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Les protéines de l’organisme ont une durée de vie limitée. Elles sont donc continuellement dégradées en acides aminés (éléments constitutifs des protéines) et autres courtes chaînes d’acides aminés appelées peptides. Cela se produit lorsque les liaisons protéiques sont coupées par des enzymes appelées protéases. Le processus au cours duquel les liaisons protéiques sont rompues est connu sous le nom de protéolyse.
La dégradation de ces protéines conduit à leur remplacement, qui se fait normalement par la synthèse de nouvelles protéines. Le processus par lequel les protéines dégradées sont remplacées par des protéines nouvellement synthétisées est appelé turnover des protéines. Ainsi, le renouvellement des protéines comprend à la fois la production et la dégradation des protéines dans l’organisme.
Ce processus de renouvellement des protéines s’effectue normalement dans les lysosomes. De grands complexes protéiques (organites), appelés protéasomes, participent également à la dégradation des protéines excédentaires, indésirables ou abîmées de l’organisme. La dégradation des protéines dans les lysosomes, également appelée digestion lysosomale, commence normalement par l’absorption des protéines par des organelles en forme de sac (vésicules) appelées autophagosomes.
Ce processus d’engloutissement est connu sous le nom d’autophagie. La vésicule fusionne ensuite avec le lysosome, un organite qui produit des enzymes comme les hydrolases acides lysosomales. Cela permet au final de dégrader les protéines.
Les protéosomes sont utilisés pour la dégradation des protéines cytosoliques, qui sont de grandes structures enzymatiques. Ce type de protéines joue généralement un rôle important dans la dégradation des acides nucléiques tels que l’ARN messager (ARNm), et elles sont également impliquées dans la mort programmée des cellules (apoptose). L’apoptose est un mécanisme par lequel l’organisme se débarrasse des cellules anciennes, endommagées ou hors d’usage en les éliminant.
La synthèse des protéines a lieu dans le ribosome. Cet organite contient plusieurs protéines et l’ARN messager (ARNm). L’ARNm contient normalement le code (séquence) nécessaire à la synthèse d’une protéine particulière. Au cours de la synthèse, les acides aminés sont ensuite associés pour former les protéines grâce à un autre acide nucléique, l’ARN de transfert (ARNt). La séquence d’acides aminés ajoutée dépend du type de protéine qui doit être synthétisée. Par exemple, la séquence d’acides aminés utilisée pour produire des protéines comme les anticorps diffère de celle utilisée pour produire des protéines comme les enzymes. Une fois que les acides aminés ont été associés, la protéine se plie en une structure tridimensionnelle (3D).
Le renouvellement des protéines joue un rôle important dans l’élimination des protéines excédentaires, nuisibles, endommagées ou mal formées dans l’organisme en les dégradant. Ce processus permet également que les protéines dégradées soient reconstituées par la synthèse de nouvelles protéines. Par conséquent, le renouvellement des protéines favorise une bonne santé en assurant un équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines. On sait par exemple que les protéines mal repliées sont liées aux cancers, à l’obésité et au diabète. Leur dégradation réduit donc les risques de contracter ces maladies.
Où sont stockées les protéines dans l’organisme ?
Les protéines sont-elles stockées dans l’organisme ? Contrairement aux lipides et aux glucides, les protéines ne disposent pas de structure de stockage dans l’organisme, mais elles sont constamment dégradées et synthétisées. Au cours de la digestion, les protéines sont décomposées en acides aminés. Ces acides aminés sont ensuite absorbés par l’intestin grêle et transportés vers le foie par la circulation sanguine. La majorité des acides aminés sont ensuite acheminés vers les cellules où ils permettent de synthétiser de nouvelles protéines. En cas de carence énergétique extrême, le foie peut métaboliser les acides aminés pour produire de l’énergie.
Combien de temps les acides aminés restent-ils dans l’organisme ?
Un acide aminé est l’unité de base (élément constitutif) des protéines. Ils contiennent principalement des atomes d’azote, de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. Une chaîne d’acides aminés liés entre eux constitue une protéine. Par conséquent, la rupture des liens ou liaisons protéiques conduit à la libération d’acides aminés. La quantité totale d’acides aminés présents dans l’organisme forme un ensemble appelé pool d’acides aminés. Les acides aminés de ce pool peuvent être utilisés ultérieurement par les cellules pour synthétiser des protéines ou servir de source d’énergie en cas de privation de nourriture. Il n’existe donc pas de durée de vie précise pour les acides aminés dans l’organisme.
Comment mesurer le turnover des protéines ?
On peut mesurer quantitativement le renouvellement des protéines au cours d’une analyse à l’aide d’un spectrophotomètre de masse de type SRM (selected reaction monitoring) ou MRM (multiple reaction monitoring). Le renouvellement des protéines est calculé en additionnant les processus de dégradation et de synthèse des protéines.
La majeure partie de l’alimentation contient des acides aminés azotés. L’azote est un élément vital pour le corps humain car il contribue à la synthèse des ongles, des cheveux, du sang et de l’ADN. Cependant, l’azote est naturellement éliminé du corps par l’urine. Par conséquent, la quantité d’azote consommée doit être égale à la quantité d’azote éliminée par l’organisme. Ce phénomène s’appelle l’équilibre azoté. Cet équilibre détermine en principe la quantité de protéines dont l’organisme a besoin. Par conséquent, le renouvellement des protéines est mathématiquement associé à l’équilibre azoté, c’est-à-dire que l’équilibre azoté est obtenu en soustrayant les protéines (azote) excrétées des protéines (azote) consommées.
Le bilan azoté peut être positif ou négatif. On parle de bilan azoté positif lorsque l’apport d’azote par l’organisme est supérieur aux pertes d’azote. Cela peut se produire pendant la croissance de l’enfant, la grossesse et le développement des muscles. Le bilan azoté est négatif lorsque la perte d’azote par l’organisme est supérieure à l’apport d’azote. Cela peut être la conséquence d’un régime pauvre en protéines, d’un surentraînement, d’un régime draconien ou de la convalescence après une blessure ou une brûlure.
Exemples de turnover protéique
L’équilibre entre la dégradation des protéines et leur synthèse est essentiel pour la santé. Voici quelques exemples de turnover des protéines.
- La musculation et le sport ont tendance à dégrader des protéines, tandis que la consommation d’un régime riche en protéines après une séance de musculation entraîne la synthèse de nouvelles protéines qui sont utilisées pour développer les muscles ;
- Une consommation élevée de protéines, en dehors de périodes de croissance ou de pratique d’un sport, se traduit par l’élimination de l’excès de protéines, notamment par l’excrétion urinaire ;
- La dégradation des protéines est nécessaire pour la guérison d’un tissu blessé ou brûlé, et par conséquent, un apport suffisant en protéines peut aider à maintenir un équilibre entre les protéines utilisées et synthétisées.
