CHAPITRE 8 – Le métabolisme des composés azotés

Biochimie
Chapitre 8 – Le métabolisme des composés azotés
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CHAPITRE 8 – Le métabolisme des composés azotés
I. Introduction
Un organisme vivant quel qu’il soit contient une grande variété de composés azotés. L’azote
se trouvant dans les AA, donc dans les protéines, ainsi que dans les AN. L’azote sous forme
de N2 n’est généralement pas assimilable par les euK. Les formes assimilables seront rares
dans l’environnement.
II. Origine des acides aminés dans les organismes vivants
Les organismes se divisent en 2 classes :
- ceux qui savent synthétisés la 20aine d’AA de façon endogène ;
- ceux qui ont besoin d’un apport alimentaire pour avoir à disposition les AA essentiels
qu’ils ne savent pas fabriqués.
A. Réactions générales des AA
1) La désamination oxydative
La désamination oxydative a lieu en 2 étapes. La déshydrogénation de l’AA, ce qui permet de
fabriquer du pouvoir réducteur sous forme de FADH2 et un imino-acide. L’imino-acide va
être spontanément hydrolysé en ammoniac et en α-cétoacide. Pour que la réaction puisse
continuer à avoir lieu, il faut oxyder le FADH2, ce qui produit de l’eau oxygénée dégradée
par la catalase. Cet ensemble de réactions est irréversible.
2) Déshydrogénation
Cet ensemble de réactions est réversible.
C’est dans le sens de l’amination
réductrice qu’elle est très importante. En
effet ces réactions font partie des processus
qui vont permettre la fixation de
l’ammoniac dans les AA. L’AA formé est
l’acide glutamique, il pourra céder l’azote
pour fabriquer d’autres AA par
transamination. On voit que ces réactions
font apparaitre de l’acide α-cétoglutarique
qui est un composé du cycle de Krebs, on
voit donc un point de contact entre le
métabolisme des glucides et celui des AA.
Chez les organismes supérieurs comme les mammifères, ces réactions ont lieu dans la
mitochondrie dans un but catabolique, ça permet d’éliminer les excédants en AA.
Chez les animaux supérieurs c’est le NADH, H+ qui va être utilisé, chez les bactéries c’est le
NADPH, H+.

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3) Transamination
Le terme de transamination désigne le
transfert réversible du groupement amine
d’un AA à un α-cétoacide. Ces réactions,
contrairement aux 2 précédentes,
m’entraine pas la libération d’ammoniac et
sont très importantes pour la synthèse de
nouveaux AA.
Les transaminases se trouvent chez tous les
organismes et elles vont être spécifiques
d’un AA.
Ex :
Pour avoir lieu ces réactions nécessitent un coenzyme : le phosphate de pyridoxal, il y a
formation d’une base de Schiff.
B. Synthèse des AA
La forme la plus abondante d’azote est le N2 de l’air. Peu d’espèces sont capables de valoriser
cet azote pour le convertir en une forme utile pour tous les organismes.
(Bactérie sur une boite contenant du sucre et un milieu minéral, on constate qu’elle se
développe sans apport d’azote, c’est donc qu’elle est capable de synthétiser ses AA à partir du
N2 de l’air. On considère également que tous les organismes photosynthétiques sont capables
de fabriqués la 20aine d’AA nécessaires à l’édification des protéines. La synthèse d’un AA
peut être coupée en 4 étapes :
- formation d’ammoniac (NH3) ;
- intégration de NH3 dans une MO (généralement acide glutamique) ;
- synthèse du squelette carboné de l’AA sous la forme d’un α-cétoacide ;
- transamination avec transfert de l’azote de l’AA vers un α-cétoacide.

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1) Formation d’ammoniac (NH3)
L’ammoniac peut être synthétisé par certains organismes par réduction de l’azote
atmosphérique. a) Fixation de l’azote atmosphérique sous forme d’ammoniac
Ce sont des organismes du sol qui vont être capables de réduire l’azote atmosphérique en
ammoniac.
Aérobiose : Nitrobacter
Anaérobiose : Clostridium
D’autre part on trouve en symbiose avec les légumineuses des bactéries du genre Rhizobium
qui vont permettre d’apporter à la plante du NH3.
Bien que le NH3 soit assimilable par tous les végétaux, ils n’ont généralement pas le temps de
l’utiliser. En effet des bactéries du sol vont l’oxyder, c’est leur source d’énergie pour se
développer.
Le processus de transformation de l’ammoniac en nitrite (NO2-) puis en nitrate (NO3-)
s’appelle la nitrification.
Chez les bactéries nitrifiantes du genre Nitrosomonas NH3 + 3/2 O2  NO2- + H+ + H2O
Chez les bactéries nitrifiantes du genre Nitrobacter NO2- + ½ O2  NO3-
b) Réduction des nitrites et des nitrates en ammoniac
Ce processus va être mis en œuvre dans de nombreux organismes, notamment par les plantes
qui vont transformer le NO2- et le NO3- en NH3.
La 1ére étape est catalysée par une nitrite-réductase, le donneur d’électrons étant NADH, H+,
NADPH, H+ ou FADH2.
La 2ème étape voit les nitrites transformés en ammoniac par une nitrate-réductase.
2) Incorporation de l’ammoniac dans un composé organique
a) Principaux processus permettant la fixation de NH3 sous
forme organique
3 méthodes d’incorporation de l’ammoniac :
- amination réductrice de l’acide α-cétoglutarique en acide glutamique ;
- formation de carbalyl-phosphate (synthèse des AN) ;
- formation de glutamine à partir d’acide glutamique (synthèse des AN).
b) Synthèse du squelette carboné
Parmi les α-cétoacides de notre métabolisme, en particulier ceux rencontrés dans le cycle de
Krebs, certains vont pouvoir par transamination donner naissance à des AA.
Ex : Acide pyruvique  alanine,
AOA  acide aspartique,
Acide α-cétoglutarique  acide glutamique
c) Transfert du groupement amine sur les α-cétoacides
Etant donné que l’azote est incorporé dans
l’acide glutamique il sera le principal
donneur de groupement -NH2 lors des
réactions de transamination.
Sur la 20aine d’AA constituant les protéines 9 ne sont pas synthétisés selon ce mode général,
il s’agit de :
- l’asparagine (ASN)
- la glutamine (GLN)
- la thréonine (THR)
- la proline (PRO)
- la cystéine (CYS)
- la méthionine (MET)
- le tryptophane (TRP)
- la lysine (LYS)
- l’arginine (ARG)
Ces 9 AA vont être synthétisés grâce à de réaction particulière que l’on appelle les réactions
de conversion réalisées sur les radicaux d’AA existant.

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C. Absorption des AA préformés
1) Aminoacides indispensables
Chez l’homme 8 AA sont essentiels et ne peuvent être synthétisés dans nos cellules :
- leucine (LEU)
- isoleucine (ILE)
- lysine (LYS)
- valine (VAL)
- thréonine (THR)
- méthionine (MET)
- phénylalanine (PHE)
- tryptophane (TRP)
2) Hydrolyse des protéines
Les protéines alimentaires doivent être hydrolysées en AA au niveau du tube digestif, en effet
les macromolécules de manière générale sont mal absorbées et dans un organisme la formule
d’une protéine est spécifique elle est donc systématiquement synthétisée en cas de besoin.
Lorsque des protéines arrivent dans l’estomac il y a stimulation de la muqueuse gastrique
avec synthèse d’une hormone : la gastrine, c’est elle qui provoque l’apparition d’HCl et la
chute de pH (~ 2) qui permet à une endopeptidase, la pepsine de travailler.
Lorsque le contenu gastrique passe dans l’intestin grêle, l’acidité provoque la synthèse d’une
autre hormone, la sécrétine, c’est elle qui permet le retour à la neutralité par synthèse de
bicarbonate.
Le pancréas va également libérer des peptidases : trypsine, chymotrypsine, carboxypeptidase.
L’intestin grêle lui aussi libère des peptidases en particulier une amino-peptidase. Les AA
libres vont pouvoir passer dans le sang grâce à des transporteurs, les perméases pour rejoindre
les cellules.
III. Elimination de l’ammoniac
Il ne faut pas s’imaginer qu’un organisme en équilibre azoté (= même proportion d’azote qui
entre et qui sort). ??
Si on administre à un organisme un AA marqué (avec de l’15N) on constate qu’une grande
partie de cet azote est incorporée dans des protéines et une petite partie est directement
excrétée. Ceci veut dire que les protéines d’un tissu ne sont pas stables durant toute la vie de
l’organisme et qu’elles sont en perpétuel renouvellement. On appelle cet état, l’état
dynamique des protéines.
A. Produits d’élimination du métabolisme azoté
Il existe trois grandes formes d’élimination pour l’azote
- Sous forme d’ammoniac  amoniotéliques (poissons, invertébrés aquatiques,...)
L’ammoniac est un produit très toxique pour les cellules, les organismes doivent donc pouvoir
s’en débarrasser très rapidement. Chez les animaux terrestres, ce sont des formes de transport
d’azote moins toxique qui sont utilisés. Les poissons voient libèrent l’ammoniac diffuser
librement dans le milieu.
- Sous forme d’acide urique  uricotéliques (oiseaux, reptiles,…)
- Sous forme d’urée  uréotéliques (mammifères,…)
B. Elimination de l’azote sous forme d’urée
La formation de l’urée a lieu au niveau du foie mais l’ammoniac nécessaire à cette synthèse
est trop toxique pour les cellules pour être transporté dans cet état. Le transport va se faire
sous forme de glutamine, ceci grâce à l’activité de la glutamine-synthétase qui a besoin
d’ATP.

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La glutamine formée n’est pas toxique, elle est transportée par le sang jusqu’au foie où
l’ammoniac est libéré grâce à la glutaminase.
La formule de l’urée est :
Pour entrer dans le cycle de l’urée, l’ammoniac doit être activé :
Figure ornithine..
En réalité, on constate que le groupement NH2 des AA peut être éliminé sous forme d’urée
par 2 voies.
- Désamination et incorporation d’ammoniac par le carbamyl-phosphate.
- Utilisation de transamination sur de l’acide aspartique. On constate à travers cette
incorporation et la libération de fumarate, le lien étroit avec le CK. Effectivement
l’acide aspartique en présence de certains α-cétoacide, peut permettre la synthèse de
molécules du CK comme l’oxaloacétate.
IV. Métabolisme du squelette carboné des acides aminés
A. Les différentes voies de transformation
Il existe une 20aine d’AA standards dans nos protéines, on va donc avoir 20 voies de
dégradation une par AA. Ces voies de dégradation vont converger vers la production de 5
molécules différentes :
- Acétyl-CoA
- Acide α-cétoglutarique
- Succinyl-CoA
- Fumarate
- Oxaloacétate
Si ces molécules sont dégradées sous forme de CO2 et H2O, il y aura production d’énergie qui
pourrait être utilisée par l’organisme
B. La cétogenèse
Si l’alimentation apporte trop d’acétylCoA au CK, on va observer la synthèse de corps
cétoniques au niveau des mitochondries.
Figure 2
L’acide acétoacétique va pouvoir subir 2 transformations différentes :
- décarboxylation pour former de l’acétone. Cet acétone sera éliminé par la respiration
au niveau des poumons.
-