainsi la production d’acide urique et contribuant à prévenir les complications associées à l’accumulation excessive d’acide urique dans l’organisme.

Question 54

Nommer le produit final du catabolisme des bases puriques

Answer 54

L’acide urique est donc le produit final de la voie métabolique. Dans le plasma, l’acide urique est sous forme d’urate de sodium, plus soluble, en raison du pH plasmatique.

Question 55

Localiser les organes excréteurs de l’acide urique et ses formes d’excrétions

Answer 55

1. Elimination rénale
   L’acide urique subit une filtration glomérulaire, puis une réabsorption tubulaire au niveau du tube contourné proximal et une sécrétion tubulaire au niveau du tube contourné distal.
2. Elimination intestinale
   Uricolyse intestinale : 25 % de l’acide urique sont déversés dans l’intestin par les sécrétions digestives. La flore colique dégrade l’acide urique en allantoïne, qui est éliminé dans les fèces.

Question 56

Schématiser simplement le bilan de l’acide urique (entrées/sorties).

Answer 56

Voies de synthèse :
- Catabolisme des acides nucléiques alimentaires
- Catabolisme des acides nucléiques cellulaires
- Purinosynthèse de novo
=> Acide urique <=
Voies d’élimination
- Elimination urinaire (75%)
- Uricolyse intestinale Allantoine (25%)