M6S1 Le métabolisme azoté

Question 1

A quel métabolisme ou processus physiologiques participent les protéines ?

Answer 1

• homéostasie azotée ;
• métabolisme énergétique ;
• anabolisme (néoglucogenèse) ;
• biosynthèse de médiateurs chimiques (hormones, neurotransmetteurs).

Question 2

Définition de la transamination :

Answer 2

La transamination est un échange de la fonction amine d’un acide aminé avec la fonction cétone d’un acide α-cétonique.

Elle permet la formation d’un nouvel acide aminé nécessaire à l’organisme.

Les transaminations sont des réactions réversibles.

Elles sont catalysées par des transaminases ou aminotransférases.

Leur fonctionnement nécessite la présence d’un coenzyme : le pyridoxal phosphate, qui est le dérivé actif de la vitamine B6 (pyridoxine).

Question 3

Quels acides aminés peuvent subir des transaminations ?

Answer 3

Pratiquement tous les acides aminés peuvent subir des transaminations et chaque réaction nécessite une transaminase spécifique.

Question 4

Quels sont les principaux acides α-cétoniques (ou céto-acides) intervenant dans les transaminations ?

Answer 4

• l’α-cétoglutarate qui correspond à l’acide glutamique ;
• l’oxaloacétate qui correspond à l’acide aspartique ;
• le pyruvate qui correspond à l’alanine

Question 5

Quelles sont les deux transaminases les plus importantes ?

Answer 5

• L’aspartate aminotransférase (ou ASAT) catalyse le transfert du groupement amine de l’aspartate sur l’α-cétoglutarate. Les produits formés sont l’oxaloacétate et le glutamate. Cette enzyme est également appelée aspartate transaminase ou transaminase glutamate oxaloacétate (TGO).
• L’alanine aminotransférase (ou ALAT) catalyse le transfert du groupement amine de l’alanine sur l’α-cétoglutarate, ce qui donne du pyruvate et du glutamate.
  Cette enzyme porte également le nom d’alanine transaminase ou detransaminase glutamate pyruvate (TGP).

Ces deux enzymes sont des marqueurs biologiques importants. Leur présence dans le sang est révélatrice de dommages au niveau hépatique ou cardiaque.

Question 6

Quels rôles jouent les réactions de transamination ?

Answer 6

• conversion des acides aminés en d’autres acides aminés ;
• métabolisme énergétique ;
• néoglucogenèse

Question 7

Où on lieu les réactions de transamination ?

Answer 7

Elles ont lieu principalement dans le foie et les muscles, en raison du catabolisme important des protéines dans ces tissus.

Le glutamate est le produit final d’un grand nombre de transaminations à partir des autres acides aminés.

Dans les tissus périphériques, il est ensuite transformé en glutamine, qui assure le transport de l’azote vers le foie et les reins.

Au niveau du foie et des reins, il est désaminé en oxaloacétate qui peut rejoindre le cycle de Krebs. L’ammoniac libéré est incorporé dans l’urée (foie) ou éliminé par ammoniogenèse (reins).

Question 8

Qu’est ce que les désaminations oxydatives ?

Answer 8

La désamination oxydative permet la formation d’un acide α-cétonique à partir d’un acide aminé.

Elle s’accompagne de la libération d’une molécule d’ammoniac (NH3) et de coenzyme réduit (NADH ou NADPH).

Question 9

Quel est l’exemple le plus important de désamination oxydative ?

Answer 9

La désamination oxydative du glutamate, catalysée par la glutamate déshydrogénase.

Cette réaction permet :

• d’une part de transformer l’acide glutamique en substrat pouvant entrer dans le cycle de Krebs à des fins énergétiques ou à des fins de néoglucogenèse ;
• d’autre part de libérer du NH3 en vue de sa transformation en urée ou de son élimination urinaire.

NB : cette réaction est réversible contrairement aux autres réactions de désamination.

Question 10

Où retrouve t-on la glutamate déshydrogénase ? Comment est elle régulée ?

Answer 10

La glutamate déshydrogénase est une enzyme mitochondriale présente dans le foie, les reins et le cerveau.

Elle est régulée de façon allostérique en fonction du niveau énergétique de la cellule :

• elle est inhibée par le GTP et l’ATP ;
• elle est activée par le GDP et l’ADP.

Question 11

Qu’est ce que la décarboxylation d’un acide aminé ?

Answer 11

La décarboxylation d’un acide aminé conduit à la formation d’une amine.

Cette réaction est catalysée par une décarboxylase dont le coenzyme est le pyridoxal phosphate ou PLP (forme active de la vitamine B6).

L’amine formée est souvent d’une importance vitale pour l’organisme en raison de ses propriétés, d’où son nom d’amine biogène.

Question 12

A partir de quel acide aminé est formé le la GABA et quels sont ses rôles?

Answer 12

Glutamate

Neurotransmetteur

Question 13

A partir de quel acide aminé est formé le l’histamine et quels sont ses rôles?

Answer 13

Histamine

Médiateur chimique impliqué dans la réaction inflammatoire
et dans les réactions allergiques

Question 14

A partir de quel acide aminé est formé le adrénaline, la noradrénaline et la dopamine et quels sont leurs rôles?

Answer 14

Tyrosine

Hormone et neuromédiateur

Hormone et neurotransmetteur

Neurotransmetteur et neurohormone

Question 15

A partir de quel acide aminé est formé la sérotonine et la mélatonine et quels sont leurs rôles?

Answer 15

Tryptophane

Neurotransmetteur

Neurohormone

Question 16

A partir de quel acide aminé est formé la cystéamine et la taurine et quels sont leurs rôles?

Answer 16

Cystéine

Précurseur du coenzyme A

Neurotransmetteur, constituant des sels biliaires

Question 17

Quels sont les amines biogène ?

Answer 17

GABA (acide γ-aminobutyrique)

Histamine

Adrénaline

Noradrénaline

Dopamine

Sérotonine

Mélatonine

Cystéamine

Taurine

Question 18

Que génère le catabolisme des AA ? Pour quoi est ce problématique ?

Answer 18

Le catabolisme des acides aminés génère la formation d’un excédent d’ammoniac (NH3).

Cette molécule devient très rapidement toxique.

À une concentration supérieure à 50 μmol.L-1, l’ammoniac est toxique pour le cerveau.

Celui-ci manque alors d’ATP, ce qui peut entraîner le coma.

Or, on estime qu’une mole de NH3 est produite chaque jour.

Il est donc vital pour l’organisme d’éliminer l’ammoniac.

Question 19

Quels sont les deux mécanismes d’élimination de l’ammoniac ?

Answer 19

• l’uréogenèse hépatique
• l’ammoniogenèse rénale.

Dans les tissus périphériques, l’ammoniac généré par le catabolisme des acides aminés est transféré sur le glutamate par la glutamine synthétase pour donner la glutamine.

La glutamine est libérée dans la circulation sanguine.

Elle permet de transporter l’ammoniac sous une forme non toxique.

Elle est ensuite captée par le foie ou les reins où elle est hydrolysée en glutamate et NH3, grâce à la glutaminase.

Dans le foie, le glutamate est lui-même désaminé (il y a donc deux désaminations successives).

Le NH3 formé est incorporé dans l’urée moins toxique qui est libérée dans le sang, puis éliminée par les reins.

Dans le rein, l’ammoniac formé est éliminé dans l’urine sous forme d’ion ammonium.

Question 20

Que deviennent le glutamate et l’ammoniac après la désamination du glutamate ?

Answer 20

Dans le foie, le glutamate est lui-même désaminé (il y a donc deux désaminations successives).

Le NH3 formé est incorporé dans l’urée moins toxique qui est libérée dans le sang, puis éliminée par les reins.

Dans le rein, l’ammoniac formé est éliminé dans l’urine sous forme d’ion ammonium.

Question 21

Où à lieu l’uréogenèse ? Et à partir de quelles molécules est formé l’urée ?

Answer 21

Ce métabolisme a lieu dans le foie.

L’urée est une petite molécule hydrosoluble comportant deux atomes d’azote.

Pour chaque molécule d’urée, deux atomes d’azote sont donc éliminés.

L’un est fourni par le carbamyl-phosphate (carbamyl-P), l’autre par l’aspartate.

Question 22

A partir de quelle molécule est formé le Carbamyl-P ? et le l’aspartate ?

Answer 22

Le carbamyl-P est formé à partir de l’ammoniac libéré à partir de la glutamine et du glutamate essentiellement.

L’aspartate a pour précurseur le glutamate par transamination (ASAT).

Question 23

Quelles sont les étapes de l’uréogenèse ?

Answer 23

• Biosynthèse du carbamyl-phosphate
• Production de citrulline
• Condensation de l’aspartate et de la citrulline

*Formation de l’arginine

• Production de l’urée

Question 24

Quelle est la réaction de l’uréogenèse ? Où a t-elle lieu ?

Answer 24

La première étape de l’uréogenèse a lieu dans la matrice mitochondriale des hépatocytes.

C’est une étape irréversible catalysée par la carbamyl-P synthétase.

Grâce à cette réaction, le premier atome d’azote est incorporé dans le précurseur de l’urée.

CO2 + Ammoniac + H2O + 2 ATP = Carbamyl + 2 ADP + 1 Pi

Question 25

Sous quelle condition la carbamyl-P synthétase n’est elle active ?

Answer 25

La carbamyl-P synthétase n’est active qu’en présence d’un activateur allostérique, le N-acétylglutamate.

Cette molécule est un dérivé acétylé du glutamate.

Question 26

Que devient le carbamyl-P ?

Answer 26

Le carbamyl-P réagit avec l’ornithine pour former la citrulline.

La réaction est catalysée par l’ornithine-carbamyl transférase (OCT, ou ornithine transcarbamylase OTC).

L’ornithine et la citrulline sont des acides aminés non protéinogènes.

L’ornithine dérive de l’acétylglutamate.

Question 27

Que devient la citrulline ?

Answer 27

La citrulline sort de la mitochondrie grâce à un transporteur membranaire spécifique.

Une fois dans le cytosol, la citrulline est condensée à l’aspartate pour former l’arginosuccinate.

Cette réaction est catalysée par l’arginosuccinate synthétase et s’accompagne de l’hydrolyse d’ATP en AMP.

L’aspartate fournit
la deuxième fonction amine qui entrera dans la composition de l’urée.

Question 28

Que devient l’arginosuccinate ?

Answer 28

L’arginosuccinate est hydrolysé en fumarate et arginine par l’arginosuccinase.

Au cours de cette réaction, l’atome d’azote qui provient de l’aspartate se retrouve dans l’arginine et le squelette carboné de l’aspartate forme le fumarate.

Question 29

Que devient l’arginine ? Que devient l’ornithine ?

Answer 29

L’arginase hydrolyse l’arginine en ornithine et iso-urée qui se transforme spontanément en urée.

L’arginase est très active dans le foie.

L’arginine est donc rapidement hydrolysée et ne sert que d’intermédiaire.

L’urée peut alors passer dans le sang pour rejoindre le rein.

L’ornithine regagne la mitochondrie grâce à un transporteur spécifique.

Elle peut alors participer à un nouveau cycle d’uréogenèse, appelé également cycle de l’urée ou cycle de l’ornithine.

Question 30

Quel est l’équation bilan de l’uréogenèse ? Combien d’ATP consomme la biosynthèse d’urée ?

Answer 30

NH3 + CO2 + Asp + 4 ATP + 2 H2O → urée + fumarate + 4 ADP + 4 Pi

La formation de l’arginosuccinate nécessite l’hydrolyse d’un ATP en AMP.

Pour régénérer l’ATP, l’AMP est d’abord phosphorylé en ADP par réaction avec l’ATP.

L’hydrolyse d’ATP en AMP est donc équivalente à l’hydrolyse de deux ATP en ADP, d’un point de vue énergétique.

La biosynthèse de l’urée consomme donc 4 ATP.

Question 31

Que devient le fumarate ?

Answer 31

Le fumarate, libéré au cours du cycle de l’urée, est transformé en malate par une fumarase cytoplasmique.

Le malate est alors transporté dans la mitochondrie par son transporteur.

Le malate entre dans le cycle de Krebs et est oxydé en oxaloacétate.

L’oxaloacétate peut ensuite faire l’objet d’une transamination avec le glutamate, ce qui permet

la formation :
* d’aspartate qui peut participer au cycle de l’urée ;
* d’α-cétoglutarate qui peut participer au cycle de Krebs.

Question 32

Qu’appelle t-on la bicyclette de Krebs ?

Answer 32

Cycle fumarate-aspartate qui lie le cycle de krebs avec le cycle de l’urée

Schémas page 10

Question 33

Comment les substrats régule t-il l’uréogenèse ?

Answer 33

En période postprandiale, l’abondance d’acides aminés favorise l’uréogenèse.

En effet, les acides aminés ne peuvent pas être stockés.

Ceux qui ne sont pas utilisés pour la biosynthèse des protéines sont donc dégradés, ce qui entraîne la formation d’ammoniac.

L’ammoniac toxique est transformé en urée en vue de son élimination par les voies urinaires.

En cas de déficit énergétique dû à un déficit en glucides, l’augmentation de la néoglucogenèse à partir des acides aminés accroît la production d’ammoniac et active l’uréogenèse.

En cas de stress ou de jeûne court, la libération des acides aminés par le muscle (nécessaire à la production d’énergie) entraîne un fonctionnement continu de l’uréogenèse.

Lors d’un jeûne prolongé, l’adaptation hormonale entraîne une diminution de l’uréogenèse.

Question 34

Quelles régulations allostériques de l’uréogenèse existe t-il ?

Answer 34

La carbamyl-P synthétase est l’enzyme clé de l’uréogenèse.

Elle est activée de façon allostérique par le N-acétylglutamate.

Celui-ci est formé par la N-acétylglutamate synthase à partir de glutamate et d’acétylCoA.

La carbamyl-P synthétase est donc activée indirectement par le glutamate qui résulte du catabolisme des acides aminés et par l’acétylCoA.

Question 35

Quelles hormones permettent de réguler l’uréogenèse ?

Answer 35

Le cortisol stimule la protéolyse, ce qui favorise le catabolisme des acides aminés.

Il induit également l’expression des gènes des enzymes de l’uréogenèse.

Question 36

Qu’est ce que l’ammoniogenèse ?

Answer 36

Cette voie métabolique conduit à la formation d’ammoniac au niveau des cellules tubulaires du rein (au niveau du tube contourné distal du néphron).

En conditions physiologiques normales, elle est beaucoup moins importante que l’uréogenèse dans le foie.

Question 37

Quels sont les mécanismes de l’ammoniogenèse ?

Answer 37

La glutamine est le principal précurseur du NH3.

Elle entre dans la cellule tubulaire et subit une désamination catalysée par la glutaminase.

Le glutamate peut être désaminé à son tour en α-cétoglutarate par la glutamate déshydrogénase.

Le NH3 produit diffuse très facilement dans la lumière tubulaire et se combine à un proton pour former un ion ammonium NH4+.

Celui-ci est chargé et diffuse donc très peu à travers les membranes.

Il reste dans la lumière du néphron pour être éliminé dans l’urine.

Les protons proviennent de la réaction du CO2 avec l’eau, catalysée par l’anhydrase carbonique et produisant du bicarbonate. Ils sont transférés vers la lumière tubulaire grâce à un antiport Na+/H+.

L’α-cétoglutarate peut être utilisé dans le cycle de Krebs ou pour la néoglucogenèse rénale.

Question 38

Comment est régulée l’amminogenèse ?

Answer 38

L’ammoniogenèse est régulée de manière allostérique :

une augmentation de la concentration en glutamate et NH3 dans la cellule tubulaire inhibe la glutamate déshydrogénase.

La régulation dépend également de l’équilibre acido-basique : en cas d’acidose, le pH urinaire diminue, ce qui accentue l’ammoniogenèse et permet l’élimination des protons.

Parallèlement, l’uréogenèse est inhibée dans le foie.