Pour parler des vingt acides aminés qui composent les protéines et les structures modifiées, il faut décrire au moins douze voies métaboliques spécialisées.
Mais pourquoi les cellules utilisent-elles autant de voies métaboliques nécessitant de l'énergie (par exemple, pour régénérer les sites catalytiques des enzymes), chacune avec un patrimoine enzymatique, pour cataboliser les acides aminés? Presque tous les acides aminés peuvent être obtenus, par des voies spécialisées, des métabolites qui sont utilisés en petite partie pour produire de l’énergie (par exemple, par la gluconéogenèse et la voie des corps cétoniques) mais qui conduisent avant tout à la formation de molécules complexes, avec un grand nombre d'atomes de carbone (par exemple de la phénylalanine et de la tyrosine, dans les glandes surrénales spécialisées à cette fin, des hormones sont produites); si d'une part il était simple de produire de l'énergie à partir d'acides aminés, d'autre part il serait difficile de construire des molécules complexes à partir de petites molécules: le catabolisme des acides aminés permet d'exploiter leur squelette pour obtenir des espèces plus grandes.
Deux à trois hectolitres d'acides aminés sont dégradés quotidiennement par un individu en bonne santé: 60 à 100 g d'entre eux proviennent des protéines introduites avec le régime mais plus de 2 ETS sont obtenus à partir du renouvellement normal des protéines qui font partie intégrante de l'organisme (acides aminés). de ces protéines, qui sont endommagées par les processus d'oxydoréduction, sont remplacées par d'autres et catabolisées).
Les acides aminés apportent une contribution énergétique en ATP: après avoir éliminé le groupe a-amino, le squelette carboné restant des acides aminés, à la suite de transformations appropriées, peut entrer dans le cycle du krebs. De plus, en cas de manque de nutriments et de diminution de la quantité de glucose, la gluconéogenèse est activée: on appelle acides aminés gluconéogénétiques ceux qui, après modifications appropriées, peuvent être introduits dans la gluconéogenèse; Les acides aminés gluconéogénétiques sont ceux qui peuvent être convertis en pyruvate ou fumarate (le fumarate peut être transformé en un patient quittant la mitochondrie et, dans le cytoplasme, il est transformé en oxaloacétate à partir duquel on peut obtenir du phosphoénol pyruvate). Au lieu de cela, les acides aminés cétogènes sont ceux qui peuvent être convertis en acétylcoenzyme A et en vinaigre d’acétate.
Celui qui vient d'être décrit est un aspect très important car les acides aminés peuvent remédier à un manque de sucre en cas de jeûne immédiat; si le jeûne persiste, le métabolisme lipidique intervient au bout de deux jours (car on ne peut pas trop attaquer les structures protéiques), c’est dans cette phase que, la gluconéogenèse étant très limitée, les acides gras sont convertis en acétyl coenzyme A et en corps cétoniques. . D'un autre jeûne, même le cerveau s'adapte pour utiliser des corps cétoniques.
Le transfert du groupe a-amino des acides aminés se fait par une réaction de transamination; les enzymes qui catalysent cette réaction sont dites des transaminases (ou des amino transférases). Ces enzymes utilisent un cofacteur enzymatique appelé phosphate de pyridoxal, qui intervient avec son groupe aldéhyde. Le phosphate de pyridoxal est le produit de la phosphorylation de la pyridoxine, une vitamine (B6) contenue principalement dans les légumes.
Les transaminases ont les propriétés suivantes:
Haute spécificité pour un couple α cétoglutarate-glutamate;
Ils prennent le nom du deuxième couple.
Les enzymes transaminases impliquent toujours le couple α cétoglutarate-glutamate et se distinguent selon le second couple impliqué.
Exemples:
Aspartate transaminase ou GOT (glutamate oxalate transaminase): l'enzyme transfère le groupe α-amino de l'aspartate à l'α-cétoglutarate, obtenant ainsi l'oxalacétate et le glutamate.
L' alanine transaminase ou GTP (Glutamate-Pyruvate Transaminase): l'enzyme transfère le groupe α-amino de l'alanine à l'α-cétoglutarate pour obtenir du pyruvate et du glutamate.
Les diverses transaminases utilisent l'α-cétoglurate comme accepteur du groupe amino des acides aminés et le convertissent en glutamate; tandis que les acides aminés formés sont utilisés dans le chemin des corps cétoniques.
Ce type de réaction peut se produire dans les deux sens car ils se cassent et forment des liens avec le même contenu énergétique.
Les transaminases sont à la fois dans le cytoplasme et dans la mitochondrie (elles sont principalement actives dans le cytoplasme) et se différencient par leur point isoélectrique.
Les transaminases sont également capables de décarboxyler les acides aminés.
Il doit y avoir un moyen de reconvertir le glutamate en α-cétoglutarate: cela se fait par désamination.
La glutamate déshydrogénase est une enzyme capable de transformer le glutamate en α-cétoglutarate et, par conséquent, de convertir les groupes amino des acides aminés présents sous forme de glutamate en ammoniac. Ce qui se passe est un processus d'oxydoréduction qui passe par l'α-amino glutarate intermédiaire: l'ammoniac et l'α-cétoglutarate sont libérés et retournent dans la circulation.
Ainsi, l'élimination des groupes amino-aminés passe par les transaminases (différentes en fonction du substrat) et la glutamate déshydrogénase, qui détermine la formation d'ammoniac.
Il existe deux types de glutamate déshydrogénase: cytoplasmique et mitochondriale; le cofacteur, qui est également le co-substrat de cette enzyme, est le NAD (P) +: le glutamate déshydrogénase est utilisé comme accepteur de pouvoir réducteur, ou le NAD + ou le NADP +. La forme cytoplasmique préfère, mais non exclusivement, le NADP +, tandis que la forme mitochondriale préfère le NAD +. La forme mitochondriale vise à éliminer les groupes amine: conduit à la formation d'ammoniac (qui est un substrat pour une enzyme mitochondriale spécialisée) et de NADH (qui est envoyé à la chaîne respiratoire). La forme cytoplasmique fonctionne dans le sens opposé, c’est-à-dire qu’elle utilise l’ammoniac et l’α-cétoglutarate pour donner du glutamate (qui a une destination biosynthétique): cette réaction est une biosynthèse réductrice et le cofacteur utilisé est le NADPH.
La glutamate déshydrogénase fonctionne lorsqu'il est nécessaire de disposer les groupes amino des acides aminés sous forme d'ammoniac (via l'urine) ou lorsque les squelettes des acides aminés sont nécessaires pour produire de l'énergie: cette enzyme aura comme modulateurs négatifs les systèmes d'indice de bonne disponibilité énergétique (ATP, GTP et NAD (P) H) et en tant que modulateurs positifs, des systèmes qui indiquent un besoin en énergie (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, acides aminés et hormones thyroïdiennes).
Les acides aminés (principalement la leucine) sont des modulateurs positifs de la glutamate déshydrogénase: si des acides aminés sont présents dans le cytoplasme, ils peuvent être utilisés pour la synthèse des protéines ou doivent être éliminés car ils ne peuvent pas être accumulés (ce qui explique pourquoi les acides aminés sont des modulateurs positifs). .
Élimination de l'ammoniac: cycle de l'urée
Le poisson élimine l'ammoniac en le plaçant dans l'eau par les branchies; les oiseaux le convertissent en acide urique (qui est un produit de condensation) et l'éliminent avec les matières fécales. Voyons ce qui se passe chez l'homme: nous avons dit que la glutamate déshydrogénase convertit le glutamate en α-cétoglutarate et en ammoniac, mais nous n'avons pas dit que cela ne se produit que dans la mitochondrie du foie.
Le rôle fondamental de l'élimination de l'ammoniac, tout au long du cycle de l'urée, est couvert par les transaminases mitochondriales.
le dioxyde de carbone, sous forme d'ion bicarbonate (HCO3-), est activé par le cofacteur de biotine formant la carboxy biotine qui réagit avec l'ammoniac pour donner l'acide carbamique; la réaction suivante utilise l'ATP pour transférer un phosphate sur l'acide carbamique formant du carbamyl phosphate et de l'ADP (la conversion de l'ATP en ADP est la force motrice permettant d'obtenir la carboxyrobotine). Cette phase est catalysée par la carbamyl phosphate synthase et se produit dans la mitochondrie. Le carbamyl phosphate et l'ornithine sont des substrats de l'enzitine ornithine trans-carbamylase qui les convertit en citrulline; cette réaction se produit dans les mitochondries (des hépatocytes). La citrulline produite laisse la mitochondrie et, dans le cytoplasme, passe sous l'action de l' arginine succinate synthétase : il existe une fusion entre le squelette carboné de la citrulline et celui d'un aspartate par attaque nucléophile et élimination ultérieure de l'eau. L'enzyme arginine succinate synthase, qui nécessite une molécule d'ATP, possède donc un couplage énergétique: l'hydrolyse de l'ATP en AMP et du pyrophosphate (ce dernier est ensuite converti en deux molécules d'orthophosphate) a lieu par l'éjection d'une molécule de l'eau du substrat et non pas par l'action de l'eau du milieu.
L'enzyme suivante est l' arginine succinase : cette enzyme est capable de scinder le succinate d'arginine en arginine et en fumarate à l'intérieur du cytoplasme.
Le cycle de l'urée est complété par l'enzyme arginase : on obtient l'urée et l'ornithine; l'urée est drainée par les reins (urine) tandis que l'ornithine retourne à la mitochondrie et reprend le cycle.
Le cycle de l'urée est sujet à une modulation indirecte par l'arginine: l'accumulation d'arginine indique qu'il est nécessaire d'accélérer le cycle de l'urée; La modulation de l'arginine est indirecte car l'arginine module positivement l'enzyme acétylglutamate synthase. Ce dernier est capable de transférer un groupe acétyle sur l'azote d'un glutamate: il forme le N-acétyl glutamate qui est un modulateur direct de l'enzyme carbamyl-phospho-synthétase.
L’arginine s’accumule comme métabolite du cycle de l’urée si la production de carbamyl-phosphate ne suffit pas pour éliminer l’ornithine.
L'urée est produite uniquement dans le foie, mais il existe d'autres sites où se produisent les premières réactions.
Le cerveau et les muscles utilisent des stratégies particulières pour éliminer les groupes amino. Le cerveau utilise une méthode très efficace utilisant une enzyme, la glutamine synthase et une enzyme, la glutamase : la première est présente dans les neurones et la seconde dans le foie. Ce mécanisme est très efficace pour deux raisons:
Deux groupes d'amines sont transportés du cerveau au foie avec un véhicule;
La glutamine est beaucoup moins toxique que le glutamate (le glutamate effectue également un transfert neuronal et ne doit pas dépasser la concentration physiologique).
Chez les poissons, un mécanisme similaire amène le groupe aminoacides des acides aminés aux branchies.
Du muscle (squelettique et cardiaque), les groupes amino atteignent le foie par le cycle glucose-alanine; l'enzyme impliquée est la glutamine pyruvate transaminase: elle permet la transposition de groupes amine (qui se présentent sous la forme de glutamate), la transformation du pyruvate en alanine et simultanément le glutamate en α-cétoglutarate dans le muscle et en catalysant le processus inverse foie.
Les transaminases ayant des tâches ou des positions différentes ont également des différences structurelles et peuvent être déterminées par électrophorèse (elles ont des points isoélectriques différents).
La présence de transaminases dans le sang peut être le symptôme d'une atteinte hépatique ou cardiopathique (c'est-à-dire une lésion tissulaire du foie ou des cellules cardiaques); les transaminases sont très fortement concentrées à la fois dans le foie et dans le cœur: grâce à l'électrophorèse, il est possible d'établir si le dommage est survenu dans le foie ou les cellules du cœur.
