Module 11 : Le cycle de l'azote et le métabolisme des acides aminés

Question 1

Nommez 3 sources d’azote disponible dans l’environnement.

Answer 1

• Bactéries diazotrophes (fixatrices d’azote)
• Éclairs et radiaitons ionisante
• Procédés industriels (introduction via engrais en agriculture)

Question 2

Comment appele-t-on les organismes capables de fixer l’azote gazeux?

Answer 2

Les diazotrophes

Question 3

Pourquoi la fixation de l’azote est-elle couteuse?

Answer 3

La triple liaison dans le diazote font que l’énergie d’activation doit être très grande pour briser ces liens. Il faut donc des conditions de températures et pression très élevée ou l’utilisation d’ATP pour abaisser l’énergie d’activation nécessaire.

Question 4

Expliquez le principe de rotation des cultures.

Answer 4

En agriculture, il existe une méthode utilisant les microorganismes diazotrophes afin d’enrichir le sol en azote. Les plantes légumineuses comme le trèfle, l’alfalfa et le petit pois possèdent des microorganismes diazotrophes sur leurs nodule, ce qui permet ainsi de rendre l’azote disponible pour la plante et enrichit le sol autour.

Question 5

Quelle est la fonction de la leghémoglobine?

Answer 5

Comme le complexe de la nitrogénase des bactéries diazotrophes est très sensible à l’oxygène, la leghémoglobine des nodules est une protéine responsable de fixer l’O2 entrant dans le nodule en le donnant à la cyt oxydase de la chaine respiratoire de la plante. L’O2 ne peut donc pas interférer avec la fixation d’azote.

Question 6

Comment les bactéries non symbiotiques sont-ils en mesure d’empêcher l’O2 d’interférer avec la nitrogénase?

Answer 6

• Fixation en anaérobie : réprimation de la synthèse de la nitrogénase en présence de l’O2
• Spécialisation d’une partie des cellules : il existe des cellules spécialisées (notamment chez les cyanobactéries) qui permettent de limiter la diffusion de l’O2 (hétérocystes)
• Découplage partiel du transport d’électrons de la synthèse d’ATP : consommation de l’O2 dès son entrée dans la cellule.

Question 7

Nommez les deux points d’entrée de l’azote réduit chez les bactéries

Answer 7

Deux acides aminés :
* Glutamine : fournit l’atome d’azote par l’intermédiaire du groupement amide pendant la biosynthèse de toute série de composés important
* Glutamate : Fournit le groupement alpha-amine de la plupart des acides aminés, au cours d’une réaction de transamination

Question 8

Comment le glutamate est-il formé chez les animaux?

Answer 8

Par la transamination de l’alpha-cétoglutarate lors du catabolisme des acides aminés.

Question 9

Nommez 3 sources d’acides aminés pour le catabolisme.

Answer 9

1. Dégradation des protéines de l’alimentation
2. Recyclage normal des protéines (protein turnover)
3. Dégradation des protéines musculaires (jeune ou diabète)

Question 10

Quels sont les quatre acides aminés ayant une fonction particulière dans le métabolisme de l’azote, leur rôle et leur précurseur?

Answer 10

• Alanine : Transporteur de groupes amines du muscle au foie. Son précurseur est le pyruvate
• Aspartate : Source d’azote dans le cycle de l’urée. Son précurseur est l’oxaloacétate
• Glutamate : Donneur de groupement amine lors de la biosynthèse des composés azotés ET transporteur de groupes amines dans la mitochondrie. Son précurseur est l’alpha-cétoglutarate.
• Glutamine : Donneur de groupement amine lors des réactions de biosynthèse des composés azotés ET transporteur de groupes amines des tissus extra-hépatique vers la mitochondrie du foie.

Question 11

Quelles réactions comporte le cofacteur PLP?

Answer 11

La transamination, décarboxylation et racémisation.

Question 12

Pourquoi la dénaturation des protéines par l’acide de l’estomac en fait de meilleurs substrats pour la protéolyse?

Answer 12

Le pH du suc gastrique provoque le dépliement des protéines globulaires : les liens peptidiques internes deviennent accessibles aux enzymes protéolytiques (protéases).

Question 13

Qu’est-ce qu’un zymogène?

Answer 13

La forme inactive d’une enzyme dont l’activation se fait par coupure protéolytique.

Les glandes grastriques et le pancréas produisent les protéases et les peptidases sous forme de zymogènes car elles attaqueraient les glandes et le tissu pancréatique en forme active.

Question 14

Comment la plupart des acides aminés sont-ils désaminés?

Answer 14

À partir d’une réaction de transamination qui transfère le groupement aminé à l’alpha-cétoglutarate pour former du glutamate. Les groups aminés du glutamate sont utilisés pour la synthèse de molécules azotés/convertis en ions ammonium par désmination oxydative du glutamate (glutamate déshydrogénase).

Question 15

Comment les groupements amine sont transportés du muscle au foie?

Answer 15

Sous forme d’alanine.

Question 16

Quelle séquence de réaction mène de l’alanine à la production d’ions ammonium?

Answer 16

Transfert du groupement amine à l’alpha-cétoglutarate par une transaminase => formation de glutamate et pyruvate

Transport du glutamate dans la mitochondrie pour désamination par la glutamate déshydrogénase => production de NH4+

Question 17

Nommez la source des atomes d’azote dans l’urée.

Answer 17

1er atome : groupement carbamoyl du carbamoyl phosphate (obtenu lors de la condensation d’un ion ammonium et ion bicarbonate)

2e atome : aspartate (produit dans la mitochondrie par transamination de l’oxaloacétate).

Question 18

Qu’arrive-t-il en excès d’ammonium et en manque d’aspartate?

Answer 18

Le glutamate donne sont groupement amine à l’oxaloacétate dans une réaction catalysée par une transaminase : production d’aspartate et d’alpha-cétoglutarate.

Question 19

Comment appele-t-on les acides aminés dont le catabolisme produit de l’acétyl-CoA ou de l’acétoacétyl-CoA?

Answer 19

Il s’agit d’acides aminés cétogènes.

Question 20

Comment appelle-t-on les acides aminés qui produisent des intermédiaires du cycle de Krebs ou de la glycolyse?

Answer 20

Il s’agit d’acides aminés glucogéniques.

Question 21

Nommez chacune des étapes du cycle de l’urée.

Answer 21

1. Transfert de groupement carbamoyl à l’ornithine : formation de citrulline
2. Condensation de la citrulline et de l’aspartate : formation de l’argininosuccinate
3. Clivage de l’argininosuccinate : libération de fumarate et formation de l’arginine
4. Clivage de l’arginine : libération de l’urée et formation de l’ornithine.

Question 22

Quel est le bilan du cycle de l’urée (sans retour du fumarate au cycle de Krebs et avec?

Answer 22

1 molécule d’urée = -4 ATP.
Si le fumarate retourne au cycle de Krebs, le cout est réduit de 2,5 ATP par molécule de NADH générée.

Question 23

Pourquoi l’activité du cylce de l’urée augmente lorsque l’alimentation est riche en protéines ET lors d’un jeûne prolongé?

Answer 23

Dans un régime riche en protéine, aucun acide aminé n’a besoin d’être stocké, donc la quantité à cataboliser est grande.

Dans un jeûne, les protéine musculaires sont dégradés et commencent à fournir la majeure partie de l’énergie métabolique.

Cela fait que la libération de groupements amine est très grande et ceux-ci doivent être éliminés efficacement par le cycle de l’urée.

Question 24

Quels sont les 7 métabolites pouvant être produits pendant la dégradation des acides aminés, et quel est leur destin?

Answer 24

1. Pyruvate : peut être transaminé en alanine, carboxylé en ocaloacétate, ou oxydé en acétyl-CoA.
2. Alpha-cétoglutarate, succinyl-CoA, fumarate, oxaloacétate : intermédiaires du cycle de Krebs (et peuvent entrer en glycolyse lorsque convertis en oxaloacétate)
3. Acétyl-CoA : cycle de Krebs ou synthèse d’acides gras ou convertis en corps cétoniques.
4. Acétoacétyl-CoA : converti en acétoacétate et exporté dans circulation sanguine. Peut être converti en acétyl-CoA par certains tissus.

Question 25

Quels acides aminés sont uniquement cétogènes?

Answer 25

La lysine et la leucine

Question 26

Est-ce que les a.a. provenant de l’alimentation sont utilisés exclusivement pour la synthèse protéique?

Answer 26

Non, ils peuvent être aussi utilisés pour produire de l’énergie ou des squelettes carbonés utiles à la synthèse d’autres molécules.

Question 27

Où à lieu le cycle de l’urée?

Answer 27

Dans le foie

Question 28

Vrai ou faux? La fixation de l’azote par la nitrogénase ne requiert pas d’énergie.

Answer 28

Faux, elle requiert de l’énergie.

Question 29

Vrai ou faux? Chacun des 20 a.a. sont soit glucogénique ou cétogénique.

Answer 29

Faux, ils peuvent être les deux.

Question 30

Qu’est-ce qu’un acide aminé essentiel?

Answer 30

Un acide aminé qui doit être obtenus par l’alimentation chez l’humain, car il est incapable de les synthétiser.

Question 31

Quels sentiers métaboliques produisent les précurseurs des 20 a.a.?

Answer 31

La glycolyse, le cycle de Krebs et la voie des pentoses phosphates.