BTS diététique Metabolisme de l'azote

Métabolisme azoté
Franck Rencurel, PhD
BTS diététique
Franck Rencurel, 2019-2020

Plan
Introduction
I. Rappel Structure des acides amines
II. Métabolisme des acides aminés
III. Devenir de l’ammoniaqueNH3
1. L’ammoniogenèse
2. Le cycle de l’urée
IV. Les pathologies du métabolisme des
AA
V. Métabolisme des protéines

Acides aminés
Hormones
Amines biogènes
Métabolisme
énergétique
Équilibre
acido-basique
Équilibre azoté
Urée , transamination
I- Rappels

NH2 COOH R
Décarboxylation
Molécules d’intérêt
biologique
Transamination
Désamination
Catabolisme
CH COOHH2N
R
Acide a aminé

II- Métabolisme des acides aminés

le métabolisme des Acides Aminés
comprend un métabolisme commun
concernant la fonction amine et la
fonction carboxyle , et un métabolisme
propre à chaque AA concernant la
chaine latérale R

Le catabolisme de l’azote aminé
NH2
Désamination Transamination
OxydativeNon oxydative
Uréogenèse hépatique Ammoniogenèse rénale
4/5 1/5

Élimination du NH2 des Acides Aminés
 L’enlèvement de l’azote aminé du carbone a se fait soit
par:
◦ Transamination: commune à tous les AA sauf la lysine.
◦ Désamination oxydative: le glutamate.
◦ Désamination non oxydative: la sérine, cystéine et la
thréonine.
 Cela conduit à la production d’un composé toxique pour le
système nerveux central: l’ammoniaque (NH3).
 Celui-ci est éliminé de l’organisme
◦ sous forme d’urée (uréogénèse= voie majeure
hépatique qui représente 4/5 de l’azote éliminé)
◦ sous forme de NH4
+ (l’ammoniogénèse rénale= forme
mineure: 1/5).

Ammoniaque
NH3
Ammonium
NH4
+

La transamination
 Réaction de transfert réversible d’une fonction amine du
carbone a entre un acide aminé et un corps α
cétonique, la réaction est catalysée par une
aminotransférase qui utilise le phosphate de pyridoxal
comme cofacteur (dérivé de Vit B6)
L’acide aminé devient un acide a cétonique et l’acide a cétonique
devient un acide aminé

Deux transaminases importantes ALAT et ASAT
ASAT: Aspartate Amino Transférase
ALAT: Alanine Amino Transférase
La réaction de transamination est réversible, elle a lieu dans le foie.
Ces réactions sont spécifiques de l’acide aminé initial (donneur) et
de l’acide a cétonique néoformé.
Elles ne le sont pas vis-à-vis de l’acide a cétonique receveur de la
fonction amine.
Cet acide alpha cétonique peut être:
•L’oxaloacétate
•Le pyruvate
•L’a-cétoglutarate
ALAT surtout révélatrice d’une lésion hépatique
ASAT indique une pathologie musculaire (myolyse)

Transamination
Importance pour:
 l’utilisation des acides aminés à des fins énergétiques
(production de glucose, de corps cétonique)
 pour dévier l’excès d’amine vers l’acide glutamique
Ce qui permet la conversion d’un acide aminé vers un
autre.

La transamination
Exemple du cycle glucose-alanine ou cycle des Cahill
Glucose
Pyruvate
ALA
GLU
Glycolyse
a-cétoglutarate
ALAALA
Pyruvate
a-cétoglutarate
GLU
Glucose
Néoglucogenèse
Hépatocyte (Foie)
Glucose
Cellule musculaireSang
Transamination
Transamination
Ce cycle permet au cours d’un effort prolongé de fournir du glucose aux
Muscles, ou du glucose pendant un jeûne

Désamination oxydative
Cette réaction permet la formation d’un acide a-cétonique
à partir d’un acide aminé. Cette réaction s’accompagne
d’une molécule d’ammoniaque (NH3)
CH COOHH2N
R
H2O NH3
NAD +
NADH, H +
C COOH
R
O
Acide aminé Acide a-cétonique
Rappel: fonction cétone

Métabolisme Energétique
La plus importante est catalysée par la glutamate
deshydrogénase. C’est la libération du groupement NH3 à
partir du glutamate sous l’action de la Glutamate
déshydrogénase avec formation de l’acide α cétoglutarique

La glutaminase permet la synthèse de glutamate à partir
de glutamine par désamination non oxydative.
Cela permet aussi de fournir le substrat à la glutamate
deshydrogénase, lorsqu’il y a abondance de glutamine.
Glutamine Glutamate

La glutamate deshydrogénase permet la formation
d’acide a-cétoglutarique qui peut ensuite participer à la
synthèse d’ATP (cycle de Krebs)
Ou participer à la production de glucose par le foie
(néoglucogènese)
Cette réaction permet d’éliminer l’excédant d’amines
sous forme de NH3 précurseur de la synthèse d’Urée
(Foie) pour être éliminé Ou d’ammonium (NH4+) dans
les reins pour également être éliminé.
Cette enzyme contribue ainsi à l’équilibre acido-basique;

Décarboxylation
C’est la libération du CO2 par une décarboxylase, on
obtient une amine.
Exemple
Histamine
décarboxylase

Devenir du squelette carboné
 Conduit à la formation de 7 composés intermédiaires
qui peuvent empruntés des voies métaboliques
différentes.
 Les acides aminés donnant naissances aux
composés suivants:
α-cétoglutarate, l’oxaloacétate, le fumarate, le succinyl-
CoA (Intermédiaire du cycle de Krebs) et le pyruvate
(glycolyse) sont dit glucoformateurs.
 Les acides aminés donnant naissance à
l’acétoacétyl- CoA et l’acétyl- CoA utilisés dans la
synthèse de corps cétoniques sont dits cétogènes.
 Certains AA sont glucoformateurs et cétogènes car
ils donnent naissance aux intermédiaires
nécessaires à la synthèse du glucose et des corps
cétoniques.

Acides Aminés glucoformateurs et cétogènes
AA
glucoformateurs
AA Cétogènes
AA cétogènes et
glucoformateurs
Cycle de Krebs
a-cetoglutarate

Acides aminés glucoformateurs: Ils participent à la
synthèse de glucose par la néoglucogenèse. 18 d’entre
eux en sont capables.
•TRYP, ALA, GLY,SER,CYS,THR donnent du pyruvate
•ASN,ASP donnent de l’oxaloacétate (cycle de Krebs)
•GLN, PRO,ARG,HIS donnent du glutamate puis de l’a-
cétoglutarate (cycle de KREBS)
•MET,VAL,ISO, donnent du succinyl-CoA (Cycle de
Krebs)
•ASP,TYR,PHE donnent du Fumarate (cycle de KREBS)

Acides aminés cétogènes:
La dégradation de certains acides aminés donne de
l’acétyl-CoA ou de l’acétoacétyl-CoA (condensation
de 2 acétyl-CoA) qui contribuent à la formation de
corps cétoniques source d’énergie pour le cerveau
et le cœur, les lymphocytes..;
voie métabolique ayant lieu pendant le jeûne.
ATTENTION en aucun cas l’acétyl-CoA ne
peut former du glucose par néoglucogénèse

III- Devenir de L'ammoniaque NH3

Devenir de L'ammoniaque NH3
 L'ammoniaque (NH3) est un composé toxique:
formé dans les tissus périphériques (et le foie)
à partir des AA par une série de réactions de
transamination et de désamination.
Egalement produit par les bactéries dans
l'intestin.
 Qui se déplace vers le foie et vers les reins,
principalement sous forme de glutamine et
d’alanine pour être éliminé.
 Qui transporte l’azote (N) entre les différents
organes sous forme de glutamine.

L’ammoniaque est toxique à partir de 50mmol/l
Alimentation, activité des bactéries intestinales
génèrent de grandes quantités d’ammoniaque bien
supérieures à la dose toxique
Deux voies d’élimination:
La voie hépatique ou uréogenèse (voie
principale chez l’homme)
La voie rénale ou ammoniogenèse (voie
secondaire chez l’homme).

 L’ammoniaque produit par les tissus, doit pouvoir être
véhiculé vers le foie et les reins sans toxicité.
L’ammoniaque est donc transporté sous forme de
glutamine formée dans ces tissus.
 La réaction est catalysée par la glutamine synthétase,
enzyme cytosolique

 La glutamine formée passe dans la circulation sanguine
et va dans les reins et le foie
 Dans ces organes, il y a reformation du glutamate à
partir de la glutamine, sous l’action de la glutaminase
avec libération du NH3 . Le NH3 sera alors éliminé sous
forme d’urée (foie) ou d’ammonium NH4
+ (reins)
Urée
Ammonium
Foie
FOIE/REIN
(glutamate)
Rein

Devenir du NH3 dans l’organisme
(Cf slide 22)
(Cf slide 23)
Glutamine et glutamate sont les deux acides aminés les plus
abondants dans l’organisme Franck Rencurel, 2019-2020

III-1- Ammoniogénèse (Reins)

L’ammoniogénèse (reins -voie secondaire)
La glutamine entre au niveau de la
cellule tubulaire du rein où elle subit
une désamination par la glutaminase.
Le glutamate obtenu est ensuite
désaminé par la glutamate
deshydrogénase ce qui produit du
NH3
Le NH3 diffuse à travers la membrane
et rejoint le tubule rénal où il se
combine à
Un H+ pour donner de l’ammonium
NH4+.
Ce dernier ne peut pas diffuser à
travers la membrane de la cellule
tubulaire. Il suit le courant liquidien
dans le tubule

Glutamate DH

L’ammoniogénèse (reins -voie secondaire)
 Dans le rein, le NH3 libéré à partir de la glutamine va
s’associé avec des H+ pour former l’ion ammonium
(NH4
+) qui sera éliminé dans les urines.
sang
Cellule tubulaire
Urine en formation

III-2-Cycle de l’urée ou uréogenèse

Le cycle de l’urée ou uréogénèse
 Au niveau du foie, le NH3 libéré à partir de la
glutamine est pris en charge par le cycle de l’urée. Le
NH3 peut provenir aussi de désaminations pour
produire du glucose (néoglucogenèse)
 Le cycle de l’urée est la voie préférentielle de
l’élimination de l’azote en excès.
 En effet, on retrouve deux atomes d’azote par
molécules d’urée.
 L’urée n’a aucune fonction physiologique.
 Le cycle de l’urée est fortement consommateur en
énergie.
 C’est un cycle qui fait intervenir en particulier
Arginine, Ornithine et Citrulline.

Glutamine
NH3 Glutamate
H2O
Glutamine Glutamate + NH3    UREE
L’urée contient deux atomes de N
1 provenant du NH3
1 provenant de l’aspartate
Urée:
•Molécule neutre
•Très soluble dans l’eau (1800g/l d’eau)
•Très peu toxique
•Pas de fonctions métaboliques
•Production quotidienne 15 à 35g/j
Urée
Dans le foie

Les premières étapes ce passent dans la matrice mitochondriale.
• Le NH3 est incorporé dans le carbamyl-phosphate
• Le carbamyl-phosphate permet le passage de l’ornithine à la
citrulline
• La citrulline sera ensuite exportée vers le cytosol
• L’ornithine et la citrulline ne sont pas des AA standards
incorporés dans des protéines leur rôle est purement
métabolique.
Bicarbonate
HCO3
-
ammoniaque Carbamyl
Phosphate
Carbamyl- Phosphate
synthétase

Ornithine Carbamyl
Transférase
Matrice mitochondriale
Carbamyl
phosphate
Cytosol

: Ornithine Carbamyl TransféraseOCT
CPS-1 :Carbamyl phosphate synthétase
cytosol
OCT
CPS-
1
Mitochondrie
Glutamine
Glutamine

Le cycle de l’urée est lié au cycle de Krebs grâce à la formation de
fumarate et d’asparte. Le fumarate est transformé en malate
Qui sera oxydé en oxaloacétate (OOA) par la malate déshydrogénase
(MDH).
L’oxaloacétate subit une transamination avec le glutamate provenant
d’une désamination de de la glutamine. Cela permet de fournir de
l’Aspartate pour le cycle de l’Urée et de l’a-cétoglutarate pour le cycle
de Krebs et fournir ainsi de l’ATP
a-cétoglutarate

Bilan:
CO2 + NH3+ 4 ATP UREE + 4ADP + 4Pi
+ ASP + 3 H2O + Fumarate
Les apports alimentaires en Arginine
sont très importants car la quantité synthétisée par
l’organisme est insuffisante à la synthèse protéique et à
l’élimination de l’azote en excès sous forme d’urée.
Voir figure précédente
Bilan du cycle de l’urée

Régulation du cycle de l’Urée
3 types de régulations possibles:
Allostérie
Disponibilité de substrats
Hormonale

-Régulation allostérique par le N-acétyl glutamate
CPS I
2 ATP + HCO3
- + NH3 Carbamyl–P + 2 ADP + Pi
+
PYRUVATE
(état NOURRI)
PDH
Acides Gras
(Jeûne)
GLN 
Glutaminase
Si dégradation des Protéines (Jeûne)   GLU   NAG   UREE
Les acides gras hydrolysés fournissent l’acétyl CoA et l’ATP nécessaires.
GLU Acétyl CoA
NAG
N acétylGlu synthetase
En période post-prandiale, l’abondance d’acides aminés
(alimentaires) augmente la concentration en glutamate
dans le foie ce qui favorise la synthèse de N-
acétylglutamate, un puissant activateur de la Carbamyl-
Phosphate synthase (CPS-1)
substrat
Energie + substrat

Cycle de l’urée est dépendant du rapport
NAD+ /NADH2
Cycle de
l’URÉE
Cycle de
Krebs
Fumarate
Malate
OA
ARG
Arginino
succinate
CitrullineASP
mitochondrie
a AminoA
GLU
a CétoA, aCG
Régénère l’ASP
Malate
OA
Fumarate
NADH2  NAD+
Intoxication alcoolique
Alcool DHase à NAD+
Le NAD+ est consommé
prioritairement pour la
détoxification alcoolique
  Uréogenèse
La disponibilité en NAD+ dépend de la chaine respiratoire

Apports exogènes:
Régimes hyperprotidiques
Apports endogènes:
Etats d’ hypercatabolisme protéique
Jeûne prolongé, grands brulés,
traumatisme, escarres..
Régulation transcriptionnelle.
La quantité d’enzymes du cycle de l’Urée augmente avec
la quantité d’acides aminés disponibles

En période post-Prandiale:
 50 % de l’Azote absorbé est transformé en urée, pas de stockage
des acides aminés, l’excédant est éliminé.
 Au niveau intestinal:
Glutamine et glutamate totalement oxydés dans l’entérocyte .
Les autres acides aminés passent dans la circulation portale avec
l’ammoniaque provenant du métabolisme des entérocytes pour
rejoindre le Foie.
Au niveau du Foie:
Glutamine  Glutamate +NH3 grâce à la glutaminase.
Cet enzyme est fortement activée par le NH3 (allostérie)
L’alanine est transformée en aspartate pour entrer dans le cycle de
l’urée.

Régulations hormonales et nutritionnelles
Jeûne modéré (1 à 3 jours)
Processus d’épargne protéique, faible disponibilité des acides
aminés. Utilisés essentiellement pour la production de glucose par
néoglucogenèse.
Faible production d’urée
Jeûne prolongé (>3 jours)
Protéolyse abondante (bilan azoté négatif). Stimulation de la
synthèse d’urée.
Cortisol (catabolisant): Augmente la protéolyse et l’uréogenèse
Glucagon (catabolisant): Stimule le transport des AA dans
l’hépatocyte et augmente l’uréogenèse.
Insuline (anabolisante): augmente au cours d’un repas, stimule la
protéosynthèse, oriente les AA vers les muscles. Diminue
l’uréogenèse

IV-Les pathologies du métabolisme
des acides amines

Les pathologies du métabolisme des acides
amines
 Ce sont des maladies héréditaires qui se
transmettent selon le mode autosomique récessif
, elles sont dues à des mutations des gènes qui
codent pour les enzymes des voies du métabolisme
des acides aminés
 les symptômes qui se manifestent sont causés par
la toxicité de l’ammoniac pour le système nerveux
central , il s’agit de nausées , vomissement ,
trouble du tonus et coma

Les phénylcétonuries
Définition et incidence:
C’est une maladie génétique héréditaire qui se
transmet selon le mode autosomique récessif ,
c’est la plus fréquente des maladies héréditaire du
métabolisme des AA ( 1/10 000 )
Elle est due à un déficit en phénylalanine hydroxylase
qui permet l’hydroxylation de la phénylalanine en
tyrosine pour la synthèse de catécholamines.

Clinique:
L’enfant est normal à la naissance, des signes autistiques
apparaissent au 6ème mois qui se développent en retard
mental due à l’action toxique de la PHE sur la
myélinisation des nerfs
 Une hypothyroidie par hypotyrosinémie (TYR
précurseur de tyroxine)
 Une hypo pigmentation par déficit en mélanine
PHENYLALANINE TYROSINE
MELANINE
THYROXINE
CATECHOLAMINE

Biologie:
Le déficit en PAH entraine une accumulation de la
PHE dans le sang , entrainant la formation de corps
cétoniques (voie mineur en conditions physiologie).
Les corps cétoniques de la PHE sont éliminés dans
les urines d’où le nom phenylcétonurie
Traitement:
Il s’agit d’un régime pauvre en PHE, car cet AA reste
essentielle dansl’organisme.
Une concentration élevée en PHE chez la femme
enceinte phenylcétonurique peut provoquer des
anomalies du développement du fœtus.
Le dépistage de la PCU est systématique à la
naissance.

Test de Guthrie:
La PHE est un facteur essentiel à la croissance de
certaines souches de Bacillus subtilus
On additionne à une gélose le B2 thyenylalanine ,c’est
un analogue de la PHE qui inhibe la croissance
bactérienne.
On étale sur la gélose une suspension de la bactérie et
on pose un disque de papier imprégné de sang , si la
concentration de la PHE dépasse 120 umol/l on aura
une croissance bactérienne , la zone de croissance
est comparée avec celle obtenues à l’aide de disques
témoins.
Dosage de la phenylalanine: réaction de McCaman
et Robins
En présence d’un dipeptide L-leucyl-L-alanine, la PHE
forme un complexe fluorescent avec la ninhydrine-Cu

TYROSINE MELANINE
TYROSINASE
L’albinisme:
Due à un déficit en tyrosinase , l’enzyme qui permet la
synthèse de mélanine à partir de tyrosine ce qui induit
une perte de pigmentation ( cheveux blanc , peau rose )

V-Métabolisme des protéines

Schéma général du métabolisme protéique (chez un adulte en bonne
santé)
PROTEINES
( 10 kg)
AA LIBRES
( 70 g/j)
Protéolyse
( 300 g/j)
Synthèse protéique
( 300 g/j)
Biosynthèse
des autres produits
azotés
Apports
exogènes
( 80 g/j)
Synthèse
de novo
(endogène)
Dégradation
irréversible
( 80 g/j)
(UREE, NH4, CO2)
Renouvellement ou
« Turnover protéique »
Les AA excédentaires ne sont pas stockés: ils sont dégradés
EQUILIBRE

Renouvellement des protéines
Les protéines de l’organisme participent de façon très
variable au renouvellement protéique global
En fonction :
1- de l’importance qualitative de la protéine
(muscles, foie, intestin, peau)
2- de la rapidité de renouvellement de chaque protéine
Ex: Protéines du cristallin: renouvellement = 0
Stock ApoB100 des VLDL: renouvelé 3 fois/j
Renouvellement des P musculaires = 20 %
" des P hépatiques = 10%
Renouvellement
global

Variations du renouvellement protéique
Selon l’âge: NNé 15 g/kg/j >> adulte 4 g/kg/j
Synthèse >> protéolyse
Selon l’état nutritionnel:  au cours du jeûne
(Protéolyse > Synthèse)
Selon l’état pathologique:
Situations cataboliques (syndrome inflammatoire,
traumatisme, sepsis, brûlés)
Renouvellement x 3-4 mais pas de gain protéique!
Le foie consomme beaucoup de protéines pour la
synthèse des Protéines de l’inflammation les Muscles
libèrent des AA (Protéolyse > Synthèse)

Le bilan azoté est normalement équilibré
Protéolyse
Synthèse des
Protéines
Acide aminé
Squelette des atomes
de carbone
Glucos
e
Acétyl-CoA Corps
cétoniques
Catabolisme des AA
Synthèse des
autres
composés azotés
Hème, mono/polyamines
Nucléotides, Glutathion,
NO,
coenzymes nucléotidiques…Absorption
des AA
=
Synthèse de novo
Des AA
D’après Pr Jean-Charles Deybach, MD PhD
Hôpital Louis Mourier, Biochimie et Génétique Moléculaire
Inserm U1149 - Université Denis Diderot Paris 7

Alimentation = Apport des AA exogènes
Correspond à l’apport alimentaire en protéines qui
subissent leur digestion au niveau du tractus digestif
Chez l’adulte, en pays développé, apports  70-100 g/j
Besoins recommandés:
55 g 45g/j 110 g/j
  4-6 mois
Dépendent de l’apport énergétique par les autres
nutriments
de l’âge et du sexe
de l’activité physique

PROTEOLYSE (catabolisme protéique): Apport des AA endogènes
-Source principale d’AA pour l’organisme (75%)
La protéolyse a de multiples fonctions
« ménage cellulaire » -Renouvellement basal des Protéines
-Élimination des Protéines anormales
-Genèse des peptides antigéniques ( Protéines endo &
exogènes)
-Production d’énergie en situation de carence (muscle)
-Régulation de l’abondance tissulaire des Protéines
Consomme de
l’énergie +++
Régulée +++
par conditions nutritionnelles
et hormonales

PROTEOLYSE : Protéases réparties en 3 systèmes
 Système lysosomal: Foie, reins +++ (< 15% protéolyse)
(ATP dépendant)
 Système calcium dépendant: Calpaïne-Capastatine
Cytosolique
 dégradation des Protéines du cytosquelette +++
 Système Protéasome Muscle +++
 dans les états cataboliques +++
(ATP dépendant)

FIN du cours
Merci !
Que la force
soit avec vous !

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