Le métabolisme protéique et son contrôle

Les protéines

Le terme protéine vient du grec « prôtos » signifiant premier, essentiel. Les protéines font partie d’une des trois grandes familles de macronutriments comprenant également les glucides et les lipides. Sur le plan biochimique, les protéines sont des macromolécules constituées par un enchainement spécifique d’acides aminés (AA), reliés entre eux par des liaisons peptidiques, qui varient en fonction du nombre, de l’ordre d’enchainement, des proportions relatives des différents AA, ainsi que de leur organisation dans l’espace [9]. Sur un plan physiologique, les protéines sont des constituants majeurs des organismes et des cellules animales et végétales, et ont des rôles essentiels indispensables à la survie des organismes [10]. Elles ont d’une part un rôle structural, en participant à la composition des tissus musculaires, des phanères, de la matrice osseuse et de la peau, et d’autre part, un rôle fonctionnel et de messager interne grâce aux enzymes, hormones, anticorps, ou récepteurs par exemple. Enfin, sur le plan nutritionnel, les protéines des aliments sont la source majeure d’AA et d’azote et sont aussi des nutriments énergétiques.

Les acides aminés

Les AA sont des molécules qui possèdent une fonction acide carboxylique COOH (extrémité C-terminale), une fonction amine NH2 (extrémité N-terminale) toutes deux liées à un carbone central appelé carbone α, et une chaine latérale appelée radical (R), portion variable qui peut se composer de différents éléments (carbone, soufre, azote…). Chez l’homme, 20 AA, dits protéinogènes, entrent dans la composition des protéines. Parmi ces 20 AA, on en distingue trois types (Figure 1): – Les acides aminés indispensables (AAI), ce qui signifie qu’il n’y a pas de synthèse de novo par l’organisme ou qu’ils sont synthétisés à une vitesse insuffisante par rapport aux besoins de l’organisme et doivent donc être apporté par l’alimentation [11,12]. Parmi ces AAI, deux sont considérés comme strictement indispensables, car ils ne participent pas aux réactions de transamination, ce sont la lysine et la thréonine. La transamination étant le processus d’échange d’une fonction amine primaire entre un acide alpha aminé et un alpha acide cétonique [13]. – Les acides aminés conditionnellement indispensables, qui sont synthétisés en quantité insuffisante dans certaines conditions physiologiques ou physiopathologiques et peuvent devenir limitants: arginine, glutamine, glycine, proline, cystéine et tyrosine [14]. C’est notamment le cas de la cystéine chez les prématurés résultant de l’absence de l’activité hépatique de la cystathionase dont le rôle est de cliver la cystathionine en cystéine et acide alpha-cétobutyrique [15,16], ou de l’arginine qui peut être considérée comme indispensable lors d’infection [17]. Le métabolisme protéique et son contrôle 17 – Les acides aminés non indispensables, qui peuvent être synthétisés par l’organisme à partir de précurseurs carbonés et azotés. Figure 1. Les 20 acides aminés protéinogènes 20 AA, dits protéinogènes, rentrent dans la séquence des protéines. Ces 20 AA diffèrent dans leur radical carboné qui peut être aliphatique, aromatique, acide, basique, hydroxylique, soufré ou amide. Ils peuvent être non-indispensables ou indispensables, dans ce dernier cas, il est nécessaire qu’ils soient apportés par l’alimentation. Les AAI sont entourés de traits pointillés alors que les non indispensables, de traits pleins. Les couleurs représentent les groupes d’AA en fonction de la nature du radical carboné (Coumpoundchem.com).

Digestion et absorption des protéines alimentaires 

Le processus digestif

La digestion des protéines alimentaires débute avec la mastication et l’action des enzymes salivaires [18]. Leur dégradation commence au niveau de l’estomac sous l’action d’une protéase, la pepsine [19]. La pepsine est sécrétée par les cellules principales de l’estomac sous forme de pepsinogène, forme inactive de l’enzyme. Puis, l’acide chlorhydrique, sécrété par les cellules pariétales de la muqueuse gastrique, va d’une part permettre d’hydrolyser le pepsinogène pour obtenir la pepsine, forme active de l’enzyme, et d’autre part va provoquer une dénaturation des structures tertiaires et quaternaires des protéines favorisant ainsi l’accès des enzymes digestives aux liaisons peptidiques. La pepsine est une endopeptidase clivant les protéines au niveau des liaisons peptidiques, à l’extrémité C-terminale des AA aromatiques. Le chyme entre ensuite au niveau de l’intestin, où les oligopeptides continuent d’être dégradés grâce aux différentes enzymes pancréatiques. Les protéases pancréatiques sont d’abord sécrétées sous forme de zymogène, sous forme non active. Le précurseur de la trypine est clivé pour former la trypsine active 18 qui catalyse le clivage des autres zymogènes en leur forme active : chymotrypsine, élastase et carboxypeptidases. Ces différentes endopeptidases et exopetidases (Tableau 1) permettent de dégrader les oligopeptides en AA libres et di- et tripeptides. Les endopeptidases, trypsine, chymotrypsine, et élastase, hydrolysent les protéines en clivant les liaisons peptidiques qui se trouvent au centre de la protéine, alors que les exopeptidases et carboxypeptidases, clivent les protéines à leurs extrémités, libérant les AA en bout de chaîne [20].Dans la lumière intestinale, les polypeptides et protéines digérés se retrouvent à 30% sous forme d’AA libres et 70% sous forme d’oligopeptides (2 à 8 AA) [21]. Puis la muqueuse de l’intestin assure la poursuite de l’hydrolyse des oligopeptides et l’absorption des AA, intervenant principalement au niveau du duodénum et jéjunum [22]. Les AA libres et les di- et tripeptides sont transférés au niveau de la bordure en brosse des entérocytes grâce des transporteurs spécifiques. Dans le cytoplasme des entérocytes, les di- et tripeptides sont hydrolysés en AA libres par l’action des di- et tri-peptidases. Une partie des AA absorbés est utilisée par les entérocytes [23], l’autre partie rejoint la circulation sanguine par la veine porte, puis est transférée vers les différents organes et tissus (Figure 2). Les entérocytes utilisent environ 10% des AA absorbés pour leur propre métabolisme, principalement l’aspartate, le glutamate et la glutamine. La glutamine est le principal substrat énergétique de l’entérocyte [23]. Le glutamate et la glutamine permettent la synthèse d’alanine, de lactate, de proline, d’ornithine et de citruline [24–26]. Les protéines présentent dans la lumière intestinale sont issues des protéines alimentaires, mais s’ajoutent à celles-ci des protéines dites endogènes [20]. Twombly et Meyer [27] ont montré que chez le rat nourri avec un régime protéiprive, la sécrétion endogène de protéines était d’environ 150 mg/j. Ces protéines endogènes, correspondent aux protéines des cellules desquamées, aux protéines des sécrétions salivaires, gastriques, intestinales, biliaires et pancréatiques servant à assurer le processus digestif, ainsi que des protéines d’origine plasmatique (albumine, immunoglobuline, etc.) recyclées par diffusion dans la lumière de l’intestin.