Il faut connaître les schémas, le texte sert seu

Ravalet Noémie
Forget Julie
28/09/2010
Mr Chevalier
Biochimie
/!\ Exam /!\ : Il faut connaître les schémas, le texte sert seulement de support. Il faut
connaître les principales formules (ex : formule du glucose et de l’alanine dans le cycle
glu/ala), et connaître le contexte de cette figure/schéma. 4 à 6 questions avec une ½ page pour
répondre. Plus de baratin.
Nos remarque seront faites en gras.
4.1 - SYNTHESE DU CARBAMYLPHOSPHATE
Dans les mitochondries, la carbamylphosphate synthétase utilise le CO2 (sous la forme
d’ion bicarbonate en solution aqueuse HCO3-), le NH3 et 2 ATP pour former le
carbamylphosphate (voir aussi la biosynthèse des nucléotides). Plusieurs étapes : 2 liaisons
riches en énergie sont consommées : irréversible.
Attention ! La figure est fausse !
Récapitulatif : la synthèse du carbamylphophate se fait en trois étapes :
-1) Le CO2 est sous forme de bicarbonate :
Bicarbonate (HCO3-) + ATP → Carboxyphosphate ( COOH-O-(PO3)2-) + ADP .
Cela correspond à la charge d’un groupement phosphate sur le bicarbonate.
-2) Carboxyphosphate + NH3 → Acide carbamique ( COOH-NH2) + Pi .
(NH3=ammoniaque et non NH4 !!)
L’acide carbamique est un acide aminé car il possède un groupement acide et un
groupement amine. Le groupement phosphate du carboxyphosphate est relargué, et
NH2 vient se fixer sur COOH.
-3) Activation de l’acide carbamique :
Ac. Carbamique + ATP → Carbamylphosphate ( NH2-CO-O-(PO3)2- ) + ADP
La carbamyl-phosphate synthétase I, mitochondriale, participant à l'uréogénèse, est
différente de la carbamyl-phosphate synthétase II, cytoplasmique, participant à la synthèse
des nucléotides pyrimidiques (isoenzymes).
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Elle catalyse la condensation d'un ion bicarbonate avec l'ammoniac en carbamate
(NH2-COOH), puis elle active ce carbamate en carbamyl-phosphate. Le coenzyme ATP sert
de donneur d'énergie et de phosphate. L'hydrolyse de l'ATP libère des protons dans la matrice.
 Explication résumée du schéma : Le cycle de l’urée (correspond à l’élimination des
groupements azotés)
Il est divisé en deux parties : une partie dans la mitochondrie et la deuxième dans
le cytosol.
Dans la mitochondrie : (les chiffres correspondent aux numéros du schéma)
- (2) Condensation du carbamyl-phosphate et de l’ornithine (qui est un acide aminé).
Cette réaction se fait par l’intermédiaire de l’enzyme ornithine transcarbamylase. Le
produit obtenu est la L-citrulline. La citrulline correspond à l’assemblement de la
chaîne de l’ornithine avec le groupement CO-NH2 du carbamyl-phosphate. Il y a donc
un potentiel de 3 azotes sur la citrulline. L’orthophosphate (pi) du carbamyl-phosphate
est relargué. La citrulline a la capacité de traverser la membrane mitochondriale pour
aller dans le cytosol
- (3) Modification de la citrulline : dans le cytosol.
Condensation de la citrulline avec un aspartate grâce à l’argininosuccinate synthase. Le
produit est l’argininosuccinate. C’est une réaction fortement consommatrice d’énergie,
l’ATP perd son pyrophosphate (PPi). Le groupement azoté de l’aspartate va venir se
fixer à la place de C=O de la citrulline : réaction d’élongation de la molécule.
- (4) Le groupement azoté de l’aspartate reste fixer sur l’argininosuccinate et il y a
relargage d’une partie de la molécule qui donne le fumarate. L’enzyme catalysant la
réaction est l’argininosuccinate lyase.
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La différence entre la citrulline et l’arginine se situe au niveau de la double
liason : l’arginine a un groupement C=NH2+ tandis que la citrulline a un groupement
C=O. L’arginine regroupe donc 2 azotes dans un élément détachable.
Il faut retenir également qu’il y a une entrée d’aspartate et une sortie de
fumarate, le nombre de carbones est le même.
Il y a une forte consommation d’énergie, c’est un effort pour la cellule. Toutes ces
étapes permettent la synthèse de l’arginine.
Ensuite, il faut se souvenir que le fumarate a un lien avec le cycle de Krebs et que
l’aspartate peut être transformé en oxalo-acétate, permettant de faire le lien avec la
néoglucogenèse.
Le cycle de l’urée est riche en interactions avec d’autres voies métaboliques.
- (5) : L’arginine est hydrolysée par l’arginase avec production d’une molécule d’urée à
2 azotes. Il y a en même temps reformation d’ornithine capable de re-rentrer dans la
mitochondrie, et de débuter un nouveau cycle.
4.2 – SYNTHESE DE LA CITRULLINE
Sous l'action de l'ornithine transcarbamylase, le radical carbamyle est transféré sur
l'ornithine pour former la citrulline.
Ornithine + carbamylphosphate → Citrulline + Pi
PHASE CYTOSOLIQUE
4.3 - FORMATION DE L'ARGININOSUCCINATE.
La citrulline obtenue est transportée dans le cytosol. Sous l’action de l'argininosuccinate
synthétase, la citrulline se condense avec l'aspartate (fournit l’autre atome azoté de l’urée)
pour donner l'argininosuccinate avec consommation de 2 liaisons phosphates riches en
énergie d'un ATP.
Citrulline + Aspartate + ATP → Argininosuccinate + AMP + PPi
4.4 – FORMATION DE L’ARGININE
Elle est catalysée par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en arginine et en
fumarate. Cette réaction intervient aussi dans la biosynthèse de l'arginine.
Argininosuccinate → arginine + fumarate
4.5 - HYDROLYSE DE L'ARGININE
L’hydrolyse de l’arginine termine le cycle. Il se forme de l’urée et de l’ornithine. La
réaction est catalysée par l’arginase
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Alors que l’urée est excrétée pour être éliminée par l’urine, l’ornithine est transportée
dans les mitochondries pour réinitier le cycle.
 L’arginine est clivée par l’eau, l’urée est relarguée, il reste un groupement NH
maintenu pour faire l’ornithine.
Rq « hors cycle de l’urée » cf anabolisme de l’arginine – synthèse de créatine (conjugaison
arginine, glycine, méthionine)
L’arginine peut entrer dans un autre processus : la condensation avec la glycine
(=glycolle NH2-CH2-COOH), qui permet la formation de Glycocyamine (porte 3 azote).
L’intérêt est la synthèse de la créatine par un certain nombre d’étapes. Rappel : la
phosphocréatine est une molécule très riche en énergie, qui peut suppléer à l’ATP
pendant les premières secondes d’un effort musculaire important. Donc, à partir
d’acides aminés classiques on est capable de produire des dérivés riches en énergie.
BILAN DU CYCLE
NH3 + HCO3- + Aspartate + 3 ATP + 2H2O→ Urée + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation d'une molécule de l'urée 4 liaisons riches en énergie ont été
utilisées (2 ATP en 2 ADP+ 2 Pi, ATP en AMP + PPi). Mais le fumarate est transporté dans
les mitochondries et repris par le cycle de l’acide citrique qui l’oxyde en oxaloacétate. Ce
dernier sera transaminé en aspartate par l'aspartate aminotransférase ou converti en glucose
par gluconéogenèse. Un lien entre le cycle de l’urée, le cycle de l’acide citrique et la
gluconéogenèse (synthèse d’ATP, NADPH, H+).
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 Récapitulatif :
- synthèse du carbamylphosphate
- condensation du carbamylphosphate avec ornithine
- phase cytoplasmique avec arginino-succinate et arginine
- l’urée ressort du cycle
Il y a un lien avec le cycle de Krebs : intégration de l’aspartate, et relargage du
fumarate. Le fumarate est transformé en malate, puis oxalo-acétate.
Sur l’oxalo-acétate ( -OOC-CH2-CO-COO-), il y a une étape de transamination avec
d’autres acides amines (aas). La transaminase est capable de fixer un autre groupement
azoté sur la liaison C=O DE L’OA (oxalo-acétate). On se retrouve alors avec de
l’aspartate. L’OA est le deuxième composé de la néoglucogenèse et on remonte vers le
glucose.
Conclusion :
Le cycle de L’urée, la néoglucogenèse et la transamination de l’OA sont liés par
l’aspartate et le fumarate. Il y a un lien intime entre le métabolisme des aas et celui des
sucres.
Les tissus exportent l’azote vers le foie
Nous avons vu que l’essentiel de la dégradation des AA intervient dans le foie mais le muscle
squelettique peut utiliser les AA dans le cas exercice prolongé et jeûne à travers : Le cycle
glucose–alanine du muscle squelettique.
(1) dégradation du glycogène (2) glycolyse (3) cycle de l’acide citrique, source d’énergie :
acides aminés (4) phosphorylation oxydative – l’azote est transféré sur l’alanine via
glutamate - (5) gluconéogenèse (6) cycle de l’urée
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Jusqu’à maintenant, nous étions strictement dans les hépatocytes (dans le foie).
Sur ce schéma, il y a interaction entre 2 tissus : le muscle et le foie.
Attention : à ne pas confondre avec le cycle de Cori ; qui correspond à la modification
du pyruvate en lactate dans les muscles squelettiques à contraction rapide. Ici, le muscle
qui fonctionne est en déficience de glucose (après un effort ou un jeûne). Le muscle va
commencer à utiliser ces aas : diminution de son taux de protéines. C’est la voie de
substitution d’un apport glucidique normal.
- Le muscle utilise en premier temps le glucose du sang qui vient du glycogène
(glycogénolyse), et en second temps la voie de la glycolyse avec la dégradation en
pyruvate du glucose. Le pyruvate peut alors être transformé via la phosphorylation
oxydative en ATP (dans ce cas le taux de pyruvate diminue) OU réaction avec les aas qui
rentrent dans le cycle via le glutamate : seul le NH4 est préservé, les squelettes carbonés
sont gardés par la cellule.
Pyruvate : -OOC-C=O-CH3.
- Au niveau du foie, l’alanine est transaminé par le pyruvate. Ce dernier peut ici
subir la néoglucogenèse pour fabiquer du glucose qui sera relargué dans le sang.
- Ce cycle est appelé « cycle glucose/alanine », il permet l’intéraction entre le
cycle des aas et le cycle des sucres.
L’intérêt de ce cycle est de puiser de l’énergie dans les aa. Mais il existe un
bémol : épuisement du muscle, puisque épuisement des réserves protéiques.
On peut faire une détoxification de l’urée par la glutaminogenèse :
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 Glutaminogenèse : la partie NH2 n’est plus toxique, donc la glutamine peut aller dans
le plasma pour être transporté et revenir aux reins et au foie si besoin pour faire la
réaction inverse : le NH3 re-rentre pour former un carbamyl-phosphate.
* A retenir * : - Liens entre Cycle de Krebs/ Cycle de l’urée
- Cycle du glucose/alanine
- Glutaminogenèse.
5 – Après le départ du groupe α-aminé : DEVENIR DU SQUELETTE CARBONE
Les 20 AA libèrent chacun l’α-cétoacide (squelette carboné) correspondant, cad un
intermédiaire métabolique qui peut entrer dans le cycle de l’acide citrique, être converti en
acétyl-CoA (synthèse des acides gras) ou servir de précurseur à la synthèse des glucides.
La dégradation des 20 squelettes carbonés conduisent à la formation de sept composés: αcétoglutarate, oxaloacétate, pyruvate, fumarate, acétoacétyl-CoA, succinyl-CoA et acétylCoA. Suivant le devenir des squelettes carboné on classe les AA en trois groupes :
- Les glucoformateurs (glucogéniques, forment des sucres via le cycle de l’acide citrique)
dont la dégradation du squelette carboné libère l’un des intermédiaires suivants : α7
cétoglutarate, oxaloacétate, fumarate, succinyl-CoA et pyruvate. Cette classe couvre parmi les
acides aminés non essentiels : alanine, asparagine, aspartate, glutamate, glutamine, proline,
glycine, sérine, cystéine, (arginine, cf cycle de l’urée) ; et parmi les acides aminés essentiels :
histidine, méthionine, thréonine et valine. Quelque soit la porte d’entrée, on arrive à l’OA,
qui est capable de partir en néoglucogenèse ce qui donne du Glucose. Le glucose est
utilisé pour former de l’ATP dans un autre organe ou sur place (le foie) à partir du cycle
de Krebs.
- Les cétogènes (ou cétoniques, parce qu’ils fournissent des corps cétoniques où des acides
gras) dont la dégradation du squelette carboné fournit l’acétyl-CoA (ou l’acétoacétyl-CoA):
leucine et lysine.
- Les AA glucoformateurs et cétogènes : tyrosine, phénylalanine, tryptophane et isoleucine.
On peut considérer qu’ils sont tous à la fois glucoformateurs et cétogènes car tout est lié.
5.1 – DEVENIR DES SQUELETTES DES ACIDES AMINES
GLUCOFORMATEURS
Les principaux squelettes carbonés fournis par les acides aminés glucoformateurs sont:
oxaloacétate, α-cétoglutarate, pyruvate, succinyl CoA.
5.1.1 – OXALOACETATE
L’oxaloacétate est le squelette carboné de l’asparagine et l’aspartate. L’asparagine est
hydrolysée par l’asparaginase en aspartate et en ammoniac. L’aspartate subit directement la
transamination et libère de l’oxaloacétate et de l’ammoniac. C’est une réaction classique de
transamination : acide α-cétoglutirique capte le NH2 de l’aspartate pour former du
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glutamate. L’oxaloacétate peut être récupéré pour former un autre acide aminé ou entrer dans
la néoglucogenèse .
5.1.2 – Α-CETOGLUTARATE
La dégradation de la glutamine, proline, arginine, histidine et du glutamate qui conduit à l’αcétoglutarate.
- La Glutamine est hydrolysée en glutamate et en ammoniac par la glutaminase. Le
glutamate est oxydée en α-cétoglutarate par transamination ou oxydation en présence de la
glutamate déshydrogénase.
- L’Histidine (exemple à ne pas retenir) subit une séquence de réactions qui conduit à la
formation de l’acide N-formimino-glutamatique (FIGLU). Le transfert du groupe formimine
sur le tétrahydrofolate libère le glutamate, oxydé ensuite en α-cétoglutarate.
L’α-cétoglutarate, issu de tous ces acides aminés, est oxydé dans le cycle de l’acide citrique
jusqu’au malate qui est transporté dans le cytosol pour servir de précurseur à la
néoglucogenèse.
Paranthèse (que l’on reverra + tard) : le tétrahydrofolate FH4 est un coenzyme qui
provient de l’acide folique. Pour former le FH4, 4 hydrogènes viennent se brancher sur
l’acide folique. Il y également possiblité de branchement de groupements méthyles, de
méthylène, de formyle, ou de formiminoLe FH4 est un coenzyme transporteur de
groupement méthyle, pour le transférer sur un accepteur, et non un coenzyme oxydoréducteur. Ce système permet la méthylation d’ADN. Il y a donc une interaction entre le
métabolisme des aas et celui des glucides.
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5.1.3 – PYRUVATE
Cf schéma de l’année dernière pour rappel (formation d’éthanol, de lactate, d’OA et
d’acétyl CoA à partir du pyruvate)
Le pyruvate peut être produit par des aas. Donc, si jamais il y a une déficience en
pyruvate, il peut être supplémenté via les aas :
-
L’Alanine est transaminé pour former du pyruvate (réaction réversible, cf
biosynthèse)
Quand ala -> pyr : déjà vu dans le cycle glu/ala.
Quand on dose ces enzymes, on dose le fonctionnement de ce métabolisme.
Il s’agit d’une réaction classique de transamination pour donner du pyruvate et charger
le glutamate. (réaction a savoir).
- La cystéine (possède un groupement thiol) subit une désulfuration et donne du pyruvate.
- La sérine par désamination peut être convertie en pyruvate. Il s’agit d’une désamination
un peu différente :
- hydrolyse de la sérine : départ d’une molécule d’eau
- désamination : clivage pour former l’acide pyruvique.
L’enzyme utilisée est la sérine désaminase, avec comme coenzyme le B 6-PO4 (=
phosphate de pyridoxal).
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La sérine est un point de rencontre particulier de la glycine :
- Le glycine peut être transformée en sérine par transfert du groupement
hydroxyméthyle où elle peut être simplement oxydée en CO2 et en NH3.
Lire la réaction de la droite vers la gauche : sur la glycine est greffé un groupement
CH2OH via le FH4, ce qui permet bien l’allongement de la chaîne carbonée de la
sérine. Il y a une interaction entre FH4 et B6-PO4 (coenzyme oxydo-réducteur).
– SUCCINYL-COA (SUCCINYL COENZYME A)
Le succinyl-CoA est formé suite à la dégradation des squelettes carbonés de la méthionine (9
étapes – via l’homosérine), valine, isoleucine et thréonine. L’oxydation du succinyl-CoA
(cycle de l’acide citrique) conduit donc à la formation du malate, précurseur de la
néoglucogénèse.
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Le succinyl CoA peut entrer dans le cycle de Krebs. Catabolisme de la thréonine : cf plus
tard dans la régulation particulière « des voies branchés.
Le succinyl-CoA est produit par ces 4 aas via la production de propionyl-CoA et
Méthyl Malonyl-CoA, qui sont des intermédiaires du métabolisme des lipides.
Le métabolisme de la méthionine est complexe. Cet aa a de nombreux coenzymes.
Schéma ci-dessous : La valine, leucine et isoleucine fonctionnent de la même manière.
Tout d’abord, désamination classique pour transférer pour transférer l’amine sur le
glutamate. Les enzymes catalysant cette réaction sont respectivement la valine
transaminase, la leucine transaminase et l’isoleucine transaminase. On retrouvealors
la double liaison C=O.
Puis décarboxylation : perte du groupement acide via le CO2 et charge d’un
groupement coenzyme A. Retenir l’étape supplémentaire de décarboxylation par
rapport à d’habitude.
La Méthionine est un acide aminé essentiel qui peut servir de précurseur à la synthèse de la
S-Adénosylméthionine SAM, coenzyme donneur du groupe méthyle dans les réactions de
méthylation. Dans la réaction mettant en présence l’ATP et la méthionine, la formation de
SAM entraîne le départ des 3 groupes phosphates de l’ATP.
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Schéma : à noter sur le schéma du paragraphe 5.1.3 Pyruvate, la cystéine provient de la
methionine d’après le schéma ci-dessus. Met -> Cystine -> Cys –> Pyruvate.
L’homocystéine est capable de convertir la sérine en cystéine.
La cystéine fournit une partie du coenzyme A, elle peut être dégradée par
plusieurs voies et donner de la taurine par exemple.
Acide pyruvique = Pyruvate
COENZYME : S-ADENOSYL METHIONINE
Ce coenzyme dérive de la méthionine. C'est la forme active de transport et de fixation du
radical méthyle (-CH3). C’est la seule réaction dans laquelle l’ATP perd ses 3 groupements
phosphates. Il est donneur de méthyle dans les réactions catalysées par le groupe de
méthyltransférases qui fixent des groupements méthyles aux accepteurs convenables comme
les acides nucléiques, les protéines, les colamines pour former les cholines, le nicotinamide
pour former le méthylnicotinamide, forme d'élimination de cette vitamine.
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La partie adénine de l’ATP se fixe sur le –S- de lamethionine. La S-adénosyl
methionine est un coenzyme transporteur de méthyle. Par rapport au TH 4, il transporte
seulement des CH3. Ce coenzyme est impliqué dans le cycle des méthyles activés.
Le CH3 mis enjeu est celui qui se situe à l’extrémité.
Le départ de groupe méthyle activé de SAM entraîne la formation de la SAdénosylhomocystéine, hydrolysée en Adénosine & homocystéine. Cette dernière peut soit :
- être récupérée pour resynthétiser la méthionine par transfert d’un groupe méthyle.
- servir de précurseur à la synthèse de la cystéine
Cycle des méthyles activés: le groupement méthyle entre dans le cycle par conversion
de l’homocystéine en méthionine et il est ensuite rendu fortement actif par l’addition d’un
groupe adenosyl qui fait que l’atome de Soufre est chargé positivement (potentiel de transfert
important du S-méthyle, exemple : méthylation de l’ADN).
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