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2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Métabolisme des acides aminés et des nucléotides – UE VII: Biochimie– Semaine : n°8 (du 24/10/16 au 30/10/16) Date : 27/10/2016 Heure : de 8h00 à 09h00 Binôme : n°91 Professeur : Pr. Gervois Correcteur : n°12 Remarques du professeur Diapos disponibles sur Moodle PLAN DU COURS I) Généralités II) Réactions catalytiques de transamination A) Principe de la réaction B) Les enzymes ASAT et ALAT C) Le cycle glucose-alanine III) Biosynthèse A) Incorporation de l’azote atmosphérique 1) Fixation de l’azote atmosphérique (N2): le cycle de l’azote 2) Assimilation de l’ion ammonium B) Biosynthèse du squelette carboné 1) Acides aminés essentiels et non essentiels 2) Origine du squelette carboné 3) Six voies métaboliques distinctes : six familles biosynthétiques 1/10 2016-2017 I) Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Généralités Les acides aminés sont des éléments constitutifs des protéines et des peptides. Ils constituent la majorité des composés azotés. Les acides aminés sont précurseurs d'autres composés (source d’azote). Par exemple : • Autres AA • Nucléotides • Neuromédiateurs (sérotonine…) Groupements prosthétiques (porphyrines) • Les AA sont également en lien étroit avec le métabolisme énergétique. II) Réactions catalytiques de transamination Les réactions de transamination sont fondamentales pour la biosynthèse, le catabolisme et la transformation des AA. La transamination est le transfert d'un groupement NH2 d'une molécule à une autre. A) Principe de la réaction Souvent le glutamate est le donneur de groupement NH2 (groupement amine). Le glutamate devient alors l'alpha-cétoglutarate (sa base conjuguée) et l'acide alpha-cétoglutarate devient ensuite l'acide alpha aminé. C'est un transfert d'un groupement NH2 d'un acide α-aminé à un acide α-cétonique. Cette réaction de transamination permet d'obtenir un AA. On a deux couples donneur/accepteur : α-AminoAcide / α-CétoAcide (« Acide alpha cétonique » = « apha céto acide ») La réaction est réversible, elle peut se faire dans l’autre sens. Les enzymes qui catalysent cette réaction s’appellent les aminotransférases. Elles existent chez tous les AA sauf Thréonine et Lysine). 2/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Il y a un lien entre les AA le métabolisme énergétique. B) Les enzymes ASAT et ALAT Glutamate/ alpha céto glutarate : couple très commun Réaction qui produit l’aspartate : ASAT : Aspartate AminoTransférase Réaction qui produit l’alanine : ALAT : Alanine AminoTransférase En clinique ASAT et ALAT sont des marqueurs de dégradation tissulaire. Notamment au niveau hépatique. Dans le milieu hospitalier, on retrouve les anciens termes « TGO » pour l’ASAT et « TGP » pour l’ALAT. • ALAT → TGP : Transaminase Glutamo Pyruvique (l'acide aminé est ici l'acide glutamique et il va transférer un groupement NH2 à l'acide pyruvique). • ASAT → TGO : Transaminase Glutamo Oxaloacétique (l'acide aminé est ici l'acide glutamique et il va transférer un groupement NH2 à l'acide oxaloacétique). Leur fonction est de créer de nouveaux AA. L'ALAT permet la synthèse de l'alanine et a pour fonction de transférer l'azote dans le cycle de Krebs dans le foie. On parle de « cycle glucose alanine ». L'alanine est donc considérée comme un transporteur inter organe de groupement NH2. Le cycle glucose-alanine Muscle : on a la transformation du glucose en pyruvate par la voie de la glycolyse. Glucose Pyruvate Alanine (par ALAT/TGP). Le but final étant de produire de l’ATP: de l’énergie. Le glucose peut donc être transformé en pyruvate pour former de l'énergie et une partie du pyruvate peut être transformée en alanine grâce à l'ALAT. Le pyruvate est donc ici l'acide α-cétonique accepteur de groupement NH2. L'alanine transite par le sang vers le foie → permet de transporter le groupement NH2 du muscle vers le tissu hépatique via le sang. A partir de l'alanine, on peut reformer du pyruvate et ce dernier peut donner du glucose au niveau 3/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides hépatique. L'alanine est donc un des composés qui permet de réaliser la néoglucogenèse. Pour l'élimination, il y a un relargage des groupements NH2, ils vont être utilisés pour faire de l’urée. Dans l’urée, il y a deux NH2. Le but est de maintenir la glycémie constante. Foie : Alanine Pyruvate (+NH2 pour former de l’urée) Glucose III) A) Biosynthèse Incorporation de l’azote atmosphérique - Introduction de l’azote dans les systèmes biologiques. 1ère étape : fixation de l’azote atmosphérique (sous forme N2) – Cycle de l'azote Ce sont des bactéries et des plantes qui fixent l’azote atmosphérique. Dans l'atmosphère, deux molécules d'azote sont fixées par une triple liaison qui demande beaucoup d'énergie pour être séparée. Il y aura une succession de réactions de réductions et de nitrification. Le cycle de l'azote permet de fixer l'azote sous différentes formes. On obtient des formes plus réactives et il sera plus simple d'y associer des molécules avant l'intégration dans les acides aminés. 2ème étape : assimilation de l’ion ammonium dans les acides aminés Notamment par la voie du Glutamate et de la Glutamine 4/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Fixation de l'azote atmosphérique La conversion de l'azote atmosphérique en ion ammonium est un processus qui nécessite un complexe enzymatique, la « nitrogénase ». Cette transformation consomme énormément d’énergie : 16 ATP et fait intervenir des réactions d'oxydoréduction pour former des molécules qui contiennent de l'azote et qui sont utilisables chez l'homme. Assimilation de l’ion ammonium L'ion ammonium réagit avec un alpha-céto glutarate (avec l'enzyme glutamate déshydrogénase) et fonctionne avec une réaction d’oxydoréduction de la NADH2 pour donner le glutamate. 5/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Le glutamate peut être formé à partir de ɣ-glutamyl phosphate en greffant un phosphate. Ça peut être un intermédiaire entre la glutamine et le glutamate. La glutamine a deux groupements NH2, l’un étant caractéristique des AA. Glutamate et Glutamine • Les deux enzymes sont présentes dans tous les organismes puisqu’elles permettent l’assimilation de l’azote. • La réaction inverse s'appelle la désamination oxydative (grâce à la glutamate déshydrogénase) • Glu (glutamate) et Gln (glutamine) sont la porte d’entrée de l’azote dans les biomolécules et sont des donneurs de groupements aminés • Le glutamate est souvent retrouvé dans les réactions de transamination pour former les AA • La glutamine apporte l’azote lors de la synthèse de composés importants (bases, hèmes pour former l’hémoglobine) (Pour former du glutamate, il y a la nécessité de former des bases de Schiff.) En résumé : • L’azote se trouve sous différentes formes, par la nitrification on obtient d'autres formes comme NO2- et NO3- . On a l’intervention des bactéries et des plantes qui permettent la fixation de l'azote atmosphérique. On retrouve des complexes (nitrogénase) et des enzymes importants (glutamate déshydrogénase, glutamine synthétase). Cela va permettre de former l'ion NH4 +, et ensuite des acides aminés. • On récupère de l’azote par la nutrition via les protéines animales et végétales (digestion des protéines, libération des acides aminés et ensuite formation de nos propres protéines). 6/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Les devenirs du glutamate : ➔ il peut être utilisé pour former des protéines ➔ il peut servir de précurseur pour faire de la glutamine : voie de biosynthèse de la glutamine ➔ il peut être donneur de groupements NH2 pour former notamment des acides alpha-aminés par réaction de transamination B) Biosynthèse du squelette carboné On va principalement s'intéresser à la synthèse des AA non essentiels chez l’homme. 1) Acides aminés essentiels et non essentiels L'organisme est capable de produire des AA non essentiels alors que les AA essentiels doivent être apportés par l’alimentation. L’arginine est normalement un AA non essentiel : on peut le synthétiser lorsque l'on est adulte. Chez l’enfant il est essentiel : il n'en synthétise pas suffisamment pour ses besoins, il faut donc un complément alimentaire. Il y a une source endogène et une exogène indispensable en arginine pour l’enfant. 2) Origine du squelette carboné Le squelette carboné provient des intermédiaires de voies métaboliques • Cycle de l’acide citrique (Krebs) • Voie des pentoses phosphates • Glycolyse 7/10 2016-2017 3) Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Six voies métaboliques distinctes : six familles biosynthétiques On peut classer six voies métaboliques distinctes des acides aminés, et plus précisément du squelette carboné. Légende des schémas: Orange : AA précurseur Encadré : AA précurseur d’un autre AA Bleu: AA essentiel L’alpha-cétoglutarate provient du cycle de Krebs et est le précurseur du glutamate. Le glutamate est également un précurseur et peut former la glutamine, la proline et l'arginine. La sérine est synthétisée à partir de la 3-phosphoglycérate (intermédiaire de la glycolyse). La sérine est aussi utilisée comme substrat pour faire la glycine et la cystéine. L’Oxaloacétate est un acide alpha-cétonique (peut être impliqué dans une réaction de transamination), il provient du cycle de Krebs (et intervient dans la néoglucogenèse) et permet de former de l'aspartate. A partir de l’aspartate on peut synthétiser l’asparagine, la méthionine, la thréonine, la lysine. 8/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides La 4ème famille est celle qui démarre du PEP et érythrose-4-phosphate (intermédiaire de la voie des pentoses phosphates). A partir de ces 2 molécules, on va former des AA assez complexes : la phénylalanine, la tyrosine et le tryptophane. Il y a une voie de synthèse qui permet de faire directement de la tyrosine, et une autre voie passe la phénylalanine. 5ème famille : le précurseur est le pyruvate, provenant de la glycolyse. Il permet de donner l'alanine, la valine et la leucine. 6ème famille : le précurseur est le ribose-5-phosphate, provenant de la voie des pentoses phosphates. Il permet la formation de l’histidine. 9/10 2016-2017 Métabolisme des acides aminés et des nucléotides Biosynthèse de l’acide glutamique (Glu) et de la Glutamine (Gln) La voie de biosynthèse de l’acide glutamique (Glu) et de la Glutamine (Gln) correspond à la fois à la voie de l’assimilation de l’azote et la voie de biosynthèse du glutamate. Ici ce n'est pas une transamination (acide aminé qui réagit avec un acide-alpha cétonique), ici c'est l'ion ammonium qui réagit avec l'alpha-cétoglutarate, c'est une amination réductrice. 10/10
