B2 · Métabolisme intermédiaire
Métabolisme des acides aminés et cycle de l'urée
Décrire la classification nutritionnelle et énergétique des acides aminés et les réactions de transamination, désamination et décarboxylation. Suivre le devenir de l'azote jusqu'au cycle de l'urée et à son élimination rénale.
Biochimie structurale et métabolique6 min de lecture15 QCM corrigés
Origine et classification des acides aminés
Les acides aminés libres de l'organisme forment un réservoir métabolique alimenté par l’alimentation, le renouvellement des protéines et la synthèse endogène. Ils servent à la synthèse protéique et à celle de composés azotés. Contrairement aux glucides et aux lipides, ils ne disposent pas d’une forme spécialisée de stockage : lorsqu’ils sont excédentaires, leur groupement azoté est éliminé tandis que leur squelette carboné est réutilisé.
Chez l’être humain, les acides aminés indispensables sont l’histidine, l’isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la valine.
Les acides aminés dispensables peuvent être synthétisés par l’organisme. Certains deviennent toutefois indispensables lorsque les besoins augmentent ou lorsque leur synthèse est insuffisante.
Classification selon le devenir énergétique
Après retrait du groupement azoté, le squelette carboné rejoint les voies du métabolisme énergétique.
La leucine et la lysine sont exclusivement cétogènes. L’isoleucine, la phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la tyrosine sont mixtes. Les autres acides aminés sont glucogènes.
Transfert et retrait de l’azote
Le catabolisme d’un acide aminé doit séparer deux ensembles : le groupement aminé, potentiellement toxique sous forme d’ammoniac, et le squelette carboné, utilisable par le métabolisme intermédiaire.
Transamination
Une aminotransférase, aussi appelée transaminase, catalyse la réaction générale :
Le coenzyme nécessaire est le phosphate de pyridoxal, dérivé de la vitamine B6. Dans la majorité des réactions, l’α-cétoglutarate reçoit le groupement aminé et devient du glutamate. Le glutamate constitue ainsi un collecteur central de l’azote provenant de nombreux acides aminés.
La transamination conserve l’azote dans une molécule organique. Elle ne suffit donc pas à l’éliminer, mais le concentre sur le glutamate afin de préparer sa libération contrôlée.
Désamination et transdésamination
Dans la mitochondrie hépatique, la glutamate déshydrogénase catalyse la désamination oxydative du glutamate. Elle régénère l’α-cétoglutarate et libère , avec réduction du coenzyme ou .
L’association successive d’une transamination puis de la désamination oxydative du glutamate est appelée transdésamination. Elle permet à l’azote de nombreux acides aminés de converger vers une voie commune.
Les groupements amide de la glutamine et de l’asparagine peuvent également être retirés par désamidation, qui libère de l’ammonium sans être une transamination.
Décarboxylation
Les décarboxylases d’acides aminés utilisent fréquemment le phosphate de pyridoxal. Les amines obtenues peuvent exercer des fonctions de signalisation ou servir de précurseurs métaboliques. Cette réaction transforme l’acide aminé, mais ne constitue pas la voie principale d’élimination de son azote.
Transport de l’azote vers le foie
L’ammoniac est neurotoxique et ne peut pas circuler en quantité importante sous forme libre. Les tissus périphériques fixent donc leur azote sur des transporteurs non toxiques.
La glutamine est formée par fixation de sur le glutamate grâce à la glutamine synthétase, avec consommation d’ATP. Elle transporte l’azote de nombreux tissus vers le foie ou le rein. Dans ces organes, la glutaminase hydrolyse la glutamine et libère de l’ammonium.
L’alanine transporte notamment un groupement aminé associé à un squelette carboné à trois carbones. Dans le foie, sa transamination restitue le pyruvate et transfère son azote au glutamate.
Cycle de l’urée
Le cycle est partagé entre la matrice mitochondriale et le cytosol des hépatocytes. Les deux atomes d’azote de l’urée proviennent de sources distinctes : l’un de l’ammonium libre, l’autre de l’aspartate. Son atome de carbone provient de l’hydrogénocarbonate.
Étapes mitochondriales
- La carbamoyl-phosphate synthétase I associe et pour former le carbamoyl-phosphate. Cette réaction consomme deux ATP et nécessite le N-acétylglutamate comme activateur.
- L’ornithine transcarbamylase transfère le groupement carbamoyle sur l’ornithine et forme la citrulline.
- La citrulline quitte la mitochondrie et passe dans le cytosol.
Étapes cytosoliques
- La citrulline reçoit l’azote de l’aspartate et forme l’argininosuccinate. L’ATP est converti en AMP et pyrophosphate.
- L’argininosuccinate est scindé en arginine et fumarate. Le fumarate établit un lien avec le cycle de Krebs, sans que les deux cycles soient confondus.
- L’arginase hydrolyse l’arginine en urée et ornithine.
- L’ornithine retourne dans la mitochondrie pour recommencer un tour.
Trois molécules d’ATP sont consommées, mais la dépense correspond à quatre liaisons phosphoanhydrides riches en énergie, car un ATP est transformé en AMP.
Élimination rénale
L’urée produite par le foie est libérée dans le sang puis atteint les reins. Petite molécule hydrosoluble, elle est filtrée au niveau glomérulaire. Une partie peut être réabsorbée dans le tubule, tandis que la fraction restante est excrétée dans les urines.
Le rein élimine également de l’azote sous forme d’ion ammonium. La glutamine captée par les cellules tubulaires y libère de l’ammonium, qui est sécrété dans l’urine. Cette ammoniogenèse rénale participe aussi à la régulation acido-basique, développée dans la fiche consacrée au rôle du rein dans cet équilibre.
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