Modèle de ronéo

NUTRITION – Métabolisme des protéines et cycle de l'urée, moyens d'étude
26/02/2016
BODAS Louis L2
CR : Juliette Phélip
Nutrition
Pr. Denis RACCAH
8 Pages
Métabolisme des protéines et cycle de l'urée, moyens d'étude
Plan :
A. Métabolisme des protéines
I. Utilisation des acides aminés
a. Synthèse protéique
b. Dégradation irréversible des acides aminés
II. Production des acides aminés
a. Protéolyse
b. Apports exogènes
c. Synthèse de Novo endogène des acides aminés non essentiels
B. Moyens d'étude du métabolisme des protéines
I. Quantification de la masse protéique totale
II. Bilan azoté dans le cas d'une nutrition artificielle
III. Quantification de la masse musculaire
a. Mesure de l'excrétion urinaire de la créatinine
b. Mesure de l'excrétion urinaire de la 3-méthylhistidine
Denis RACCAH (secrétariat Ste-Marguerite pour demande de références bibliographiques concernant la
nutrition) : 04-91-74-55-00
A. Métabolisme des protéines
Ce tableau est une synthèse générale du métabolisme des protéines et un plan de la partie sur le métabolisme
des protéines. Certaines valeurs ne sont pas rappelées dans la suite du ronéo.
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Tout se passe comme une boucle fermée (turn-over) entre les protéines totales (11kg) et les acides aminés libres
de l'organisme, qui est assez stable.
Dans l'utilisation des acides aminés on a tout d'abord la synthèse protéique qui représente environ 300 g/j, et la
dégradation irréversible.
Les voies de production des AA sont la protéolyse (75%, voie majoritaire), les apports exogènes (25%) et la
synthèse endogène des acides aminés non essentiels (quasiment négligeable).
Quand quelque chose est essentiel, cela veut dire qu'il ne peut être apporté que par l'alimentation, ils ne peuvent
pas être synthétisés par l'organisme (comme certaines vitamines, acides gras et des acides aminés). Par
opposition, ce qui est non-essentiel peut être synthétisé.
I. Utilisation des acides aminés
a. Synthèse protéique
Les acides aminés circulants vont pénétrer à l'intérieur des cellules à l'aide de transporteurs. Il y a 4 types de
transporteurs qui sont spécifiques et communs à plusieurs acides aminés (4 transporteurs pour 20 acides
aminés).
Avant d'être utilisés pour la synthèse protéique, un acide aminé doit d'abord être activé par un ARNt sous
l'influence d'une aminoacyl-tARN synthétase. Chaque enzyme d'activation est spécifique d'un acide aminé
(20 sous-types d'aminoacyl-tARN synthétase).
Trois étapes vont se succéder :
− La transcription de l'ADN en ARNm.
− La traduction de l'ARNm en peptide qui se fait sur les ribosomes et il existe plusieurs ribosomes qui
traduisent un même brin d'ARNm simultanément.
− La maturation, c'est-à-dire tous les phénomènes post-traductionnels de la synthèse protéique, ayant lieu
dans les organes intra-cellulaires de maturation (le réticulum endoplasmique l'appareil de Golgi). C'est
là que le peptide acquiert sa forme finale, sa structure tertiaire, quaternaire ou encore sa glycosylation.
Il y a des façons de réguler cette synthèse protéique. Par exemple, en cas de manque d'acide aminé criant sur le
plan de l'apport alimentaire (comme en cas de dénutrition), la synthèse protéique sera anormale, gênée.
L'indisponibilité d'un seul acide aminé peut ralentir et même bloquer la synthèse protéique.
La synthèse protéique consomme beaucoup d'énergie (consomme beaucoup d'ATP).
b. Dégradation irréversible des acides aminés
On parle de catabolisme oxydatif des acides aminés, à ne pas confondre avec la protéolyse.
Il y a deux voies de catabolisme irréversible des acides aminés. La dégradation irréversible des acides aminés
est pratiquement la voie de production de l'urée et donc pour éliminer l'azote, on va avoir :
− Une première étape de désamination : un acide aminé libre destiné à être utilisé va se conjuguer avec
un α-cétoglutarate pour donner un cétoacide et du glutamate. L'extrémité N-ter (donc le NH 2 va ainsi
être libéré).
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− Une deuxième étape d'élimination de l'azote qui se fait par la reprise du glutamate. Par une glutamine
synthétase, ce glutamate va être dégradé en glutamine puis en urée (qui est le produit terminal du
métabolisme protéique).
L'urée n'a pas de fonction métabolique. En revanche, il peut être utile de faire un dosage de l'urémie dans le
bilan nutritionnel pour évaluer grossièrement le métabolisme protéique.
II. Production des acides aminés
a. Protéolyse
La protéolyse est la principale source de production des acides aminés dans l'organisme (75%). On connaît 3
grands systèmes enzymatiques de protéolyse :
➢ Le système lysosomal :
Les enzymes protéolytiques de ce système s'appellent les cathepsines. Ces enzymes sont situées à l'intérieur des
lysosomes et elles agissent essentiellement sur les protéines intra-cellulaires à demi-vie longue.
La protéine intra-cellulaire pénètre dans le lysosome, elle est dégradée à l'intérieur en peptides et e n acides
aminés. Ces acides aminés ressortent ensuite dans le cytosol pour être ré-utilisés.
➢ Le système calpaïne-calpastatine :
Ce système intéresse les protéines du cytosquelette (myosine, actine). C'est une balance entre un système de
dégradation représenté par la calpaïne et l'inhibition de la calpaïne par la calpastatine.
Ceci permet le maintien des structures des protéines du cytosquelette en équilibre. L'activité protéolytique
dépend de cet équilibre.
➢ Le protéasome :
Par opposition aux lysosomes, le protéasome dégrade les protéines intra-cellulaires de demi-vie courte ou
anormales. C'est un énorme complexe enzymatique, de grande importance.
Quand une protéine est à dégrader par ce système, elle doit être marquée auparavant par un petit peptide appelé
ubiquitine. Ce système est ainsi ubiquitine-dépendant puisque l'ubiquitylation est obligatoire.
L'ubiquitine :
− est un petit peptide de 76 acides aminés,
− très stable dans toutes les cellules eucaryotes,
− bien maintenu dans toutes les espèces,
− se fixe sur la protéine à dégrader par une liaison covalente au niveau du résidu lysine, et ce marquage va
permettre au protéasome de capter la protéine.
Quand la protéine sera dégradée, on aura libération de peptides, d'acides aminés et également de l'ubiquitine qui
pourra ainsi être ré-utilisée.
Ce système est le plus consommateur d'énergie à cause des plusieurs étapes nécessaires (le marquage et la
dégradation enzymatique). C'est la voie majoritaire de dégradation dans la protéolyse et la voie principale pour
la dégradation des protéines musculaires.
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b. Apports exogènes
Elle représente 25 % de la production d'acides aminés. C'est l'apport alimentaire en protéine.
Les sources animales riches en protéines sont :
− Les viandes
− Les poissons
− Les œufs
− Les produits laitiers
Il existe certaines protéines qui sont issues de végétaux (comme le soja) mais qui :
− sont moins bio-disponibles donc une moins bonne absorption et digestion par l'organisme,
− contiennent moins d'acides aminés essentiels donc une moins bonne valeur nutritionnelle.
Les protéines animales sont donc plus intéressantes que les protéines végétales en terme de bio-disponibilité et
d'apports en acides aminés essentiels, mais ces dernières ont tout de même une valeur significative.
Cela n'empêche pas qu'il y ait une grande « mode » de consommation des protéines végétales, mais qui dit
« mode » dit « porte-ouverte au charlatanisme ». Le prof conseille d'être le plus simple possible dans le choix
de la nutrition.
Il est conseillé de consommer 1,5 g de protéines par kg et par jour, mais il y a des situations où il faut :
− augmenter cette ration protéique en cas de difficulté métabolique : trop grand catabolisme à cause d'une
dénutrition ou d'une maladie inflammatoire qui consomme beaucoup de protéines.
CR : on parle alors de régime hyper-protéique
− diminuer cette ration protéique en cas d'insuffisance rénale, où la ration doit être de 1 voir 0,8 g/kg/j de
protéines
Chez les greffés rénaux, quand la fonction rénale est rétablie, la consommation de protéines peut redevenir
normale. En revanche chez un patient ayant besoin d'une dialyse, donc en cas d'insuffisance rénale terminale,
on doit respecter la ration de 0,8 g/kg/j.
c. Synthèse de Novo endogène des acides aminés non essentiels
Les acides aminés essentiels sont ceux qui ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme, ils ne sont apportés
que par l'alimentation.
Une protéine a d'autant plus de valeur nutritionnelle qu'elle contient les 9 acides aminés essentiels suivants :
− Histidine,
− Leucine,
− Isoleucine,
− Valine,
− Lysine,
− Méthionine,
− Phénylalanine,
− Tryptophane,
− Thréonine.
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Il existe ensuite 11 acides aminés non essentiels qui peuvent être synthétisés par l'organisme :
− Alanine,
− Glutamine,
− Glutamate,
− Aspartate,
− Asparagine,
− Cystéine,
− Proline,
− Glycine,
− Arginine,
− Tyrosine,
− Sérine.
(ces listes ne sont pas à apprendre par coeur)
Les deux acides aminés non essentiels les plus importants sont l'alanine et la glutamine :
− L'alanine est un acide aminé néoglucoformateur c'est-à-dire qu'à partir de l'alanine, la voie de la
néoglucogenèse permet d'aboutir à la synthèse de glucose.
− La glutamine est le substrat énergétique préférentiel du métabolisme intestinal (dans l'organisme, en
général, le substrat énergétique préférentiel est le glucose).
B. Moyens d'étude du métabolisme des protéines
Comment peut-on évaluer la masse protéique dans l'organisme ?
I. Quantification de la masse protéique totale
Il existe des balances qui peuvent évaluer la masse maigre, la masse grasse, l'eau. Cela se démocratise de plus
en plus.
L'outil le plus précis est l'impédancemétrie pour la mesure de la masse protéique. Ces impédancemètres vont
compartimenter l'organisme et ainsi donner le pourcentage de masse maigre, de masse grasse, d'eau, calcium,
de protéines. Il peut discriminer l'eau intra-cellulaire de l'eau extra-cellulaire.
L'impédancemètre est un des moyens d'étude de la masse protéique totale. Souvent, il va falloir faire une
approximation entre masse maigre, masse protéique et masse musculaire (même si ce n'est pas tout à fait
exact, puisque les os contiennent aussi des protéines par exemple).
Outre le côté esthétique, en médecine, cela peut être intéressant dans les cas de dénutrition chez les femmes
souffrant d'anorexies mentales. L'impédancemètre permet en effet de voir comment évolue la masse corporelle
lors des programmes de renutrition. Cela permet ainsi de suivre ces femmes, savoir si elles reprennent du
muscle, de l'eau ou du gras.
II. Bilan azoté dans le cas d'une nutrition artificielle
Le bilan azoté sert dans le cas de nutrition artificielle chez des patients ne pouvant plus s'alimenter, comme en
cas de cancers digestifs, ou ORL qui ne peuvent plus avoir une nutrition entérale (per os).
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La nutrition artificielle n'est pas forcément parentérale, elle peut se faire par le biais de sondes buccales, ou
gastriques et dans ce cas, on parlera de nutrition artificielle entérale. Cette dernière est d'ailleurs plus
intéressante, puisqu'elle permet de maintenir l'action des systèmes hormonaux digestifs de régulation de la
nutrition.
On utilise le bilan azoté entre les apports azotés et les pertes azotées pour régler cette nutrition artificielle en
fonction des objectifs que l'on a (est-ce que le patient doit maintenir son poids, en prendre, en perdre?).
Ce bilan azoté fait la différence entre :
− les apports azotés qui sont les apports protéiques ;
− les pertes azotées qui sont une additions de plusieurs pertes :
◦ urinaires (90 % des pertes) en dosant l'urée urinaire,
◦ fécales (10-15%),
◦ la sueur et la desquamation des phanères qui sont négligeables.
Ce bilan doit se faire sur une durée de 3 à 5 jours consécutifs :
− Si le bilan azoté est positif, on va obtenir une augmentation de la masse protéique.
− Si le bilan est proche de zéro, on va obtenir une stabilisation de la masse protéique.
− Si le bilan est négatif, on va obtenir une perte de la masse protéique.
On peut également se servir du bilan azoté pour évaluer simplement la masse protéique.
Quand un patient est infecté, a une maladie inflammatoire quelconque, ou est grand brûlé, on va avoir une surconsommation protéique (hypercatabolisme) et si l'on ne fait rien sur le plan de l'apport, l'état général va
continuer à se dégrader.
Quelque soit le service où le patient est hospitalisé pour des problèmes sérieux (cardiologie, infectieux,
cancérologie, digestif), le pronostic de la maladie est conditionné par l'état nutritionnel.
III. Quantification de la masse musculaire
a. Mesure de l'excrétion urinaire de la créatinine
Le muscle contient quasiment la totalité de la créatine de l'organisme. La créatine est transformée en créatinephosphate qui est le substrat énergétique nécessaire à la contraction musculaire.
La créatine et la créatine-phosphate sont hydratées en créatinine, qui est libérée dans le sang et excrétée par le
rein, ce qui veut dire que la créatininurie (excrétion urinaire de créatinine sur 24h) est proportionnelle à la
masse musculaire.
Méthode :
Cela nécessite un recueil fiable des urines de 24h sur 3 jours consécutifs pour doser cette créatininurie de 24h.
Des éléments peuvent fausser le dosage :
− l'exercice physique,
− l'insuffisance rénale,
− le stress.
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b. Mesure de l'excrétion urinaire de la 3-méthylhistidine
L'histidine est un acide aminé qui, dans les protéines de contraction musculaire (actine et myosine), subit une
méthylation post-traductionnelle.
Dans l'actine et la myosine, il y a donc la 3-méthylhistidine. Or, lors de la protéolyse musculaire par le
système calpaïne-calpastatine, la 3-méthylhistidine ne peut pas être réutilisée pour la synthèse protéique.
Elle va ainsi être excrétée pratiquement telle quelle dans les urines. L'excrétion urinaire de la 3-méthylhistidine
est ainsi proportionnelle à la protéolyse musculaire, et c'est donc un reflet de la masse musculaire.
Méthode :
− Il est nécessaire de cadrer l'alimentation pendant 3 jours avant le dosage.
− Il faut recueillir les urines de 24h pendant 3 jours consécutifs de la manière la plus fiable possible.
− On mesure ensuite dans ces urines de 24h, la 3-méthylhistidine et la créatinine.
− Le rapport entre les deux est un indice de la protéolyse musculaire et un reflet de la masse musculaire.
Dédicace à tous les membres du Pikarchu, et à ses quelques critards (Solène, Vivi, Viannot, Pauline!).
Dédicace également à Léa, qui, j'en suis sûr, a fait la soirée de désinté malgré ses 4 heures de TP le lendemain
matin !
Petite dédicace à Maud Parent, que je remercie de m'avoir gentiment laissé un ronéo très court, et facile à
faire.
En priant pour que ceux qui ont pris pour résolution de ne plus prendre de retard ne lisent pas ce ronéo en
Avril … ou en Mai !
Bonne rentrée à tous !
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