Résultats d’apprentissage
- Identifier les déchets communs et les systèmes de déchets
Parmi les quatre macromolécules principales des systèmes biologiques, les protéines et les acides nucléiques contiennent de l’azote. Au cours du catabolisme, ou dégradation, des macromolécules contenant de l’azote, le carbone, l’hydrogène et l’oxygène sont extraits et stockés sous forme de glucides et de graisses. L’excès d’azote est excrété par l’organisme. Les déchets azotés ont tendance à former de l’ammoniac toxique, qui augmente le pH des fluides corporels. La formation d’ammoniac elle-même nécessite de l’énergie sous forme d’ATP et de grandes quantités d’eau pour le diluer hors d’un système biologique. Les animaux qui vivent dans des environnements aquatiques ont tendance à rejeter de l’ammoniac dans l’eau. Les animaux qui excrètent de l’ammoniac sont dits ammonotéliques. Les organismes terrestres ont développé d’autres mécanismes pour excréter les déchets azotés. Les animaux doivent détoxifier l’ammoniac en le convertissant en une forme relativement non toxique, comme l’urée ou l’acide urique. Les mammifères, y compris les humains, produisent de l’urée, tandis que les reptiles et de nombreux invertébrés terrestres produisent de l’acide urique. Les animaux qui sécrètent de l’urée comme principal déchet azoté sont appelés animaux uréotéliques.
Animaux terrestres : Le cycle de l’urée
Le cycle de l’urée est le principal mécanisme par lequel les mammifères convertissent l’ammoniac en urée. L’urée est fabriquée dans le foie et excrétée dans l’urine. La réaction chimique globale par laquelle l’ammoniac est converti en urée est 2 NH3 (ammoniac) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (urée) + 2 ADP + 4 Pi + AMP.
Le cycle de l’urée utilise cinq étapes intermédiaires, catalysées par cinq enzymes différentes, pour convertir l’ammoniac en urée, comme le montre la figure 1. L’acide aminé L-ornithine est converti en différents intermédiaires avant d’être régénéré à la fin du cycle de l’urée. Par conséquent, le cycle de l’urée est également appelé cycle de l’ornithine. L’enzyme ornithine transcarbamylase catalyse une étape clé du cycle de l’urée et sa carence peut entraîner l’accumulation de niveaux toxiques d’ammoniac dans l’organisme. Les deux premières réactions se produisent dans les mitochondries et les trois dernières dans le cytosol. La concentration d’urée dans le sang, appelée azote uréique sanguin ou BUN, est utilisée comme indicateur de la fonction rénale.
Figure 1. Le cycle de l’urée convertit l’ammoniac en urée.
Excrétion des déchets azotés
La théorie de l’évolution propose que la vie ait commencé dans un environnement aquatique. Il n’est pas surprenant de voir que des voies biochimiques comme le cycle de l’urée ont évolué pour s’adapter à un environnement changeant lorsque les formes de vie terrestres ont évolué. Les conditions arides ont probablement conduit à l’évolution de la voie de l’acide urique comme moyen de conserver l’eau.
Oiseaux et reptiles : Acide urique
Les oiseaux, les reptiles et la plupart des arthropodes terrestres convertissent l’ammoniac toxique en acide urique ou en un composé étroitement apparenté, la guanine (guano), au lieu de l’urée. Les mammifères forment également de l’acide urique lors de la dégradation des acides nucléiques. L’acide urique est un composé similaire aux purines présentes dans les acides nucléiques. Il est insoluble dans l’eau et tend à former une pâte ou une poudre blanche ; il est excrété par les oiseaux, les insectes et les reptiles. La conversion de l’ammoniac en acide urique nécessite plus d’énergie et est beaucoup plus complexe que la conversion de l’ammoniac en urée Figure 2.
Figure 2. Les déchets azotés sont excrétés sous différentes formes par différentes espèces. Il s’agit notamment (a) de l’ammoniac, (b) de l’urée et (c) de l’acide urique. (crédit a : modification du travail d’Eric Engbretson, USFWS ; crédit b : modification du travail de B. « Moose » Peterson, USFWS ; crédit c : modification du travail de Dave Menke, USFWS)
Goutte
Les mammifères utilisent les cristaux d’acide urique comme antioxydant dans leurs cellules. Cependant, un excès d’acide urique a tendance à former des calculs rénaux et peut également provoquer une affection douloureuse appelée goutte, où les cristaux d’acide urique s’accumulent dans les articulations, comme l’illustre la figure 3. Les choix alimentaires qui réduisent la quantité de bases azotées dans l’alimentation aident à réduire le risque de goutte. Par exemple, le thé, le café et le chocolat ont des composés de type purine, appelés xanthines, et doivent être évités par les personnes souffrant de goutte et de calculs rénaux.
Figure 3. La goutte provoque l’inflammation visible dans l’articulation du gros orteil gauche de cette personne. (crédit : « Gonzosft »/Wikimedia Commons)
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