Synthèse globale des comptes-rendus de T.D. de Nutrition L3 S.V.T.

Compte-rendu Travaux Dirigés de Nutrition – Licence 3 S.V.T – Mars 2007 – Page 1 sur 27
Université de Rennes 1
U. E. Nutrition et maintien de l'équilibre de l'organisme
Licence 3 Mention Biologie
Parcours Sciences de la Vie et de la Terre
Année 2006 - 2007
Responsable : M. Patrick JÉGO
Comptes-rendus des Travaux Dirigés
Sommaire :
Page
∙ Les mécanismes de détoxification par le foie BILLOT A, MANDEGOU J., PERIER P.-O. & TISSIER S. 2
∙ Le point 2007 sur les régimes alimentaires réputés allonger
la durée de vie – Étude à l'échelle mondiale BÉRARD É., ÉCONOMIDÈS L. & LEROY C. 6
∙ Les alicaments DENMAT M., BERLAND A. & THOMAS G. 11
∙ Les glandes salivaires chez l'homme : anatomie et physiologie.
Peut-on espérer remplacer les dosages hormonaux
sanguins par des dosages sur la salive ? TRIONNAIRE M., LABBÉ M., HERNIO N. & BOURDIER I. 15
∙ Le pain et l'obésité, aspects physiologiques et culturels PRIJENT C., NALLET N., RAIMBAULT É. & MERCIER A. 18
∙ Étude comparée de l’anatomie du néphron des Vertébrés CHARLOT C., FLOTTÉ A., HYVARD M. & NOVAK M. 23
∙ -- document non transmis-- FAUTREL É., COURAU P., MORIN G. & ELISE S.
Résumé : Le présent document regroupe les synthèses écites réalisées par les étudiants de L3 SVT en mars 2007 dans le cadre de l'U.E.
« Nutrition et maintien de l'équilibre de l'organisme ». Ces productions font suite aux présentations orales des sujets grâce à l'appui d'un
poster (dont on retrouve souvent les éléments sur les planches de schémas). Tous droits réservés aux auteurs.

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Les mécanismes de détoxification par le foie
Billot Anthony , Mandegou Julien , Perier Pierre-Olivier , Tissier Sylvain
Introduction
Le foie est l’organe où se déroule le plus de réactions
biochimiques dans l’organisme.En effet il est impliqué dans des
fonctions de réserve, de synthèse et de detoxification.Le lobule
hépatique constitue la structure unitaire du foie. De forme
grossièrement hexagonale, il contient principalement des
hépatocytes disposés en travées. Il est entouré d'une bande de
tissus conjonctifs et possède en son centre un vaisseau principal,
la veine centrale du lobule hépatique. Celle-ci recueille les
sécrétions libérées par les hépatocytes et transportées par les
sinusoïdes. Celles-ci reçoivent le contenu des artérioles et des
veinules portes situées dans les tissus conjonctifs extralobulaires,
et ils l'acheminent aux hépatocytes.La bile est produite par ces
derniers et recueillie par des canalicules biliaires localisés entre
les travées d'hépatocytes. Elle s'écoule par la suite dans des
conduits biliaires longeant les artérioles et les veinules portes
(cf. fig. 1)
On peut distinguer 3 types d’éléments toxiques qui
subiront une transformation dans le foie : les éléments lipophiles,
l’éthanol et l’ammoniac.
I-Détoxification des éléments lipophiles
1.1-Généralité
Les éléments lipophiles sont toxiques pour l’organisme
car ils sont difficiles à être excrété et ont tendance à s’accumuler
dans les graisses.L’organisme devra donc les rendre
hydrosolubles pour pouvoir les excrété par le rein ou dans la
bile.Pour cela il les transforme dans le foie grâce à différentes
réactions biochimique, c’est la biotransformation. Celle-ci se
déroule en deux phases.(cf. fig.2)
1.2-Phase 1: modification de groupements
fonctionnels
Le principe de cette première phase est la modification
de groupements fonctionnels. Souvent de nouveaux groupements
sont fixés à la molécule, pour augmenter la réactivité.Dans
d'autres cas, des groupements importants sont simplement
enlevés. On peut assigner à cette phase deux rôles :
-les modifications des groupements fonctionnels
entraînent le plus souvent une inactivation biologique
-les modifications peuvent entraîner une augmentation
de la polarité de la molécule qui entraîne une augmentation de
son caractère hydrosoluble et la rend plus apte à être excrétée.
Pour atteindre ces buts, beaucoup de types de réaction
sont imaginables. Certaines réactions sont particulièrement
fréquentes notamment les réactions d'oxydoréduction
.Fréquemment aussi survient un clivage hydrolytique qui peut
libérer des groupements -OH ou des groupements amines qui
étaient précédemment impliqués dans des liaisons. Ces
groupements seront disponibles à la phase II pour une
conjugaison.
1.2.1-Réactions d'oxydoréduction.
Ce sont les réactions les plus importantes de la phase I
catalysées par des mono-oxygénases tel que le cytochrome
P450. Comme tous les cytochromes, le cytochrome P450
possède un groupement hème avec un atome de fer central qui
peut être oxydé ou réduit.Voici le mode d’action : une molécule
d'oxygène est clivée dans des conditions réductrices, si bien
qu'un atome d'oxygène est incorporé dans le produit final et
l'autre dans une molécule d'eau. L'agent réducteur est le
NADPH/H+. Il transfère ses électrons sous forme d'atomes
d'hydrogène vers une flavoprotéine qui ensuite les transmet au
fer du cytochrome. Les électrons sont ensuite transférés du fer
(qui devient Fe3+) vers la molécule d'oxygène, entraînant
l'apparition d'oxygène activé qui peut s'incorporer sous forme
de groupement -OH dans le produit final. Le deuxième atome
d'oxygène contribue à former de l'eau.
Si l'atome d'oxygène est introduit à côté d'un atome
d'hydrogène, on parle d'une hydroxylation ; s'il est introduit à
côté d'un atome de soufre, on parle d'une sulfoxylation ; s'il est
introduit à côté d'un atome d'azote, on parle de N-oxydation
(cf. fig. 3.)
1.2.2-Clivage hydrolytique.
Il peut s'agir de l'hydrolyse de liaisons esters ou de
liaisons amides. Ces clivages vont libérer des groupements -OH
et des groupements amines rendus disponibles pour une
réaction ultérieure. Un exemple pharmacologique important est
l'aspirine.L’acide acétyl salicylique est hydrolysé au cours de la
phase 1 en acide salicylique et acide acétique (cf. fig 4)
1.3-Phase Il : conjugaisons
Des groupements très polaires, chargés négativement
sont ftxés sur les métabolites qui ont été (ou non) modifiés par
les réactions de la phase 1.
• Le plus souvent il s'agit du groupement glucuronyl d'un acide
glucuronique. La réaction s'appelle glucurono-conjugaison.
• La fixation d'un groupement sulfate de l'acide sulfurique
constitue une sulfo-conjugaison.
• Certains acides aminés peuvent être couplés (glycine,
taurine, glutamine).
• On peut aussi avoir une conjugaison par un glutathion ou un
acétate (acétylation).
Les enzymes qui catalysent ces réactions sont appelés
transférases et se trouvent dans le cytosol, à l'exception de la
Glucurono-conjugaison dont l'enzyme se trouve dans le
réticulum endoplasmique.
1.3.1-Glucurono-conjugaison
C’est la plus fréquente des réactions de conjugaison de
la phase II. La fixation du groupement glucuronyl se fait sur
des groupements -OH, -SH ou –NH2 du substrat.Ceci donne
des 0-, S- et N-glucuronides ou glucuronoconjugués.
Les enzymes catalysant les glucurono-conjugaisons sont des
UDP- glucuronyl transférases. En effet le groupement
glucuronyl est fourni par un substrat activé l'UDP-
glucuronate.Ce dernier est obtenu par l'action de l’UTP sur
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l'acide glucuronique.(cf. fig 5)
1.3.2-Sulfo-conjugaison
Elle consiste à fixer un groupement sulfate. Le donneur
de sulfate est un composé activé : le PAPS (phospho-adénosine-
phospho-sulfate).A côté du produit sulfo-conjugué, il y a
libération de PAMP.Les fonctions conjuguées sont surtout les
groupements -OH et les groupements aminés de différents
substrats, par exemple beaucoup d'hormones stéroïdes.(cf. fig 6)
1.3.3-Conjugaison par les acides aminés
La conjugaison par la glycine est la plus fréquente. La
conjugaison par la glutamine est également possible.C’est le
groupement carboxyl du substrat qui est conjugué par l'acide
aminé. Mais ce groupement carboxyl doit au préalable être
activé par le CoA en présence d'ATP : il se forme donc un acyl-
CoA. Celui-ci en présence d'un acide aminé donnera une amide
avec libération du CoA.(cf. fig. 7)
1.3.4 -Conjugaison par l'acétate ou le glutathion.
Glutathion. C’est le principal moyen de détoxification
de nombreux médicaments. Le transfert du glutathion sur la
molécule de substrat est catalysé par une glutathion-S-
transférase.
Acétylation. Elle est catalysée par la famille des N-
acétyltransférases qui fixent un groupement acétyl sur des
amines ou des sulfonamides. Les produits obtenus sont souvent
moins hydrosolubles et leur excrétion est plus lente. Ici c'est la
détoxification qui prime plutôt que la solubilisation dans l'eau.
1.4-Substances candidates à la
biotransformation.
Beaucoup de substances sont modifiées par le foie. Les
groupes suivants sont les principaux.
-La bilirubine est un produit de catabolisme de
l’hémoglobine. Les réactions de conjugaison par l’acide
glucuronique la rendent soluble.
-Les hormones stéroïdes perdent par biotransformation
leur activité biologique. Par conjugaison à l'acide glucuronique
ou au sulfate elles deviennent plus hydrosolubles et peuvent être
excrétées par le rein.
-Les médicaments : dans la plupart des cas, les
médicaments perdent leur activité après leur passage dans le
foie. Certains par contre peuvent être activés lors de leur passage
dans le foie ou acquérir une activité plus importante. Ainsi la
morphine est transformée en dérivé glucurono-conjugué,
cinquante fois plus actif. Les réactions de biotransformation sont
particulièrement importantes pour les médicaments donnés par
voie orale. Car après absorption digestive ils passent d'abord par
le foie. Et dans certains cas, il existe une élimination
présystémique c'est-à-dire que le médicament peut être inactivé
avant même d'avoir pu atteindre la circulation générale.
II-Détoxification de l’éthanol par le foie
2.1-Oxydation de l’alcool
Dans le foie, l'éthanol a deux possibilités. Il peut être
oxydé en éthanal grâce à l'alcool déshydrogénase
(ADH) dont le coenzyme est le NAD+. L'éthanal peut être oxydé
à son tour en acide acétique (ou acétate) grâce à une aldéhyde-
déshydrogénase.Au besoin l'éthanol peut être oxydé par le
système microsomal MEOS (de l'anglais microsomal éthanol
oxydizing system) dépendant du cytochrome P450. Ce système
permet d'augmenter de 10% la quantité d'éthanol oxydé. Ici
l'alcool est oxydé directement avec de l'oxygène en présence de
NADPH/H+.Le système MEOS peut se développer lorsqu'on
boit régulièrement de l'alcool. Histologiquement, ceci est
visible sous forme d'un agrandissement du réticulum
endoplasmique où est localisé ce système enzymatique. (cf. fig.
8)
2.2-Formation d'acétyl-CoA.
L'acétate est converti en acétyl-CoA grâce à une
thiokinase. L'acétyl-CoA est un substrat important du
métabolisme, expliquant l'apport d'énergie par l'éthanol. D'un
autre côté, l'élévation de la concentration de NADH/H+ et
d'acétyl-CoA inhibe l'entrée de ce dernier dans le cycle du
citrate, quand trop d'alcool est consommé; alors l'acétyl-CoA
est dirigé vers la synthèse d'acides gras et de cholestérol.
III-Détoxification de l’ammoniac dans le
foie : cycle de l’urée
3.1 -Définition :
Le cycle de l'urée décrit la biosynthèse de l'urée,
principal moyen d'élimination de l'azote chez l'homme. La
biosynthèse de l'urée est, comme la plupart des biosynthèse,
consommatrice d'énergie: 4 ATP par molécule d’urée. L'urée
est synthétisée uniquement par le foie, dans le but d'excrétion.
L'élimination sera assurée par les reins. Le cycle de l'urée
prend en charge l'ammoniac issu de la dégradation des
groupements azotés des acides aminés
3.2 -La formation d’ammoniac chez les
mammifères et transport jusqu’au foie. (fig. 9)
La formation de l’ammoniac s’effectue selon deux
voies :
- de manière prédominante, par désamination directe qui
libère un acide -cétoniqueα et de l'ammoniac. Dans le cas de
l'asparagine et de la glutamine, il existe une réaction
supplémentaire de désamidation.
- l'autre voie est une transamination réverse qui aboutit au
glutamate. (Normalement, le glutamate sert de donneur de
groupement aminé à un grand nombre d'autres acides aminés,
par des réactions de transamination. Mais dans ce cas ci, c’est
l’inverse qui se passe). Puis la glutamate déshydrogénase
catalyse la réaction de formation de NH3 et d' -cétoglutarateα
en présence de NAD (phosphorylé ou pas selon les
organismes).
3.2.1 : La désamination oxydative et la désamination
non oxydative
Entre 1932 et 1935, Hans KREBS et Kurt
HENSELEIT observèrent qu'en incubant des acides aminés
en présence d'un homogénat de foie et d'oxygène, ils obtenaient
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de l'ammoniac avec consommation de l'oxygène et disparition
des acides aminés. Cette réaction est une désamination
oxydative puisqu'il y a perte d'un groupement aminé
accompagné d'un processus oxydatif. Ces réactions sont
catalysées par des amino-acides oxydases. Il existe 2 cas
particuliers : il s'agit des 2 acides aminés à fonction alcool
(Serine et Thréonine), pour lesquels la perte du groupement
aminé se fait par désamination non oxydative, catalysée par la
sérine déshydratase et la thréonine déshydratase.
3.2.2.: La désamidation :
L’asparagine et la glutamine contiennent une fonction
amide portée par leur chaîne latérale. Il existe 2 enzymes très
répandues, l'asparaginase et la glutaminase qui catalysent la
réaction de désamidation respectivement de l'asparagine et de la
glutamine.
3.2.3 : Le transport jusqu au foie :
L'ammoniac est une molécule extrêmement toxique
pour la cellule. En conséquence, quel que soit le mécanisme par
lequel l'ammoniac est libéré (désamination directe, non
oxydative et/ou désamidation), celui-ci se condense avec le
glutamate pour former la glutamine (réaction catalysée par la
glutamine synthétase). Puis la glutamine, l’acide aminé le plus
concentré dans le sang (450 à 600 µM), sert de transporteur de
l'ammoniac jusqu'au foie ou jusqu'aux reins. Dans chacun de ces
organes, la glutaminase libère l'ammoniac de la glutamine par
désamidation.
3.3 : Détails biochimiques des réactions. (cf.
fig. 10)
Les deux premières réactions du cycle de l'urée ont lieu
dans la mitochondrie, les trois autres dans le cytoplasme des
cellules hépatiques.
3.3.1 : Production de carbamyl-phosphate
- La carbamyl-phosphate synthétase I catalyse la
formation d'un carbamyl-phosphate à partir d'un NH3 et d'un
CO2 en présence de 2 ATP. Un phosphate est incorporé dans le
produit, un autre est hydrolysé et libéré. Grâce à cette réaction, le
premier atome d'azote a été incorporé dans le carbamyl-
phosphate, précurseur de l'urée.
- La carbamyl-phosphate synthétase I se trouve dans
la mitochondrie, alors que la carbamyl-phosphate synthétase
II se trouve dans le cytoplasme. Cette dernière catalyse la
première réaction de la biosynthèse des nucléotides
pyrimidiques. Les deux enzymes diffèrent aussi par le donneur
d'azote, qui est la glutamine pour la carbamyl-phosphate
synthétase II.
- À partir du carbamyl-phosphate, quatre réactions
vont conduire à l'urée.
3.3.2 : Production de la citrulline.
- Le carbamyl-phosphate réagit avec l'ornithine dans
la mitochondrie pour former la citrulline. L'enzyme catalysant la
réaction est l'ornithine-carbamyl transférase (OCTl). Comme
les réactions suivantes du cycle de l'urée se déroulent dans le
cytoplasme, la citrulline y est transportée par une protéine de
transfert. La raison pour laquelle le cycle de l'urée commence
dans la mitochondrie, est peut-être que la production du NH3
toxique par la désamination oxydative du glutamate s'y effectue.
La détoxification est alors immédiate. Ensuite la biosynthèse
peut se poursuivre normalement dans le cytoplasme.
3.3.3 : Production de l'arginino-succinate.
- Le deuxième atome d'azote va être incorporé sous
forme d'aspartate qui réagit avec la citrulline pour former de
l’argino-succinate en présence d'ATP. Cette réaction, catalysée
par l’argino-succinate synthétase qui libère un
pyrophophosphate consomme deux liaisons riches en énergie.
3.3.4 : Production de l’arginine.
-L'argino-succinase clive l’argino-succinate en
fumarate et arginine.
3.3.5 : Production de l'urée.
-L'arginase hydrolyse l'arginine en ornithine et iso-
urée. Celle-ci se transforme spontanément en urée. L'ornithine
est régénérée à la fin de la biosynthèse de l'urée. Elle va
regagner la mitochondrie où elle servira à nouveau d'accepteur
pour un cycle suivant.
3.3.6:Bilan.
CO2 + NH4+ + 3 ATP + Asp + 2 H2O URÉE + 2 ADP + 2
Pi + AMP + PPi + fumarate
3.4. La toxicité de l’ammoniac:
Le mécanisme qui explique la toxicité de l’ammoniac
au niveau du cerveau réside dans l’augmentation du glutamate
et de la glutamine en cas d’hyperammoniémie. En effet la
formation excessive du glutamate entraîne un déplacement de
l’équilibre de la réaction catalysée par la glutamate
déshydrogénase dans le sens de l’assimilation de l’ammoniac.
α-Cétoglutarate + NH3 + NAD(P)H,H+ ←→ glutamate +
NAD(P)+
Ceci se traduit par un prélèvement excessif de l’α-
cétoglutarate, intermédiaire essentiel du cycle de Krebs. La
réduction de ce composé affecte fortement le fonctionnement
de ce cycle et par voie de conséquence l’ensemble du processus
de production de l’énergie dont le cerveau est grand
consommateur.
Conclusion
De nombreuses substances toxiques sont produites
(ammoniac , bilirubine), ou ingérées (médicaments , éthanol)
par l’organisme . L’intégrité de l’organisme est conservée grâce
aux différentes réactions biochimiques qui se déroulent dans le
foie.Ces réactions utilisent un nombre impressionnant
d’enzymes , de transporteurs et d’énergie.On peut donc
imaginer l’importance du patrimoine génétique dans les
mécanismes de détoxification.Ainsi un déficit héréditaire en
glucuronyl transférasse provoque la maladie de Crigler-Najjar
qui se manifeste par un ictère , c'est-à-dire une mauvaise
détoxification de la bilirubine , qui s’accumule dans le sang.Il
est donc important d’étudier ces enzymes afin de guérir les
maladies existantes et de prévenir les éventuelles à venir ,dans
notre société industrielle, où l'homme a créé plus de 35000
molécules nouvelles.
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