Métabolisme des acides aminés et cycle de l'urée

Après un repas riche en protéines (viande, œufs, légumineuses), la digestion libère des acides aminés dans le sang. Ces acides aminés servent d'abord à reconstruire les protéines de l'organisme, mais en excès ils ne sont pas stockés. Leur groupement amine (–NH₂) doit être éliminé car l'ammoniac (NH₃) est toxique pour les cellules, surtout les neurones. Le foie est l'organe central qui transforme cet azote en urée, molécule non toxique éliminée dans les urines. Le squelette carboné restant peut être utilisé pour produire de l'énergie ou du glucose.

La plupart des acides aminés transfèrent d'abord leur groupement amine sur l'α-cétoglutarate pour former du glutamate : c'est la transamination, catalysée par des aminotransférases (ALAT, ASAT). Le glutamate devient alors le collecteur central de l'azote. Dans le foie, la glutamate déshydrogénase libère l'ion ammonium NH₄⁺ et régénère l'α-cétoglutarate : c'est la désamination oxydative. Cette réaction produit aussi du NADH utilisable par la chaîne respiratoire. L'ion ammonium est toxique et doit immédiatement entrer dans le cycle de l'urée.

Le cycle de l'urée se déroule en partie dans la mitochondrie et en partie dans le cytosol des hépatocytes. Il commence par la formation de carbamyl-phosphate à partir de NH₄⁺, HCO₃⁻ et 2 ATP. Le carbamyl-phosphate réagit avec l'ornithine pour donner la citrulline, qui sort de la mitochondrie. Dans le cytosol, la citrulline se combine avec l'aspartate pour former l'argininosuccinate, rapidement clivé en fumarate et arginine. L'arginine est hydrolysée par l'arginase : elle libère l'urée et régénère l'ornithine, prête pour un nouveau tour.

Le cycle de l'urée est régulé par la disponibilité en substrats et par l'induction des enzymes lors d'un régime riche en protéines. L'ammoniac non transformé s'accumule dans le sang : c'est l'hyperammoniémie, toxique pour le cerveau (troubles de la conscience, coma). Les causes principales sont l'insuffisance hépatique sévère et les déficits génétiques des enzymes du cycle. Le traitement repose sur une restriction protéique et des médicaments qui activent des voies alternatives d'élimination de l'azote. Le fumarate produit par le cycle rejoint le cycle de Krebs, illustrant l'intégration des métabolismes.