CNbioch

8/14/2019 CNbioch

1/139

Universit Par is-VI

Composs azots

Objectifs au cours de

Biochimie DCEM3

Biochimie mtabolique et Rgulations C1

2003 - 2004

Pr. A. Raisonnier ([email protected])

Mise jour : 5 mars 2004

8/14/2019 CNbioch

2/139

2/139 Composs azots - Pr A. Raisonnier 2003 - 2004

8/14/2019 CNbioch

3/139

Plan du cours

2003 - 2004 Composs azots - Pr A. Raisonnier 3/139

Plan du cour s3 Plan du cour s

7 Objectifs

9 Par tie I : Le mtabolisme de lazote

11 Chapitre 1 : Mtabolisme gnral des acides amins

12 1.1 Transaminases13 1.2 Exemple de transaminase : aspartate aminotransfrase14 1.3 Glutamate dshydrognase15 1.4 Exemple de dcarboxylase : Histidine dcarboxylase16 1.5 Mono Amine Oxydase = MAO17 1.6 Gluconognse partir des acides amins18 1.7 Lipognse partir des acides amins19 1.8 Ctognse partir des acides amins

21 Chapit re 2 : Urognse

22 2.1 Dfinition

23 2.2 Mtabolisme de lammoniac24 2.3 Schma de lurognse25 2.4 Glutaminase26 2.5 Carbamyl-phosphate synthtase I27 2.6 Ornithine carbamyl transfrase28 2.7 Arginino succinate synthtase29 2.8 Pyrophosphatase30 2.9 Myokinase (adnylate kinase)31 2.10 Arginino succinate lyase32 2.11 Fumarase33 2.12 Malate dshydrognase34 2.13 Aspartate aminotransfrase = ASAT35 2.14 Arginase36 2.15 Schma de lurognse37 2.16 Urognse (bilan)38 2.17 N-Actyl glutamate synthase39 2.18 Mtabolisme de lammoniac

8/14/2019 CNbioch

4/139

8/14/2019 CNbioch

5/139

Plan du cours


80 5.5 Srine transhydroxymthylase81 5.6 Radicaux monocarbons (schma gnral)83 5.7 10-formyl-THF synthtase84 5.8 Mthylne-THF dshydrognase85 5.9 Mthylne-THF rductase

86 5.10 Thymidylate synthtase87 5.11 Radicaux monocarbons (schma gnral)89 5.12 Cycle de la choline

91 Chapitre 6 : Le mtabolisme des acides amins glucoformateurs (Ala,Ser , Thr , Asp, Asn, Glu, Gln, Pro, Or n, Arg, His)

92 6.1 Prcurseurs de loxaloactate (schma gnral)93 6.2 Alanine aminotransfrase = ALAT94 6.3 Srine thronine dsaminase

95 6.4 Glycine-amide kinosynthtase96 6.5 Pyruvate carboxylase97 6.6 Asparaginase98 6.7 Aspartate aminotransfrase = ASAT99 6.8 Prcurseurs de l -ctoglutarate (schma gnral)100 6.9 Glutaminase101 6.10 Glutamate dshydrognase102 6.11 Glutamate 5-kinase103 6.12 N-Actyl glutamate synthtase104 6.13 Arginase105 6.14 Histidine dsaminase

107 Chapitre 7 : Le mtabolisme des acides amins soufrs (Met, Cys)

108 7.1 Mtabolisme des acides amins soufrs (schma gnral)110 7.2 S-adnosyl mthionine111 7.3 Mthionine adnosyl transfrase112 7.4 Cystine dioxygnase113 7.5 Phosphoadnylyl phosphosulfate

115 Chapitre 8 : Le mtabolisme des acides amins br anchs (Leu, Ile,Val) et de la lysine

116 8.1 Mtabolisme des acides amins branchs (schma gnral)117 8.2 Transaminase des acides amins branchs119 8.3 Prcurseurs de lactoactate120 8.4 Prcurseurs du propionyl-CoA121 8.5 Mtabolisme de la lysine et du tryptophane (schma gnral)

8/14/2019 CNbioch

6/139

Plan du cours


123 Chapitre 9 : Le mtabolisme des acides amins aromatiques (Phe,Tyr , Trp)

124 9.1 Mtabolisme des acides amins aromatiques (schma gnral)125 9.2 Phnylalanine hydroxylase126 9.3 Tyrosine hydroxylase127 9.4 Tyrosine transaminase128 9.5 Tryptophane pyrrolase

129 Partie III : Les autres molcules azotes

131 Chapitre 10 : Mtabolisme des porphyr ines

132 10.1 Cycle de Shemin (dfinition)

133 10.2 Biosynthse des porphyrines (schma gnral)134 10.3 -ALA synthtase136 10.4 Bilirubine libre (indirecte)

137 Chapitre 11 : Mtabolisme de la cratine

138 11.1 Prcurseurs du phosphate de cratine139 11.2 Catabolisme de la cratine

8/14/2019 CNbioch

7/139

Objectifs


Objectifs Savoir reconnatre 1 les 20 acides amins constitutifs des protines et les classer selon leurs

proprits physiques ou chimiques (objectif pr-requis). Connatre 2 les ractions catalyses par les enzymes suivantes : Alanine Amino Transfrases(ALAT), Aspartate Amino Transfrases (ASAT), Glutamodshydrognase, Histidine dcar-

boxylase. Etablir un schma densemble des carrefours et des voies mtaboliques impliques dans le

mtabolisme de lAzote vers lexcrtion de lAmmoniac (Ammoniophanrse) et de lure(Urognse). Savoir tablir et reconnatre le bilan chimique de chacune de ces voies mta-

boliques. Montrer le mcanisme 3 de la rgulation de lurognse (Gln). Etablir des schmas densemble des carrefours et des voies mtaboliques impliques dans la

synthse et la dgradation des nuclotides (du ribose-5-P lacide urique, de laspartate audTTP). Connatre les prcurseurs respectifs de chacun des atomes du noyau purine. Dfinir 4

chacune des voies mtaboliques impliques. Etablir des schmas densemble des carrefours et des voies mtaboliques conduisant la pro-

duction des composs monocarbons (choline) partir du glucose et des acides amins. Enumrer et classer les principales voies mtaboliques auxquelles participent les acides ami-

ns suivants :

Thronine, srine, glycocolle Alanine, acide aspartique, asparagine Acide glutamique, glutamine, proline, histidine, arginine Mthionine, cystine, mtabolisme du Soufre Leucine, isoleucine, valine, lysine Phnylalanine, tyrosine, tryptophane

1. Savoir r econnatre

corps chimique : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ;raction : dsigner lenzyme au vu de lquation chimique ;voie mtabolique : dsigner la voie mtabolique au vu de son bilan chimique.2. Connatre

corps chimique : crire sa formule dveloppe, numrer les molcules simples dans une structure com-plexe, expliquer une exprience mettant en vidence une proprit chimique ou physique ;

image : dessiner un objet ou une structure ;raction : crire lquation chimique ;voie mtabolique : tablir son bilan chimique partir des ractions de chaque enzyme.3. Montrer le mcanisme (dune raction) ou

Dcr ire les tapes (dune voie mtabolique) : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrerla (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.

4. Dfinir : prciser dans une phrase concise lessence dun objet ou les limites dun concept en excluanttoute notion trangre et en comprenant toutes les variations possibles de lobjet ou du concept cern.

8/14/2019 CNbioch

8/139

Objectifs


8/14/2019 CNbioch

9/139

Le mtabolisme de lazote


Partie I


8/14/2019 CNbioch

10/139



8/14/2019 CNbioch

11/139

Mtabolisme gnral des acides amins


Chapitre 1

Mtabolisme gnral desacides amins

8/14/2019 CNbioch

12/139



1.1 Tr ansaminases

CN 01

Les acides amins du mtabolisme sont tous des acides -amins de la srie L. Les ractionsdu mtabolisme qui concernent ces deux fonctions sont donc communes de nombreux aci-des amins et constituent le mtabolisme gnral des acides amins.

Ce mtabolisme gnral comprend des transaminations, des dcarboxylations et des dsami-nations dont nous allons voir des exemples.

Le catabolisme des acides amins conduit des produits finaux diffrents suivant les circons-tances physiologiques, glucose ou corps ctoniques jen, triglycrides de rserve en priodede stockage, gaz carbonique et nergie durant leffort. Les voies de gluconognse, ctog-nse et lipognse partir des acides amins forment des schmas gnraux du catabolismede ces substrats.

Il existe toute une sous-sous-classe denzymes (EC 2.6.1.n) qui catalysent le transfert de la

fonction amine entre les acides amins et les acides -ctoniques : les transaminases. Ces enzymes permettent lentre des acides amins glucoformateurs dans la gluconognse. Toutes ces enzymes ont pour coenzyme li le phosphate de pyridoxal. Toutes ces enzymes

sont rgules par le cortisol, qui induit leur synthse dans les cellules qui catabolisent des pro-tines.

8/14/2019 CNbioch

13/139



1.2 Exemple de transaminase : aspar tateaminotransfrase

CN 02

LASAT catalyse le transfert de la fonction amine de laspartate vers l -ctoglutarate quelletransforme en glutamate, tandis que laspartate donne un oxaloactate.

Dans un premier temps, lASAT se lie laspartate puis transfre la fonction amine sur uncoenzyme li : le phosphate de pyridoxal qui devient phosphate de pyridoxamine sans cesser dtre li lenzyme. Lenzyme se dissocie alors de loxaloactate.

Dans le second temps, lenzyme lie au phosphate de pyridoxamine, forme un complexe avecl -ctoglutarate, puis transfre la fonction amine du coenzyme qui redevient phosphate de

pyridoxal, vers le second substrat qui est transform en glutamate. Enfin, le complexe ASAT-glutamate se dissocie : lenzyme et son coenzyme li ont recouvr leurs structures initiales.

Lalanine aminotransfrase est un autre exemple de transaminase.

8/14/2019 CNbioch

14/139



1.3 Glutamate dshydrognase

CN 04

La glutamate dshydrognase (GDH) est une enzyme des mitochondries qui dsamine lacideglutamique en acide -ctoglutarique ( -KG). La GDH est forme de quatre ensembles de 6 protomres identiques ayant chacun 505 acides

amins. Le poids molculaire de chacune des 24 sous-units est de 55900. Elle joue un rle important dans le catabolisme des acides amins dont le squelette carbon

sera utilis par le mtabolisme nergtique (cycle de KREBS) ou servira constituer des r-serves nergtiques (gluconognse).

Le NAD +, coenzyme de la glutamate dshydrognase et lADP, accepteur final de lnergie produite par la roxydation du NADH par la chane respiratoire mitochondriale, sont les r-gulateurs de cette enzyme.

8/14/2019 CNbioch

15/139



1.4 Exemple de dcar boxylase : Histidinedcarboxylase

CN 05

Lhistidine dcarboxylase est une enzyme des mastocytes qui produit de lhistamine au coursdes ractions allergiques.

Lhistidine dcarboxylase a pour coenzyme li le phosphate de pyridoxal. La dcarboxylation produit un ion bicarbonate.

Lhistidine dcarboxylase agit comme les transaminases et les dsaminases sur le Carbone de lacide amin, li au phosphate de pyridoxal sous forme de base de Schiff.

Dautres dcarboxylases phosphate de pyridoxal ayant pour substrats des acides amins(Glu, DOPA, acides amins basiques ou aromatiques) produisent les autres amines rencon-tres dans le mtabolisme.

8/14/2019 CNbioch

16/139



1.5 Mono Amine Oxydase = MAO

CN 06

Les monoamine oxydases (MAO-A et MAO-B) sont des flavoprotines de lintestin, du foie,des reins et de nombreux autres organes qui catalysent la dsamination oxydative des aminesaromatiques contenues dans les aliments ou les produits de la digestion. Elles vitent la pn-tration de ces amines vasoconstrictives ou toxiques dans lorganisme comme la tyramine.

Les monoamine oxydases sont aussi prsentes dans le systme nerveux central, qui participentau catabolisme des amines endognes (noradrnaline).

Leau oxygne produite au cours de cette raction est dtruite par la catalase ou une peroxy-dase.

8/14/2019 CNbioch

17/139



1.6 Gluconognse par tir des acides amins

CN 07

La plupart des substrats de la gluconognse pntrent dans les mitochondries, soit directe-ment soit sous forme dacide -ctoniques. Les nombreuses transaminases ou dsaminases donnent des produits qui convergent par plu-

sieurs voies mitochondriales vers le malate :

le produit de lALAT (Ala pyruvate), grce la pyruvate carboxylase rejoint loxa-loactate, produit de lASAT (Asp oxaloactate) puis le malate, grce la malate ds-hydrognase fonctionnant dans le sens oppos celui quelle a dans le cycle de KREBS

l -ctoglutarate issu de nombreux catabolismes dacides amins (exemple : glutamategrce la glutamate dhydrognase), est dcarboxyl et oxyd pour rejoindre le malate

par les mmes enzymes que celles du cycle de KREBS, fonctionnant dans le mme sens

plusieurs acides amins (exemple : valine) conduisent au propionyl-CoA, qui grce la propionyl-CoA carboxylase et la mthylmalonyl-CoA mutase, aboutit au succinyl-CoA puis nouveau au malate.

La gluconognse partir des acides amins produit des ions ammonium qui contribuent perturber lquilibre des cations de la cellules. La dtoxification cellulaire ncessite que cesions soient transports puis limins sous forme de composs chimiques neutres et atoxiques.

8/14/2019 CNbioch

18/139



1.7 Lipognse par tir des acides amins

CN 07/1

Lorsque de nombreux acides amins proviennent de la digestion (repas hyperprotidique) etque les hpatocytes sont soumis leffet de linsuline, les acides amins peuvent participer la lipognse.

Les acides amins ctognes, prcurseurs de lactyl-CoA entrent directement dans la synth-se des acides gras.

Les acides amins glucoformateurs, produisent du malate qui est alors un substrat des enzy-mes maliques, ce qui conduit au pyruvate, lui-mme prcurseur de lactyl-CoA qui ressortde la mitochondrie pour former des acides gras.

8/14/2019 CNbioch

19/139



1.8 Ctognse par tir des acides amins

CN 07/2

Dans le foie, jen, le cycle de KREBS est arrt parce que les substrats quil utilise (en par-ticulier loxaloactate) sont consomms par une voie mtabolique diffrente, la gluconog-nse. De ce fait lactyl-CoA, issu de la -oxydation, ne peut pas tre transform en citratecomme dans la lipolyse des autres cellules.

Cet actyl-CoA est alors le substrat de la ctognse, qui le transforme en actoactate, -hy-droxybutyrate ou actone. Ces trois produits sont scrts dans le plasma (corps ctoniques),

puis excrts par les reins (acides) ou par les poumons (actone). Ils peuvent aussi servir desubstrats nergtiques pour dautres organes dont le cycle de KREBS est actif (cerveau,cur).

Les acides amins dont le catabolisme aboutit lactyl-CoA, lHMG-CoA ou lactoac-tate ne peuvent pas entrer dans la voie de la gluconognse car ils seraient oxyds avant de

parvenir au malate. Ils suivent donc ncessairement le sort des actyl-CoA produits par la -oxydation : transforms en corps ctoniques, ils sont scrts dans le sang.

8/14/2019 CNbioch

20/139



8/14/2019 CNbioch

21/139

Urognse


Chapitre 2

Urognse

8/14/2019 CNbioch

22/139

Urognse


2.1 Dfinition

CN 09

Lurognse est lensemble des ractions enzymatiques catalyses par les enzymes qui fixentlAzote sous forme dure. La voie est exclusivement hpatocytaire (foie) car les hpatocytessont les seules cellules exprimer le gne de lornithine-carbamyl transfrase, enzyme delurognse.

Les atomes dAzote utiliss par les hpatocytes proviennent de toutes les cellules de lorga-nisme sous forme de :

glutamine, qui transporte lammoniac sous une forme trs peu toxique ions ammonium, en trs petites quantits, provenant surtout des dsaminations intestina-

les.

Le Carbone de lure provient des bicarbonates.

Lurognse utilise la malate dshydrognase cytoplasmique dans le sens de loxydation dumalate en oxaloactate, raction commune lurognse, la noglucognse et la sortiedu malate hors des mitochondries.

8/14/2019 CNbioch

23/139

Urognse


2.2 Mtabolisme de lammoniac

CN 10

Les ions ammonium produits par le catabolisme des acides amins dans toutes les cellulessont fixs par transamination sur la-ctoglutarate, puis par la glutamine synthtase. La gluta-mine ainsi produite porte donc deux atomes dAzote. Elle diffuse dans la circulation do elleest capte par les reins ou par le foie.

Dans les muscles, lAzote des acides amins provenant du catabolisme des protines lors du jene prolong, est fix sur le pyruvate produit par la glycolyse cytoplasmique et excrt sousforme dalanine. Lalanine est ensuite capte par le foie qui rcupre le pyruvate pour la glu-conognse.

Dans les reins, la glutaminase libre des ions ammonium qui sont excrts dans lurine com-me les autres cations. Le glutamate restant, repart dans la circulation pour tre recapt par lefoie.

Dans le foie, la glutaminase, puis la glutamate dshydrognase reprennent les deux atomesdAzote ports par la glutamine pour les incorporer dans larginine. Larginine est enfin hy-drolyse pour librer lure.

Lure est scrte nouveau dans le sang pour tre excrte par les reins dans lurine. Le foie peut encore liminer ces Azotes par luricognse, mais chez lHomme cette voie reste

tout fait accessoire pour llimination de lAzote. Le rle de luricognse est avant toutstructural pour la synthse des bases puriques des acides nucliques.

8/14/2019 CNbioch

24/139

Urognse


2.3 Schma de lur ognse

CN 11

Lurognse est une voie mtabolique exclusivement hpatique, dont les enzymes se rpar-tissent entre la matrice mitochondriale, le cytoplasme et les membranes du reticulum endoplasmique.

La glutamine transporte lAzote jusquaux mitochondries du foie. Un premier atome dAzote est incorpor par le carbamyl-phosphate dans la citrulline. Le

deuxime atome dAzote sort des mitochondries sous forme de glutamate pour tre transami-n. Laspartate ainsi obtenu est condens avec la citrulline pour achever la synthse de largi-nine.

Lhydrolyse de larginine sur les membranes du reticulum permet de librer lure directe-ment dans les citernes do elle diffuse vers la veine sus-hpatique.

L -ctoglutarate entre dans les mitochondries pour participer la gluconognse. Il peut

aussi tre amin par la glutamate dshydrognase et sortir nouveau pour former de laspar-tate.

La citrine (transporteur membranaire de glutamate) change le glutamate contre un aspartatequi aprs transamination entrera aussi dans la gluconognse. La citrine participe aussi lanavette malate/aspartate (voir RM 58)

8/14/2019 CNbioch

25/139

Urognse


2.4 Glutaminase

CN 12

La glutaminase est lenzyme qui dgage lammoniaque de la glutamine qui est sa forme detransport. Des isoenzymes se rencontrent dans les tissus qui ont une voie pour liminer lionammonium : rein et foie.

La glutaminase est inhibe par le carbamyl-phosphate, produit de la carbamyl-phosphate syn-thtase qui a pour substrats les ions ammonium produits par la glutaminase.

8/14/2019 CNbioch

26/139

8/14/2019 CNbioch

27/139

Urognse


2.6 Or nithine car bamyl tr ansfrase

CN 14

Lornithine carbamyl transfrase (OCT) est une enzyme des mitochondries des hpatocytes.Lornithine est un acide -amin, homologue infrieur de la lysine, qui ne participe pas lasynthse des protines. Intermdiaire de plusieurs voies mtaboliques, elle est normalement

prsente dans la matrice des mitochondries. LOCT catalyse la condensation du carbamyl-phosphate avec lornithine, pour faire la syn-

thse de la citrulline. Lnergie de la synthse est fournie par lhydrolyse de la liaison anhy-dride mixte riche en nergie du carbamyl-phosphate.

Le gne de lOCT est rprim dans toutes les cellules sauf les hpatocytes, qui sont donc lesseules cellules pouvoir catalyser cette raction indispensable au cycle de lure.

8/14/2019 CNbioch

28/139

Urognse


2.7 Arginino succinate synthtase

CN 15

La citrulline produite par lOCT quitte la mitochondrie pour tre le substrat de lenzymecondensante : larginino succinate synthtase. La synthse par condensation de la citrulline et de laspartate est trs endergonique et nces-

site lhydrolyse de la liaison la plus riche en nergie de la molcule dATP. La raction libreun ion pyrophosphate.

Larginino succinate possde le noyau guanidinium de larginine dans lequel la double liaisonest dlocalise autour de latome de Carbone situ entre les trois atomes dAzote.

Larginino succinate synthtase est lenzyme la plus lente du cycle de lure : elle catalysedans le cytoplasme, ltape dengagement dans la voie de synthse de larginine et de lure.Elle est induite par la glutamine (transcription du gne).

8/14/2019 CNbioch

29/139

Urognse


2.8 Pyrophosphatase

CN 16

Largininosuccinate synthtase produit des ions pyrophosphates dans les hpatocytes, quisont dtruits par les pyrophosphatases qui hydrolysent la liaison anhydride dacide et librentde la chaleur.

Cette hydrolyse a pour effet dliminer les ions pyrophosphates et donc de rendre irrversiblesles ractions enzymatiques qui produisent de tels ions.

8/14/2019 CNbioch

30/139

Urognse


2.9 Myokinase (adnylate kinase)

CN 17

Largininosuccinate synthtase produit encore un 5AMP, rsultat de lhydrolyse de lATP. Le 5AMP est un carrefour mtabolique partir duquel se fait le catabolisme des nuclotidesadnyliques vers lacide urique. Pour viter cette dgradation le 5AMP peut tre ractiv aus-sitt par lnergie dune autre molcule dATP, grce ladnylate kinase.

8/14/2019 CNbioch

31/139

Urognse


2.10 Arginino succinate lyase

CN 18

Larginino-succinate lyase catalyse le clivage de la molcule dargininosuccinate en arginine.La raction de soustraction laisse sur le produit une liaison thylnique disomrie trans : cestle fumarate.

8/14/2019 CNbioch

32/139

Urognse


2.11 Fumarase

CN 19

Une fumarase cytoplasmique (isoenzyme de celle du cycle de KREBS) ajoute une molculedeau sur la liaison thylnique pour faire un malate.

8/14/2019 CNbioch

33/139

Urognse


2.12 Malate dshydrognase

CN 20

La malate dshydrognase cytoplasmique oxyde ensuite le malate issu de lurognse enoxaloactate. La malate dshydrognase du cytoplasme des hpatocytes, au cours de la gluconognse,

oxyde galement le malate sorti des mitochondries en oxaloactate. Le sens de fonctionne-ment tant le mme, les deux voies peuvent utiliser la mme enzyme.

Le NADH produit dans le cytoplasme du foie au cours de lurognse est utilis de prfren-ce par la gluconognse (phosphoglycraldhyde dshydrognase). La gluconognse estle plus souvent active en mme temps que lurognse car les deux voies participent au ca-tabolisme des acides amins et sont induites par le cortisol.

8/14/2019 CNbioch

34/139

Urognse


2.13 Aspar tate aminotransfrase = ASAT

CN 21

Laspartate aminotransfrase cytoplasmique transfre enfin la fonction amine dune nouvellemolcule de glutamate sur loxaloactate. Laspartate ainsi produit sera nouveau le substrat de largininosuccinate synthtase pour re-

prendre le cycle de ractions partir de la citrulline qui sort de la mitochondrie.

8/14/2019 CNbioch

35/139

Urognse


2.14 Arginase

CN 22

Larginase est une enzyme de la membrane du reticulum endoplasmique des hpatocytes. Ellehydrolyse larginine en ornithine et ure, puis excrte celle-ci par la lumire des citernes dureticulum vers lextrieur de la cellule. Lornithine libre dans le cytoplasme est nouveaucapte par la mitochondrie.

Les acides amins basiques (ornithine, lysine, arginine) peuvent franchir la membrane internede la mitochondrie grce un transporteur fonctionnant avec lnergie du gradient chimio-os-motique de la membrane. Dans le cytoplasme, larginase est inhibe par les acides amins ba-siques (lysine ou ornithine) ce qui entrane un ralentissement du cycle. Dans les mitochondriesau contraire, un excs darginine active la N-actyl glutamate synthtase (activation du cycle).

Larginase joue aussi un rle important dans la rgulation de limmunit cellulaire parce que

1. elle est en comptition avec les NO synthtases (voir MI 35) pour le mme substrat, lar-ginine

2. et elle permet la libration de lornithine, prcurseur de la proline et des polyamines(Spermine, spermidines, voir CN 76 ) qui participent la croissance cellulaire.

8/14/2019 CNbioch

36/139

Urognse


2.15 Schma de lurognse

CN 11/1

Lurognse est une voie mtabolique exclusivement hpatique, dont les enzymes se rpar-tissent entre la matrice mitochondriale, le cytoplasme et les membranes du reticulum endoplasmique.

La glutamine transporte lAzote jusquaux mitochondries du foie. Un premier atome dAzote est incorpor par le carbamyl-phosphate dans la citrulline. Le

deuxime atome dAzote sort des mitochondries sous forme de glutamate pour tre transami-n. Laspartate ainsi obtenu est condens avec la citrulline pour achever la synthse de largi-nine.

Lhydrolyse de larginine sur les membranes du reticulum permet de librer lure directe-ment dans les citernes do elle diffuse vers la veine sus-hpatique.

L -ctoglutarate entre dans les mitochondries pour participer la gluconognse. Il peut

aussi tre amin par la glutamate dshydrognase et sortir nouveau pour former de laspar-tate.

La citrine (transporteur membranaire de glutamate) change le glutamate contre un aspartatequi aprs transamination entrera aussi dans la gluconognse. La citrine participe aussi lanavette malate/aspartate (voir RM 58).

8/14/2019 CNbioch

37/139

Urognse


2.16 Urognse (bilan)

CN 24

Ecrivons successivement les ractions catalyses par toutes les enzymes de la voie mtaboli-que, en partant de la glutamine, qui apporte au foie lazote provenant des acides amins detoutes les cellules, jusqu lure, scrte par le foie dans la circulation pour tre limine par les reins. Les trois premires ractions se font dans la mitochondrie, le reste dans le cytoplas-me.

Dans ce bilan lornithine consomme par lornithine carbamyl-transfrase est rcupre lafin comme produit de larginase entrant nouveau dans la mitochondrie. La voie mtaboliqueest donc un cycle. Le cycle de lure (cycle de KREBS-HENSELEIT) est comparable ce ti-tre lautre cycle de KREBS des mitochondries.

Au total, une molcule de glutamine et un ion bicarbonate donnent naissance une molculedure. La voie mtabolique consomme quatre liaisons riches en nergie (ATP). Elle produit

de l -ctoglutarate et un NADH (utiliss par la gluconognse), 4 ADP, 4 ions phosphateet 5 protons.

8/14/2019 CNbioch

38/139

Urognse


2.17 N-Actyl glutamate synthase

CN 25

Le N-actyl-glutamate de la matrice mitochondriale est leffecteur positif de lurognse.Cet effecteur est produit partir du glutamate et de lactyl-CoA par une enzyme spcifique :la N-actyl glutamate synthase.

Les acides amins basiques sont des effecteurs du cycle de lure : lornithine en inhibant lar-ginase, larginine en activant la N-actyl glutamate synthtase.

Le N-actyl glutamate est un activateur de la carbamyl-phosphate synthtase. Le carbamyl- phosphate est un inhibiteur de la glutaminase, de sorte que lquilibre entre les concentrationsde N-actyl-glutamate et de carbamyl-phosphate rgule lactivit des enzymes de lurogn-se dans la mitochondrie.

Le N-actyl glutamate est aussi le premier intermdiaire de la voie de synthse de lornithine,synthse qui accompagne obligatoirement toute induction ou activation du cycle de lurog-

nse. Toutes les enzymes du cycle de lure sont synthtises par des gnes dont lexpression est

induite par le cortisol. Un rgime riche en azote ou un jene prolong peut augmenter de 200fois la vitesse de synthse de lure par le foie.

8/14/2019 CNbioch

39/139

Urognse


2.18 Mtabolisme de lammoniac

CN 10/1

Les ions ammonium produits par le catabolisme des acides amins dans toutes les cellulessont fixs par transamination sur la-ctoglutarate, puis par la glutamine synthtase. La gluta-mine ainsi produite porte donc deux atomes dAzote. Elle diffuse dans la circulation do elleest capte par les reins ou par le foie.

Dans les muscles, lAzote des acides amins provenant du catabolisme des protines lors du jene prolong, est fix sur le pyruvate produit par la glycolyse cytoplasmique et excrt sousforme dalanine. Lalanine est ensuite capte par le foie qui rcupre le pyruvate pour la glu-conognse.

Dans les reins, la glutaminase libre des ions ammonium qui sont excrts dans lurine com-me les autres cations. Le glutamate restant, repart dans la circulation pour tre recapt par lefoie.

Dans le foie, la glutaminase, puis la glutamate dshydrognase reprennent les deux atomesdAzote ports par la glutamine pour les incorporer dans larginine. Larginine est enfin hy-drolyse pour librer lure.

Lure est scrte nouveau dans le sang pour tre excrte par les reins dans lurine. Le foie peut encore liminer ces Azotes par luricognse, mais chez lHomme cette voie reste

tout fait accessoire pour llimination de lAzote. Le rle de luricognse est avant toutstructural pour la synthse des bases puriques des acides nucliques.

8/14/2019 CNbioch

40/139

Urognse


8/14/2019 CNbioch

41/139

Mtabolisme des bases puriques


Chapitre 3

Mtabolisme des basespuriques

8/14/2019 CNbioch

42/139



3.1 Mtabolisme des pur ines

CN 27

La plupart des cellules sont capables de faire la synthse complte du noyau des purines par-tir du ribose-5-phosphate, produit de la voie des pentoses-phosphates. Dautres enzymes permettent de rutiliser les bases puriques issues de la digestion pour re-

composer des nuclotides. Cette synthse aboutit linosine monophosphate (IMP), carrefour mtabolique conduisant

la synthse de lAMP et du GMP. Ces nuclotides sont les substrats de la synthse des acidesnucliques et de divers coenzymes.

Les nuclotides puriques peuvent tre cataboliss en acide urique. La synthse des purines etla dgradation des nuclotides puriques sont aussi une voie accessoire de llimination delAzote sous forme dacide urique (uricognse). Une trop grande activation de cette voie est lorigine des diverses formes de la goutte.

8/14/2019 CNbioch

43/139



3.2 Cycle long, cycle cour t

CN 28

Chez lHomme, la biosynthse des purines est destine produire les nuclotides qui sont lessubstrats des polymrases dacides nucliques ou les coenzymes transporteurs dnergie. LHGPRTase et lAPRTase participent aussi cette synthse en ractivant les nuclosides ou

les bases puriques qui proviennent de la digestion des acides nucliques. Chez les Oiseaux, la biosynthse des purines est la voie principale dlimination de lAzote

(uricotliques). Dans cette classe danimaux la voie mtabolique conduit directement laci-de urique sans passer par ladnine ou la guanine : on parle alors de cycle court du mtabolis-me des purines (uricognse).

Lorsque les intermdiaires de cette voie sont utiliss pour faire la synthse de nuclotides ad-nyliques ou guanyliques, qui sont ensuite incorpors dans la structure primaire des acides nu-cliques, on parle de cycle long du mtabolisme des purines.

Dans des circonstances pathologiques (goutte), on voit sactiver le cycle court chez lHomme.Physiologiquement lexcrtion dacide urique est minime (1 5 mmol/24h) par rapport cellede lure (300 500 mmol/24h).

8/14/2019 CNbioch

44/139



3.3 5-PRPP synthtase

CN 29

La 5-phosphoribosyl pyrophosphate synthtase (ou ribose-phosphate pyrophosphokinase) estune enzyme commune diverses voies de synthse, dont la synthse des purines et celle des pyrimidines chez lHomme.

Elle catalyse une raction de transfert de pyrophosphate sur l -D-ribose issu de la voie des pentoses-phosphates. LATP est le coenzyme donneur de pyrophosphate et donneur dner-gie.

Le produit de la raction le 5-phosphoribosyl-pyrophosphate (= 5-PRPP) est un carrefour m-tabolique, substrat de nombreuses enzymes de synthse des nuclotides :

Adnine phosphoribosyl transfrase Hypoxanthine-Guanine phosphoribosyl transfrase (= HGPRTase)

Orotate phosphoribosyl transfrase (complexe U) 5-PRPP amidotransfrase

Lenzyme est inhibe par les nuclotides puriques : ADP et GDP.

8/14/2019 CNbioch

45/139



3.4 5-PRPP amidotransfrase (enzyme-cl)

CN 30

La 5-PRPP amidotransfrase catalyse ltape dengagement du 5-PRPP dans la voie de bio-synthse des purines. Elle catalyse le transfert dune molcule dammoniac de la fonction -carboxylamine de la

glutamine vers le Carbone n1 du ribose du 5-PRPP. Lnergie est fournie par la liaison py-rophosphate hydrolyse. La raction est irrversible et une pyrophosphatase dtruit lion py-rophosphate produit. Le pyrophosphate est li lanomre du ribose du 5-PRPP. Au coursde la raction, le ribose subit une mutarotation qui aboutit la fixation de la fonction amine

par une liaison N-glycosidique sur un anomre du ribose-5-phosphate. Lenzyme est inhibe allostriquement par les nuclotides puriques : IMP, AMP et GMP. En

pharmacologie, on utilise lazasrine, analogue structural de la glutamine, comme inhibiteur comptitif de la 5-PRPP amidotransfrase. La 5-PRPP aminotransfrase a le mme promoteur

que la 5-amino-imidazole-ribotide carboxylase qui catalyse une des tapes suivantes de lamme voie mtabolique.

8/14/2019 CNbioch

46/139



3.5 Pr emire multienzyme

CN 30/1

Les tapes 2, 3 et 5 de la voie de synthse de lIMP sont catalyses par une seule multienzymedes 110 kDa qui catalyse les ractions de glycinamide kinosynthtase (EC 6.3.4.13), de gly-cinamide formyltransfrase (EC 2.1.2.2) et daminoimidazole synthtase (EC 6.3.3.1).

Ltape 4 est catalyse par une protine indpendante, la formylglycinamide amidotransfrase(EC 6.3.5.3).

Les substrats utiliss sont le glycocolle, la glutamine, le 10-formyl-THF et lATP (donneur dnergie).

8/14/2019 CNbioch

47/139



3.6 Formylglycinamide-ribotideamidotransfrase

CN 30/6

La formylglycinamide-ribotide amidotransfrase catalyse une seconde raction de transfertdu groupe amine de la glutamine sur la formyl glycinamide. Lnergie de la liaison est donne

par lhydrolyse dune molcule dATP en ADP et phosphate. Linsaturation permet la fermeture du cycle ds ltape suivante.

8/14/2019 CNbioch

48/139



3.7 Deuxime multienzyme

CN 31

Les tapes 6 et 7 de la voie de synthse de lIMP sont catalyses par une multienzyme de46 kDa qui catalyse les ractions daminoimidazole carboxylase (EC 4.1.1.21) et la SAICAR synthtase (EC 6.3.2.6).

Les substrats utiliss sont le bicarbonate et lATP (donneur dnergie). Cette incorporation degaz carbonique est trs rare dans le mtabolisme des animaux.

La deuxime multienzyme est code par un gne unique qui a le mme promoteur que le gnede la 5-PRPP amidotransfrase, enzyme-cl de la voie. Les deux gnes subissent donc lamme rgulation au niveau de la transcription.

8/14/2019 CNbioch

49/139



3.8 Adnylosuccinate lyase

CN 31/3

Ladnylosuccinate lyase est une enzyme de la voie de synthse des purines qui catalyse deuxractions de clivage dans la mme voie mtabolique : celle du SAICAR et celle de ladnylo-succinate que nous verrons par la suite.

Dans les deux cas la raction libre du fumarate dans le cytoplasme. Ce fumarate sera hydrat par la fumarase cytoplasmique en malate. Le malate sera oxyd en oxaloactate par la malatedshydrognase, comme dans lurognse. Au cours de cette raction un NAD + est rduit en

NADH. Enfin loxaloactate sera transamin aux dpens de lacide glutamique pour redonner laspartate substrat de la SAICAR synthtase ou de ladnylosuccinate synthtase et l -c-toglutarate, qui sera utilis par les mitochondries.

8/14/2019 CNbioch

50/139



3.9 Tr oisime multienzyme

CN 31/4

Aprs laction de ladnylosuccinate lyase, les tapes 9 et 10 de la voie de synthse de lIMPsont catalyses par une dernire multienzyme de 65 kDa qui catalyse les ractions dAICAR formyl-transfrase (EC 2.1.2.3) et dIMP cyclohydrolase (EC 3.5.4.10.

Le substrat utilis est un radical monocarbon apport par le dihydrofolate : 10-formyl DHF. La synthse de lhypoxanthine acheve, le produit final est le nuclotide IMP (inosine mono-

phosphate), carrefour mtabolique conduisant la synthse de lATP et du GTP. Chez les microorganismes, lAICAR est aussi un sous-produit de la voie de biosynthse de

lhistidine, qui est retransform en AMP par cette voie.

8/14/2019 CNbioch

51/139



3.10 Pr cur seur s de lIMP

CN 32

Le noyau purine se construit entirement sur le 5-phosphoribose en ajoutant successivement : un azote de la glutamine (N9) lensemble de la molcule du glycocolle (C4, C5 et N7) un radical monocarbon du mthnyl-THF (C8) un autre azote de la glutamine (N3)

puis, fermeture du cycle imidazole. Il sajoute encore

un ion bicarbonate (C6) un azote de laspartate (N1)

un autre radical monocarbon du formyl-THF (C2)avant que le deuxime cycle ne se ferme.

Lentre des deux radicaux monocarbons ports par le THF, rend indispensable ce coenzyme pour la synthse des purines. Les antifoliques sont des antivitamines qui limitent la synthsedu THF et sont employs en chimiothrapie anticancreuse.

8/14/2019 CNbioch

52/139



3.11 Synthse des pur ines (schma gnral)

CN 33

Le schma mtabolique de biosynthse des purines est simple car la voie comporte peu de car-refours mtaboliques. Le ribose 5-phosphate est produit par la voie des pentoses phosphates. La 5-PRPP synthtase produit le 5-phosphoribosyl pyrophosphate, carrefour mtabolique

conduisant soit la synthse des pyrimidines, soit celle des purines. La 5-PRPP amidotransfrase catalyse ltape dengagement de la synthse du noyau purine :

elle est inhibe allostriquement par les nuclotides puriques, produits finaux de la voie. Cette voie mtabolique conduit lIMP, prcurseur commun de lAMP et du GMP. Les nuclotides conjugus en drivent par transphosphorylation partir de lATP issu de la

chane respiratoire mitochondriale.

8/14/2019 CNbioch

53/139



3.12 Synthse de lAMP (bilan)

CN 34

Faisons enfin la somme des bilans partiels de la 5-PRPP synthtase, de la synthse du noyau purine, de la synthse du 5AMP et de la rgnration de laspartate. Au total, pour faire la synthse complte du 5AMP partir du ribose 5-phosphate, la cellule

a utilis 2 glutamines pour les Azotes, un glycocolle, deux radicaux monocarbons et un ion bicarbonate pour les carbones.

Lnergie consomme est de sept liaisons riches en nergie. Les deux radicaux monocarbons proviennent de la srine ou du glycocolle, qui peuvent avoir

t produits partir du glucose. Les seuls produits sont l -ctoglutarate et le NADH qui peuvent entrer dans les mitochon-

dries pour tre oxyds ou tre les substrats de la gluconognse (foie).

8/14/2019 CNbioch

54/139



3.13 Adnylosuccinate synthtase

CN 35

Ladnylosuccinate synthtase est une enzyme de condensation qui lie laspartate lIMP.Cest la raction dengagement dans la voie de synthse de lAMP. La raction tire son nergie de liaison de lhydrolyse dun GTP en GDP et en phosphate. La

biosynthse de lATP fait appel au GTP comme coenzyme donneur dnergie, ce qui est un point de rgulation possible car rciproquement, la voie de synthse du GTP fait appel lATP comme source dnergie.

Ladnylosuccinate synthtase est rtroinhibe par le 5AMP.

8/14/2019 CNbioch

55/139



3.14 Adnylosuccinate lyase

CN 36

Ladnylosuccinate lyase est une enzyme de la voie de synthse des purines qui catalyse deuxractions de clivage : celle du SAICAR dj vue, et celle de ladnylo-succinate. Dans les deux cas la raction libre du fumarate dans le cytoplasme. Ce fumarate sera hydrat

par la fumarase cytoplasmique en malate. Le malate sera oxyd en oxaloactate par la malatedshydrognase, comme dans lurognse. Au cours de cette raction un NAD + est rduit en

NADH. Enfin loxaloactate sera transamin aux dpens de lacide glutamique pour redonner laspartate, substrat de la SAICAR synthtase ou de ladnylosuccinate synthtase, et l -c-toglutarate, qui sera utilis par les mitochondries.

Le produit final est lacide adnylique (5AMP). Celui-ci peut tre dsamin et redonner lIMP.

8/14/2019 CNbioch

56/139



3.15 IMP dshydr ognase

CN 37

Linosine monophosphate dshydrognase est une oxydo-rductase qui oxyde lIMP en xan-thine monophosphate (XMP). Cest la raction dengagement dans la voie de synthse duGMP.

Le coenzyme oxydant est le NAD + qui est rduit en NADH. Linosine monophosphate dshydrognase est lenzyme-cl de la synthse du GTP. Elle est

rtroinhibe par le 5GMP.

8/14/2019 CNbioch

57/139



3.16 XMP amidotr ansfrase

CN 38

La xanthine monophosphate amidotransfrase catalyse une raction de transfert du groupeamine de la glutamine sur la xanthine monophosphate. La raction tire son nergie de liaison de lhydrolyse dun ATP en AMP et en pyrophosphate.

Le pyrophosphate produit est aussitt hydrolys par une pyrophosphatase en deux ions phosphates. La biosynthse du GTP fait appel lATP comme coenzyme donneur dnergie, cequi est un point de rgulation possible car rciproquement, la voie de synthse de lATP faitappel au GTP comme source dnergie.

8/14/2019 CNbioch

58/139



3.17 Synthse des nuclotides pur iques(schma gnral)

CN 39

Linosine monophosphate est le premier nuclotide purique, carrefour mtabolique des voiesde synthse du GTP et de lATP. Chacune de ces voies est initie par une enzyme rgulatrice :ladnylosuccinate synthtase et lIMP dshydrognase, rgules par les nuclotides corres-

pondants. Enfin les ribonuclotides diphosphates (ADP et GDP) peuvent tre rduits en dsoxyribonu-

clotides diphosphates (dADP et dGDP).

8/14/2019 CNbioch

59/139



3.18 Adnine Phospho-Ribosyl Tr ansfrase

CN 40

Ladnosine monophosphate (AMP) est le carrefour mtabolique o commence la voie de ca-tabolisme des nuclotides adnyliques en direction de lacide urique. LAMP est hydrolysen adnosine par une phosphatase : la 5-nuclotidase, puis en adnine par une adnosine py-rophosphorylase.

Ladnine peut provenir de la dgradation de lAMP dans les cellules o le rapport ATP/ADPest trs abaiss, ou de la digestion des acides nucliques alimentaires. Elle est le substrat deladenine dsaminase pour poursuivre la voie vers lacide urique.

Mais, la cellule peut faire lconomie dune synthse en ractivant ladnine grce ladnine phospho-ribosyl transfrase qui condense ladnine avec un 5-phosphoribosyl pyrophosphate(5-PRPP).

8/14/2019 CNbioch

60/139



3.19 Hypoxanthine-Guanine PhosphoRibosylTr ansfrase = HGPRTase

CN 41

Linosine monophosphate (IMP) et la guanine monophosphate sont des carrefours mtaboli-ques o commencent les voies de catabolisme des autres nuclotides puriques en direction delacide urique. LIMP est hydrolys en inosine par une phosphatase : la 5-nuclotidase, puisen hypoxanthine par une inosine pyrophosphorylase. Le GMP est hydrolys en guanosine par une phosphatase : la 5-nuclotidase, puis en guanine par une guanine pyrophosphorylase.

La guanine peut provenir de la dgradation du GMP ou de la digestion des acides nucliquesalimentaires. Elle est le substrat de la guanine dsaminase pour poursuivre la voie vers lacideurique.

Mais, la cellule peut faire lconomie dune synthse en ractivant lhypoxanthine ou la gua-nine grce lhypoxanthine-guanine phospho-ribosyl transfrase qui condense ces bases pu-riques avec un 5-phosphoribosyl pyrophosphate (5-PRPP).

8/14/2019 CNbioch

61/139



3.20 Ribonuclotide r ductase

CN 42

Dans les voies de biosynthse des nuclotides puriques ou pyrimidiques, le passage du riboseau dsoxyribose est catalys par une ribonuclotide rductase. La ribonuclotide rductase est spcifique des nuclosides diphosphates. La raction se droule en plusieurs tapes impliquant divers cofacteurs : ATP et Magnsium,

thioredoxine (protine transporteuse dHydrogne), NADPH. Au cours de la phase S du cycle cellulaire, la ribonuclotide rductase et une kinase sont lies

la DNA polymrase canalisant les dsoxyribonuclosides triphosphates vers le site actif dela polymrase.

8/14/2019 CNbioch

62/139



3.21 Xanthine dshydr ognase

CN 43

La xanthine dshydrognase est la principale enzyme de la dgradation des bases puriques.Elle a pour coenzyme un driv du GTP, avec un noyau ptrine et un atome de Molybdne.Sa structure comporte encore deux FAD et plusieurs centres Fer-Soufre.

La xanthine dshydrognase catalyse successivement loxydation des Carbones 2 et 8 dunoyau purine, transformant lhypoxanthine en xanthine et la xanthine en urate. Les lectrons

peuvent tre transfrs par lintermdiaire du Molybdne (Mo VI Mo IV) sur le NAD +, lecytochrome c ou lOxygne selon les tissus et lisoforme de lenzyme.

Lenzyme comporte une forme rduite (xanthine dshydrognase : EC 1.1.1.204) catalysantla dhydrognation avec le NAD + comme coenzyme. Elle peut tre convertie par oxydationen un dimre (xanthine oxydase : EC 1.1.3.22) fonctionnant avec loxygne et produisant des

peroxydes. In vivo, la forme rduite prdomine dans le foie et la forme oxyde dans les vais-

seaux. Chez lHomme et les anthropodes, la voie mtabolique ne se poursuit pas au del de lacide

urique et ce produit est limin dans les urines sous forme durate. Lacide urique est moinssoluble que ses sels dans les urines ; lorsque le pH des urines est bas cet acide peut prcipiter dans lappareil urinaire sous forme de cristaux, ce sont les calculs rnaux.

Lacide urique produit est un puissant antioxydant extracellulaire, mais les peroxydes pro-duits par la xanthine oxydase sont des facteurs majeurs du stress oxydatif.

Lallopurinol (mdicament de la goutte) est un analogue structural de lhypoxanthine quiexerce une inhibition comptitive trs forte sur la xanthine oxydase.

8/14/2019 CNbioch

63/139



3.22 Schma de lur icognse

CN 44

Le catabolisme des nuclotides puriques conduit dabord aux nuclosides monophosphates :AMP et GMP. A ce stade la dgradation des nuclotides est engage. Une phosphatase (5-nuclotidase) hydrolyse la liaison ester liant le phosphate au nucloside.

Le nucloside est ensuite dcompos par une phosphorylase qui libre la base purique et leribose 5-phosphate.

A ce stade la base purique nest pas encore engage dfinitivement vers llimination, car desenzymes peuvent en prsence de 5-phosphoribosyl pyrophosphate (5-PRPP) reconstituer lAMP (Adnine phosphoribosyl transfrase ou APRTase) ou le GMP (Hypoxanthine guani-ne phosphoribosyl transfrase ou HGPRTase). Ladnine perd encore sa fonction amine pour donner lhypoxanthine, qui peut encore reconstituer lIMP grce lHGPRTase.

Les nuclosides eux-mmes peuvent tre dsamins :

adnosine dsaminase inosine guanosine dsaminase xanthosine

Lhypoxanthine est le substrat qui sengage dfinitivement vers llimination car elle est le premier substrat de la xanthine oxydase, qui loxyde successivement en xanthine et en acideurique.

Chez lhomme lacide urique est limin par les reins dans lurine.

8/14/2019 CNbioch

64/139



3.23 Excrtion de lAzote

CN 45

La voie dexcrtion de lAzote (nitrognotlie) a volu dans le rgne animal en perdant lexpression de plusieurs enzymes : il en rsulte que le produit final de cette voie mtaboliquechange selon les groupes.

Les Oiseaux, Reptiles ou Batraciens terrestres produisent peu durines : chez ces animaux,lexcrtion directe dacide urique (uricotlie) dans le cloaque, permet de diminuer la consom-mation deau. Les anthropodes et lHomme sont aussi dpourvus duricase, mais peuvent

produire directement lure (urotlie). Les Poissons, vivant dans leau, excrtent lure ou lacide allantoque, selon quils sont ou

non dpourvus dallantocase. Les Mammifres, excrtent la plus grande part de lAzote sous forme dure, produite par le

cycle de lure (urotlie). Cette excrtion ncessite une grande quantit deau pour solubili-

ser lure. Une faible quantit dAzote est excrte sous forme dallantone ou durate selonselon lexpression de lallantonase.

Lammonimie et lexcrtion de lammoniac est plus importante chez les Invertbrs qui sontles seuls pourvus de lurase, et reprsente la part la plus importante de lAzote excrt. Quel-ques Invertbrs excrtent de la guanine non catabolise (Arachnides) ou des acides amins(Nmatodes).

8/14/2019 CNbioch

65/139

Mtabolisme des bases pyrimidiques


Chapitre 4

Mtabolisme des basespyrimidiques

8/14/2019 CNbioch

66/139



4.1 Synthse des pyr imidines (schmagnral)

CN 46

La synthse des pyrimidines est catalyse par deux complexes multienzymatiques qui asso-cient les activits enzymatiques suivantes :

COMPLEXE A : carbamyl-phosphate synthtase II, aspartate transcarbamylase et di-hydro-orotase

COMPLEXE U : orotate phosphoribosyl transfrase et OMP dcarboxylase.

Entre les deux intervient une dshydrognase de la membrane interne de la mitochondrie pour oxyder le dihydro-orotate en orotate.

La protine-kinase A active le complexe A en le phosphorylant dans le domaine de la carba-myl-phosphate synthtase II, mais lUTP, produit final inhibe cette phosphorylation.

8/14/2019 CNbioch

67/139



4.2 Complexe A

CN 47

La voie de biosynthse cytoplasmique des pyrimidines est initie par une multienzyme, cest dire une protine forme dune seule chane dacides amins de 240 kD, avec plusieurs sitesactifs catalysant des ractions successives sur des molcules passant dun site lautre.

Un site carbamyl-phosphate synthtase associe dabord un bicarbonate, un ammonium issu dela glutamine, et un phosphate, en hydrolysant 2 ATP. Le carbamyl-phosphate est ensuite con-dens avec un acide aspartique par une aspartate carbamyl transfrase. Enfin le cycle pyrimi-dique est ferm par une dihydro-orotase.

Le produit final, dihydro-orotate, passe alors dans lespace intermembranaire de la mitochon-drie.

Le complexe A est rtroinhib allostriquement par lUTP, produit final de la voie mtaboli-que, activ par le 5-PRPP et rgul au cours du cycle cellulaire par des phosphorylations an-

tagonistes de la protine kinase A inhibitrice et des MAP-kinases activatrices.

8/14/2019 CNbioch

68/139



4.3 Dihydr o-orotate dshydrognase

CN 48

La dihydro-orotate dshydrognase est une enzyme de la membrane interne des mitochon-dries. Elle catalyse loxydation du dihydro-orotate en orotate dans lespace intermembranaire et la

rduction du NAD + en NADH dans la matrice. Cette raction libre un proton dans la matricemitochondriale.

8/14/2019 CNbioch

69/139



4.4 Complexe U

CN 49

La dernire tape de la synthse de lUMP est encore catalyse par une multienzyme. Dans un premier site actif lacide orotique est activ par le 5-phosphoribosylpyrophosphate(5-PRPP) grce une phosphoribosyl transfrase analogue aux enzymes APRTase et HGPR-Tase de la ractivation des purines. Enfin en dernier lieu une dcarboxylase retire le carbonen7 et libre lUMP.

8/14/2019 CNbioch

70/139



4.5 Synthse du CTP (bilan)

CN 50

La synthse des bases pyrimidiques est une voie mtabolique du cytoplasme. Cette voie utiliseune carbamyl-phosphate synthtase cytoplasmique diffrente de celle de lurognse. La voie de synthse des pyrimidines comprend un premier complexe multienzymatique qui

catalyse la synthse du dihydroorotate (complexe A).Ce produit est oxyd par une dshydrognase de la face externe de la membrane interne de lamitochondrie qui transfre les Hydrognes vers la chane respiratoire mitochondriale.Un multienzyme (complexe U) condense lorotate avec le 5-PRPP pour en faire un nuclotide(orotidine monophosphate = OMP) qui est ensuite dcarboxyl en UMP.

Lactivation de lUMP conduit lUTP, sur lequel une fonction amine est ajoute, provenantde la glutamine, pour aboutir au CTP.

Au total, le CTP est form dun aspartate et dun 5-PRPP, plus les Azotes de 2 glutamines. La

synthse consomme un atome dOxygne, une liaison riche en nergie (ATP) et ne produitque 2 glutamate.

8/14/2019 CNbioch

71/139



4.6 Synthse des nuclotides pyrimidiques(schma gnral)

CN 51

A partir de lUMP, les cellules synthtisent tous les nuclotides pyrimidiques :

par phosphorylation (UDP,UTP), grce aux nuclotides kinases, par une ammoniac-ligase, pour former la cytosine, par la ribonuclotide rductase, pour faire un 2-dsoxyribose, par la thymidylate synthase pour atteindre les nuclotides thymine(dTMP).

LUTP est un substrat spcifique des RNA polymrases. Le dTTP est un substrat spcifiquedes DNA polymrases. Les autres nuclosides triphosphates participent la synthse desARN et de lADN.

8/14/2019 CNbioch

72/139



4.7 Catabolisme des pyr imidines

CN 52

Les nuclotides pyrimidiques monophosphates sont cataboliss en nuclosides par les phos- phatases (5 nuclotidase), puis en bases pyrimidiques par des phosphorylases. La cytidine (nucloside) est dsamine en uridine. Les acides dsoxycytidylique (dCMP) et

dsoxyuridylique (dUMP) sont convertis en acide thymidylique (dTMP). Les noyaux pyrimidiques enfin sont ouverts par oxydation et les produits limins dans les

urines : -alanine pour les ribonuclotides drivs des ARN, -amino isobutyrate (BAIBA) pour les dsoxyribonuclotides drivs de lADN.

8/14/2019 CNbioch

73/139

Les mtabolismes propres des acides amins


Partie II

Les mtabolismes propres desacides amins

8/14/2019 CNbioch

74/139

Les mtabolismes propres des acides amins


8/14/2019 CNbioch

75/139

Le mtabolisme des radicaux monocarbons


Chapitre 5

Le mtabolisme des r adicauxmonocarbons

8/14/2019 CNbioch

76/139



5.1 Pr cur seur s des r adicaux monocar bons(schma gnral)

CN 53

Les radicaux monocarbons sont des parties de molcules avec un seul carbone plus ou moinsoxyd, qui peuvent tre transportes par les enzymes dun substrat vers un autre ou vers uncoenzyme transporteur.

Selon le degr doxydation, on distingue le radical mthyl : -CH 3, le radical hydroxymthyle :-CH 2OH et le radical formyl : -CHO. Le plus oxyd est le radical carboxyle : -COOH, qui estle forme dlimination des radicaux monocarbons.

Les radicaux monocarbons peuvent tre synthtiss partir des nutriments comme le gluco-se, prcurseur de la srine qui contient un hydroxymthyle et du glycocolle qui donnera unradical formyle ; partir dacides amins indispensables comme la mthionine qui contient un radical mthyleou lhistidine qui apportera un radical formyle ;ou enfin partir de molcules formes par les radicaux monocarbons eux-mmes comme lacholine, prcurseur de la btane, entirement construite partir de radicaux monocarbons etcapable de les restituer dans son catabolisme.

8/14/2019 CNbioch

77/139



5.2 3-phosphoglycrate dshydrognase

CN 54

La phosphoglycrate dshydrognase est lenzyme qui commence la voie mtabolique desynthse de la srine partir du 3-phosphoglycrate, intermdiaire de la glycolyse cytoplas-mique.

Le 3-phospho-hydroxypyruvate est ensuite transamin par une srine aminotransfrase qui produit une 3-phospho-L-srine.

Cette 3-phospho-L-srine est enfin hydrolyse par une phosphatase qui permet daboutir lasrine.

Par cette synthse, ces enzymes conduisent la srine et au glycocolle, qui sont des prcur-seurs importants des radicaux monocarbons, de la choline et de nombreux composs mthy-ls ou formyls.

8/14/2019 CNbioch

78/139



5.3 Ttr ahydr ofolate

CN 55

Les radicaux monocarbons sont des fragments de molcules qui sont transfrs entre leurssubstrats par les enzymes de la sous-classe EC 2.1.n.n : mthyl, hydroxymthyl, formyl, for-mimine, carboxyl, carbamoyl, etc...

Le ttrahydrofolate (THF) est un driv de lacide folique (acide ptroyl-glutamique ou vita-mine B 9) qui est le coenzyme transporteur de la plupart des radicaux monocarbons. La S-adnosyl-mthionine et la biotine transportent respectivement des radicaux mthyl et car-

boxyl. Sur le THF, les radicaux monocarbons subissent des ractions doxydo-rduction quiles conduisent de mthnyl-THF mthylne-THF puis mthyl-THF.

La synthse du THF partir de lacide folique comporte deux rductions par des dshydrog-nases NADPH, dont la seconde la dihydrofolate rductase joue un rle important dans la

biosynthse de la thymine.

8/14/2019 CNbioch

79/139



5.4 Coenzymes cobamides

CN 56

Les coenzymes cobamide sont issus de la vitamine B 12 (hydroxycobalamine). Ils sont lis des enzymes catalysant des ractions de transfert de radicaux mthyls. A ce titre, ils jouentdes rles importants dans le mtabolisme des radicaux monocarbons et dans la gluconog-nse.

Leurs structures comporte toujours une porphyrine IX (noyau corrine) centre par un atomede cobalt dont quatre valences sur six sont lies aux Azotes des noyaux pyrrol de la porphy-rine. Une des chanes latrales de cette porphyrine est lie par une liaison amide une mol-cule disopropanol estrifie par un analogue structural du 3AMP, lazote de la fonctionamine primaire de la base azote est li la cinquime valence de latome de cobalt central.

La sixime valence de latome de cobalt est lie des radicaux divers :

hydroxyl dans la vitamine B12

absorbe par lintestin (1346) cyanure dans la vitamine B 12 injectable employe dans le traitement de lanmie de Bier-

mer (1355) mthyl dans le coenzyme li la THF-homocystine mthyl transfrase du mtabolisme

des radicaux monocarbons (1344) dsoxyadnosyl dans le coenzyme li la mthyl-malonyl-CoA mutase de la glucono-

gnse (1580).

8/14/2019 CNbioch

80/139



5.5 Srine transhydroxymthylase

CN 57

La srine transhydroxymthylase est une enzyme du mtabolisme des acides amins qui pr-lve le radical hydroxymthyl de la srine pour le porter sur le ttrahydrofolate (THF), coen-zyme transporteur des radicaux monocarbons. Par cette raction le mtabolisme des acidesamins alimente le pool des radicaux monocarbons. La srine pouvant elle-mme tre

produite partir du glucose, la production des radicaux monocarbons est donc largement pourvue en substrat.

Le THF reoit ce radical hydroxymthyle en devenant mthylne-THF (dhydratation). La srine transhydroxymthylase catalyse aussi la coupure de la molcule de thronine en gly-

cocolle et glyoxylate (= thronine aldolase). Le glycocolle issu de ces ractions peut-tre transamin et le glyoxal obtenu nouveau oxyd,

puis dcarboxyl pour aboutir un deuxime radical monocarbon (mthnyl-THF).

8/14/2019 CNbioch

81/139



5.6 Radicaux monocarbons (schma gnral)

CN 58

Lacide folique ou vitamine B 9 est un driv insatur, qui est rduit dans le foie en dihydro-folate (DHF), puis par la DHF rductase NADPH en ttrahydrofolate (THF). Le THF est lecoenzyme transporteur des radicaux monocarbons. Lacide formique, par exemple, se fixesur lAzote n10 du coenzyme grce la 10-formyl-THF synthtase, lnergie tant apporte

par lATP. Le radical du formyl-glutamate est transfr sur le carbone n5 du THF (5-formyl-THF). Une

isomrase peut le transformer rversiblement en 10-formyl-THF. Le 10-formyl-THF est ds-hydrat et cyclis par une cyclohydrolase donnant le mthnyl-THF. Le formimino-glutamate(FIGLU) ou le formimino-glycocolle transfrent leur radical sur le THF et le dsaminent enmthnyl-THF. Loxalyl-THF ( droite) enfin dcarboxyle son radical pour fournir le mth-nyl-THF. Tous ces radicaux forment le niveau doxydation le plus lev des radicaux mono-

carbons. Le 10-formyl-THF et le mthnyl-THF interviennent dans la synthse des purines. Le mthnyl-THF est rduit rversiblement par la mthylne-THF dshydrognase NAD-

PH. La srine transhydroxymthylase libre un glycocolle et un formaldhyde qui se lie auTHF pour donner un mthylne-THF. Le glycocolle, issu de la raction est transamin englyoxal puis fix sur le THF. Le glyoxyl-THF qui en rsulte est ensuite oxyd en oxalyl-THFqui redonnera un radical monocarbon. Le mthylne-THF est le niveau intermdiaire doxy-dation des radicaux monocarbons. Le mthylne THF est le substrat de la thymine synthta-se, qui transfre un radical hydroxymthyl, quelle rduit en mthyl tout en oxydant le THFen DHF.

8/14/2019 CNbioch

82/139



Le mthylne-THF est rduit irrversiblement en 5-mthyl-THF par la mthylne-THF r-ductase NADPH. Le 5-mthyl-THF est le donneur de mthyl de la THF-homocystine-m-thyl transfrase qui transforme lhomocystine en mthionine en prsence de vitamine B 12(cobamamide). Le 5-mthyl-THF est le niveau de rduction le plus lev des radicaux mono-carbons.

8/14/2019 CNbioch

83/139



5.7 10-formyl-THF synthtase

CN 59

Lactivation du radical formyl est une source mineure de production des radicaux monocarbons. Elle aboutit au 10-formyl-THF qui est une des formes du radical formyl li au THF. Le 10-formyl-THF est le coenzyme donneur de formyl de la AICAR-formyltransfrase de la

synthse des purines (Carbone n2). Chez les bactries, le 10-formyl-THF donne son radicalformyl au mthionyl-tRNA au cours de la formation du complexe dinitiation de la synthsedes protines.

Lacide folinique ou 5-formyl-THF est un isomre du prcdent form partir du formyl-glu-tamate ou du glyoxylate, issus du catabolisme des acides amins. Une isomrase peut trans-former rversiblement le 5-formyl-THF en 10-formyl-THF.

Le mthnyl-THF est la forme dshydrate des formyl-THF. La formyl-THF cyclohydrolasecatalyse cette dshydratation.

8/14/2019 CNbioch

84/139



5.8 Mthylne-THF dshydrognase

CN 60

Le mthnyl-THF est la forme la plus oxyde des radicaux monocarbons transports par cecoenzyme. A ce degr doxydation on classe aussi les radicaux formyl (5- et 10-formyl-THF)et formimine.

La mthylne-THF dshydrognase rduit le mthnyl-THF en mthylne-THF. Le coenzy-me donneur dhydrogne est le NADPH. La raction est rversible. Le radical mthylne liau THF est quivalent en degr doxydation au radical hydroxymthyl, comme le radical m-thnyl est quivalent au radical formyl dans les ractions prcdentes.

Le mthylne-THF est le coenzyme donneur de radical hydroxymthyl et dhydrogne lathymidylate synthtase et participe par l la synthse de lADN.

Le mthylne-THF est le coenzyme receveur de radical hydroxymthyle dans le raction ca-talyse par la srine transhydroxymthylase (srine glycocolle).

Les radicaux monocarbons provenant de la srine, puis oxyds en mthnyl-THF peuventtre dfinitivement cataboliss par une nouvelle oxydation conduisant un ion bicarbonate.

8/14/2019 CNbioch

85/139



5.9 Mthylne-THF rductase

CN 61

Le mthylne-THF est la forme doxydation intermdiaire des radicaux monocarbons transports par ce coenzyme. A ce degr doxydation on classe aussi le radical hydroxymthyle. La mthylne-THF rductase rduit le mthylne-THF en 5-mthyl-THF. Le coenzyme don-

neur dHydrogne est le NADPH. La raction est irrversible. Le radical mthyl li au THFest la forme la plus rduite des radicaux monocarbons transports par ce coenzyme.

A cause de lirrversibilit de cette raction, le 5-mthyl-THF est un cul-de-sac mtabolique(produit dune voie mtabolique sans retour).

Le 5-mthyl-THF est un coenzyme donneur de mthyle : il participe la synthse de la S-ad-nosyl-mthionine (S-AdoMet) partir de la S-adnosyl-homocystine en prsence de coba-mide (driv de la vitamine B 12). La S-adnosyl-mthionine est le coenzyme donneur demthyle des transmthylases.

8/14/2019 CNbioch

86/139



5.10 Thymidylate synthtase

CN 62

La thymidylate synthtase est une enzyme essentielle la synthse de lADN. Elle catalyse le transfert dun radical monocarbon sur le dsoxy- UMP (dUMP) pour faire lasynthse du dsoxy-TMP (dTMP). Au cours de la raction le radical hydroxymthyl apport

par le mthylne-THF est rduit en radical mthyl, tandis que le THF est oxyd en dihydro-folate (DHF).

La DHF-rductase intervient donc ncessairement ce niveau pour rduire nouveau le DHFen THF en rgnrant le coenzyme des radicaux monocarbons.

8/14/2019 CNbioch

87/139



5.11 Radicaux monocar bons (schmagnral)

CN 58/1

Lacide folique ou vitamine B 9 est un driv insatur, qui est rduit dans le foie en dihydro-folate (DHF), puis par la DHF rductase NADPH en ttrahydrofolate (THF). Le THF est lecoenzyme transporteur des radicaux monocarbons. Lacide formique, par exemple, se fixesur lAzote n10 du coenzyme grce la 10-formyl-THF synthtase, lnergie tant apporte

par lATP. Le radical du formyl-glutamate est transfr sur le carbone n5 du THF (5-formyl-THF). Une

isomrase peut le transformer rversiblement en 10-formyl-THF. Le 10-formyl-THF est ds-hydrat et cyclis par une cyclohydrolase donnant le mthnyl-THF. Le formimino-glutamate(FIGLU) ou le formimino-glycocolle transfrent leur radical sur le THF et le dsaminent enmthnyl-THF. Loxalyl-THF ( droite) enfin dcarboxyle son radical pour fournir le mth-nyl-THF. Tous ces radicaux forment le niveau doxydation le plus lev des radicaux mono-carbons. Le 10-formyl-THF et le mthnyl-THF interviennent dans la synthse des purines.

Le mthnyl-THF est rduit rversiblement par la mthylne-THF dshydrognase NAD-PH. La srine transhydroxymthylase libre un glycocolle et un formaldhyde qui se lie auTHF pour donner un mthylne-THF. Le glycocolle, issu de la raction est transamin englyoxal puis fix sur le THF. Le glyoxyl-THF qui en rsulte est ensuite oxyd en oxalyl-THFqui redonnera un radical monocarbon. Le mthylne-THF est le niveau intermdiaire doxy-dation des radicaux monocarbons. Le mthylne THF est le substrat de la thymine synthta-

8/14/2019 CNbioch

88/139



se, qui transfre un radical hydroxymthyl, quelle rduit en mthyl tout en oxydant le THFen DHF.

Le mthylne-THF est rduit irrversiblement en 5-mthyl-THF par la mthylne-THF r-ductase NADPH. Le 5-mthyl-THF est le donneur de mthyl de la THF-homocystine-m-thyl transfrase qui transforme lhomocystine en mthionine en prsence de vitamine B 12

(cobamamide). Le 5-mthyl-THF est le niveau de rduction le plus lev des radicaux mono-carbons.

8/14/2019 CNbioch

89/139



5.12 Cycle de la choline

CN 63

La biosynthse de la phosphatidyl-choline (ou lcithine), le plus abondant de nos phospholi- pides membranaires, est un remarquable exemple de synthse obtenue grce laddition suc-cessive de radicaux monocarbons.

La srine, provenant du glucose, schange avec lthanolamine de la phosphatidylthanola-mine (PE) et la phosphatidylsrine (PS) qui en rsulte est dcarboxyle pour restituer la PE.Quant lthanolamine elle est successivement active en phosphothanolamine (ATP) puisen phosphatidyl thanolamine (CTP). Cette synthse peut aussi se faire par lintermdiaire dela sphingosine (palmitate + srine) phosphoryle, puis lyse en phosphothanolamine et acidegras.

La PE reoit successivement 3 radicaux mthyl provenant de ladnosyl mthionine, donc dumthyl-THF. La phosphatidyl choline (PC) est le produit final de cette voie mtabolique (voie

de BREMER & GREENBERG). Lhydrolyse de la PC par les phospholipases A, la phosphodiestrase et une phosphatase lib-

re la choline, qui est oxyde en aldhyde puis en un acide : la btane. La btane perd dabordun radical mthyl, repris par lhomocystine pour former une mthionine, produisant un di-mthyl glycocolle. Le dimthylglycocolle, puis la sarcosine, perdent chacun un des deuxautres radicaux sous forme de formaldhyde fixs par le coenzyme en mthylne-THF. Le

produit final est le glycocolle. Si ce glycocolle fixe nouveau un radical hydroxymthyl, grce la srine trans hydroxym-

thylase, le cycle recommence.

8/14/2019 CNbioch

90/139



Si au contraire le glycocolle est transamin, le glyoxylate peut encore perdre un radical formyl( mthnyl-THF) pour aboutir au bicarbonate.

8/14/2019 CNbioch

91/139

Le mtabolisme des acides amins glucoformateurs (Ala, Ser, Thr, Asp, Asn, Glu, Gln, Pro, Orn, Arg, His)


Chapitre 6

Le mtabolisme des acidesamins glucoformateurs (Ala,Ser , Thr , Asp, Asn, Glu, Gln,

Pr o, Or n, Arg, His)

8/14/2019 CNbioch

92/139



6.1 Pr cur seur s de loxaloactate (schmagnral)

CN 64

Les acides amins dont le catabolisme aboutit loxaloactate sont des substrats nergtiquesmais aussi des substrats de la gluconognse dans le foie.

Il sagit tout dabord de lasparagine et de laspartate par la catalyse de lasparaginase et delASAT.

Le glycocolle, la srine et lalanine grce la srine dsaminase et lALAT conduisent au pyruvate qui entre dans la mitochondrie et peut alimenter le cycle de Krebs par la pyuruvatedshydrognase ou bien la gluconognse par la pyruvate carboxylase.

Les acides amins soufrs mthionine et surtout cystine sont transforms aussi en pyruvategrce la cystine dioxygnase et une transaminase.

Les acides amins rares qui fourniraient du pyruvate dans leur catabolisme (tryptophane, m-thionine, thronine) sont trop peu abondants dans la ration alimentaire pour que leurs carbonessoient utiliss pour le mtabolisme nergtique.

8/14/2019 CNbioch

93/139



6.2 Alanine aminotr ansfrase = ALAT

CN 65

LALAT catalyse le transfert de la fonction amine de lalanine vers l -ctoglutarate quelletransforme en glutamate, tandis que lalanine donne un pyruvate. Dans un premier temps, lALAT se lie lalanine puis transfre la fonction amine sur un coen-

zyme li : le phosphate de pyridoxal qui devient phosphate de pyridoxamine sans cesser dtreli lenzyme. Lenzyme se dissocie alors du pyruvate.


pyridoxal, vers le second substrat qui est transform en glutamate. Enfin, le complexe ALAT-glutamate se dissocie : lenzyme et son coenzyme li ont recouvr leurs structures initiales.

8/14/2019 CNbioch

94/139



6.3 Sr ine thronine dsaminase

CN 66

Les acides amins fonction alcool (srine et thronine) ne sont pas transamins, mais direc-tement dsamins par une enzyme qui produit des acides -ctoniques. Lacide pyruvique (srine) et lacide -ctobutanoque (thronine) aprs dcarboxylation

oxydative, donnent respectivement lactyl-CoA et le propionyl-CoA. Les deux acyl-CoA sont oxyds par le cycle de Krebs pour le mtabolisme nergtique. Dans le foie jeun, lactyl-CoA est un prcurseur des corps ctoniques et le propionyl-CoA

un prcurseur de la gluconognse. La srine et la thronine peuvent aussi tre catabolises par transfert de leur radical hydroxy-

mthyl pour la srine (voir CN 57) ou actaldhyde pour la thronine. La srine peut aussientrer dans le mtabolisme des radicaux monocarbons en participant la synthse de la di-hydrosphingosine, qui sera incorpore dans les sphingolipides puis catabolise vers le cycle

de la choline (voir CN 63) . La synthse de la srine peut se faire partir du glucose, grce la 3-phosphoglycrate ds-

hydrognase. Le phospho- hydroxypyruvate sera ensuite transamin puis dphosphoryl ensrine.

8/14/2019 CNbioch

95/139



6.4 Glycine-amide kinosynthtase

CN 67

Le mtabolisme du glycocolle ( glycine en anglais) conduit lincorporation de cet acide ami-n dans plusieurs autres composs azots : purines, grce la glycinamide kinosynthtase, porphyrines, cratine, sels biliaires conjugus et radicaux monocarbons.

La glycinamide kinosynthtase catalyse une raction de condensation entre le glycocolle et la5-phosphoribosylamine. Lnergie de la liaison provient de lhydrolyse dune molculedATP en ADP et phosphate.

Cette raction fait entrer toute entire la molcule de glycocolle dans la structure du noyau purine.

8/14/2019 CNbioch

96/139

8/14/2019 CNbioch

97/139



6.6 Aspar aginase

CN 69

La dgradation de lasparagine est catalyse par lasparaginase qui est prsente surtout dansle foie et le cerveau. Lhydrolyse de la liaison amide libre un ion ammonium qui sera incorpor dans la glutamine

pour aller vers le foie (urognse). Lasparagine est un prcurseur de laspartate puis de loxaloactate et enfin du malate qui sort

des mitochondries pour tre oxyd dans le mtabolisme nergtique ou transform en glucosedans le foie jen. Lasparagine est donc un acide amin glucoformateur.

Lasparagine nest pas un acide amin indispensable : sa synthse est assure par une aspara-gine synthtase.

8/14/2019 CNbioch

98/139



6.7 Aspar tate aminotransfrase = ASAT

CN 70

LASAT catalyse le transfert de la fonction amine de laspartate vers l -ctoglutarate quelletransforme en glutamate, tandis que laspartate donne un oxaloactate. Dans un premier temps, lASAT se lie laspartate puis transfre la fonction amine sur un

coenzyme li : le phosphate de pyridoxal qui devient phosphate de pyridoxamine sans cesser dtre li lenzyme. Lenzyme se dissocie alors de loxaloactate.


pyridoxal, vers le second substrat qui est transform en glutamate. Enfin, le complexe ASAT-glutamate se dissocie : lenzyme et son coenzyme li ont recouvr leurs structures initiales.

8/14/2019 CNbioch

99/139



6.8 Pr cur seur s de l -ctoglutarate (schmagnral)

CN 71

Dautres acides amins glucoformateurs entrent dans le mtabolisme nergtique sous formed -ctoglutarate, rsultant de la transamination ou de la dsamination de lacide glutamique.

Il sagit bien sr de la glutamine par laction de la glutaminase et du glutamate lui-mme. Viennent sy joindre les voies du catabolisme de larginine et de la proline : larginine donne

naissance lure et lornithine. Cette dernire et la proline conduisent une pyrroline 5-carboxylate, prcurseur du glutamate.

Enfin, lhistidine apporte ses carbones au mtabolisme nergtique grce une voie mtabo-lique conduisant au formimino-glutamate (FIGLU) qui est scind en un radical monocarbon(formimine) et un glutamate.

Tous ces acides amins peuvent tre oxyds totalement en transformant ce glutamate en ma-late puis en pyruvate et enfin en actyl-CoA qui brlera dans le cycle de Krebs. En cas de je-ne, dans le foie, ce malate sortira des mitochondries pour la gluconognse. Ce sont donc desacides amins glucoformateurs.

8/14/2019 CNbioch

100/139



6.9 Glutaminase

CN 72

La glutaminase est lenzyme qui dgage lammoniaque de la glutamine qui est sa forme detransport. Cette enzyme se rencontre dans les tissus qui ont une voie pour liminer lionammonium : rein et foie.

La glutaminase est inhibe par le carbamyl-phosphate, produit de la carbamyl-phosphate syn-thtase qui a pour substrats les ions ammonium produits par la glutaminase.

La glutamine nest pas un acide amin indispensable : sa synthse est assure par la glutaminesynthtase.

8/14/2019 CNbioch

101/139



6.10 Glutamate dshydrognase

CN 73

La glutamate dshydrognase (GDH) est une enzyme des mitochondries qui dsamine lacideglutamique en acide -ctoglutarique ( -KG). La GDH est forme de quatre ensembles de 6 protomres identiques ayant chacun 505 acides

amins. Le poids molculaire de chacune des 24 sous-units est de 55900. Elle joue un rle important dans le catabolisme des acides amins dont le squelette carbon

sera utilis par le mtabolisme nergtique (cycle de KREBS) ou servira constituer des r-serves nergtiques (gluconognse).

Le NAD +, coenzyme de la glutamate dshydrognase et lADP, accepteur final de lnergie produite par la roxydation du NADH par la chane respiratoire mitochondriale, sont les r-gulateurs de cette enzyme.

Le glutamate est aussi le prcurseur de quelques autres composs : -aminobutyrate, glutamo-

conjugus urinaires ... Le glutamate enfin est lorigine de la synthse de la proline, de lornithine et de larginine.

8/14/2019 CNbioch

102/139



6.11 Glutamate 5-kinase

CN 74

Pour la synthse de la proline partir du glucose on utilise lacide glutamique issu des tran-saminations. Cet acide glutamique est tout dabord activ par une glutamate kinase en 5-phosphoglutamate.

LATP sert de coenzyme donneur de phosphate et dnergie. Le 5-phosphoglutamate sera rduit par une 5-phosphoglutamate rductase et encore par une

Pyrroline 5-carboxylate rductase dont le produit final est la proline. Toutes les ractions de cette voie de synthse de la proline partir de l -ctoglutarate sont

rversibles. La synthse de lhydroxyproline est une modification post-traductionnelle des protines des

tissus de soutien.

8/14/2019 CNbioch

103/139



6.12 N-Actyl glutamate synthtase

CN 75

Le N-actyl glutamate est le premier intermdiaire de la voie de synthse de lornithine et par consquent de larginine, synthse qui accompagne obligatoirement toute induction ou acti-vation du cycle de lurognse.

Au cours de cette synthse lactyl-Glu sera dabord activ par une kinase, puis rduit ensemialdhyde glutamique N-actyl, puis encore transamin et dsactyl. Enfin par la voiede lurognse, lornithine sera amidine en arginine. Larginine et lornithine sont donc desacides amins non indispensables.

Le N-actyl-glutamate de la matrice mitochondriale est aussi leffecteur positif de lurog-nse. Cet effecteur est produit partir du glutamate et de lactyl-CoA par une enzymespcifique : la N-actyl glutamate synthtase.

Les acides amins basiques sont des effecteurs du cycle de lure : lornithine en inhibant lar-

ginase, larginine en activant la N-actyl glutamate synthtase. Le N-actyl glutamate est un activateur de la carbamyl-phosphate synthtase. Le carbamyl-

phosphate est un inhibiteur de la glutaminase, de sorte que lquilibre entre les concentrationsde N-actyl-glutamate et de carbamyl-phosphate rgule lactivit des enzymes de lurogn-se dans la mitochondrie.

Toutes les enzymes du cycle de lure sont synthtises par des gnes dont lexpression estinduite par le cortisol. Un rgime riche en azote ou un jene prolong peut augmenter de 200fois la vitesse de synthse de lure par le foie.

8/14/2019 CNbioch

104/139



6.13 Arginase

CN 76

Larginase est une enzyme de la membrane du reticulum endoplasmique des hpatocytes. Ellehydrolyse larginine en ornithine et ure, puis excrte celle-ci par la lumire des citernes dureticulum vers lextrieur de la cellule. Lornithine libre dans le cytoplasme est nouveaucapte par la mitochondrie.

Les acides amins basiques (ornithine, lysine, arginine) peuvent franchir la membrane internede la mitochondrie grce un transp

CNbioch

Documents

Transcript of CNbioch