Soutenance mémoire
La consommation de protéines : du besoin à la qualité protéique
Physiologie digestive des protéines
La digestion des aliments commence dès l’ingestion avec la mastication et l’action des enzymes produites par les glandes salivaires (19). Dans cette phase, les protéines sont mises en solution dans la salive. Mais la digestion des protéines commence à proprement parler au niveau de l’estomac via l’action des enzymes de l’estomac dont la pepsine (20). L’acide chlorhydrique de l’estomac va à la fois dénaturer les protéines, les précipiter et catalyser l’activation des précurseurs pepsinogènes en pepsine. C’est une endopeptidase qui agit par rupture des liaisons peptidiques non terminales, préférentiellement en C-terminal des acides aminés aromatiques (phénylalanine, tryptophane et tyrosine).
Une fois le pylore passé, la digestion enzymatique continue le long de l’intestin grêle via l’action des enzymes pancréatiques et des peptidases de la bordure en brosse épithéliale. Le pancréas, de par sa fonction exocrine, secrète différentes enzymes et précurseurs d’enzymes, comme le trypsinogène ou la chymotrypsinogène qui sont ensuite clivés et activés par les entéropeptidases duodénales, comme l’entérokinase, en trypsine et chymotrypsine, deux endopeptidases (20). La trypsine clive essentiellement les peptides au niveau des lysines ou arginines alors que la chymotrypsine agit surtout au niveau des acides aminés aromatiques. Une autre enzyme importante est la carboxypeptidase A qui clive les liaisons peptidiques Cterminale des acides aminés. La dernière étape de digestion est l’action des peptidases de la membrane de la bordure en brosse. Au niveau de l’épithélium de l’intestin grêle, les protéines alimentaires sont finalement réduites sous forme de di-, tri-peptides ou d’acides aminés libres.
L’absorption des protéines se fait tout au long de l’intestin grêle mais principalement au niveau proximal. L’absorption des peptides se fait majoritairement par le transporteur secondairement actif PEPT1 (21) alors que l’absorption des acides aminés s’effectue par un grand nombre de transporteurs différents (22) qui ne transportent pas tous les mêmes acides aminés. Ils appartiennent tous à la grande famille des SLC (« solute carrier », pour transporteurs de solutés). Certains sont exprimés au niveau apical des entérocytes, d’autres au niveau de la membrane basolatérale et il existe un large type de systèmes de transports utilisés : des cotransporteurs d’acide aminé (AA) avec un ion (H+ ou Na+ ), des échangeurs d’acides aminés, des uniports ou des symports . Ces systèmes sont à la fois redondants, c’està-dire que plusieurs transporteurs vont permettre l’absorption d’un même type d’acide aminé, et à la fois dépendants les uns des autres pour le transport des ions par exemple.
Chez le porc, il a été estimé qu’entre 12% et 18% de l’azote alimentaire entrait dans le côlon après ingestion de tourteaux de soja ou de colza (23). Chez l’Homme, on estime que cette proportion est plus faible. Les peptides résiduels sont digérés dans le côlon par des enzymes bactériennes ainsi que des enzymes pancréatiques encore actives (24). Une partie sert de substrat azoté à la synthèse protéique du microbiote (25), la synthèse de novo d’acides aminés par les bactéries du côlon étant faible, d’après la revue Van der Wielen et al. (26). Une autre partie des acides aminés résiduels est métabolisée pour former un certain nombre de métabolites bactériens . Les acides aminés soufrés participent à la formation de sulfure d’hydrogène (H2S) alors que les acides aminés aromatiques sont transformés en composés phénoliques ou indoliques. La plupart de ces métabolites peuvent passer la barrière épithéliale du côlon et passer dans la circulation (27).
Il existerait une absorption des acides aminés bactériens. Mais si Raj et al., ont estimé qu’environ 20% de l’apport en leucine proviendrait du microbiote intestinal (28), ce résultat est à prendre avec prudence, l’étude étant réalisée après une antibiothérapie pouvant affecter le métabolisme. De plus, cette étude ne fait pas la distinction entre bactéries iléales et coliques. Chez l’Homme, la présence de PEPT1 est avérée dans le côlon (29–31). Certaines études, dont les résultats ont été rassemblés dans une revue (26), utilisant des perfusions d’azote marqué dans le côlon ont montré chez le porc et l’Homme qu’il y avait une absorption des acides aminés à travers les colonocytes, mais il reste à prouver que cette absorption se fait dans des proportions suffisantes pour avoir un effet nutritionnel. L’expression de gènes codants pour un certain nombre de transporteurs d’acides aminés a été déterminée sans qu’il n’ait été prouvé qu’ils étaient actifs ou même présents aux membranes apicales ou basolatérales des colonocytes (31).
Besoins en protéines
Définitions et évaluation du besoin en protéines
La FAO définit le besoin en protéines comme étant : « le plus petit apport de protéines alimentaires qui permet de compenser les pertes corporelles en azote, et ainsi maintenir la masse protéique du corps chez les personnes en équilibre énergétique avec une activité physique modeste. Chez les enfants et les femmes enceintes ou allaitantes, il est complété par la nécessité de croissance tissulaire ou de sécrétion de lait à des taux compatibles avec une bonne santé. » (32). D’après les données provenant d’une méta-analyse faisant référence et regroupant 19 études et 235 individus (33), chez l’Homme sain, et avec des protéines de bonne qualité, le besoin médian en protéines a été estimé à 0,65 g/kg de masse corporelle/jour (105 mg d’azote/kg/j). Ces résultats ont été obtenus par analyse de plusieurs études utilisant la méthode du bilan azoté et avec différents niveaux d’apports. En tenant compte des variations interindividuelles et en ajoutant deux écarts-types, la recommandation d’apport en protéines est de 0,83 g/kg/jour pour un poids corporel « normal ». Néanmoins, il n’existe pas de recommandation d’apport pour les personnes obèses, mais il a été estimé que leurs besoins en acides aminés étaient supérieurs pour pallier une perte de masse maigre pendant la perte de poids.
Si le besoin en protéines a été bien étudié et fait maintenant l’objet d’un consensus, ce n’est pas le cas pour les besoins en acides aminés. Parmi tous les acides aminés existants, 20 sont protéinogènes chez les eucaryotes, c’est-à-dire qu’ils entrent dans la composition des protéines. Parmi ces 20 acides aminés, 9 sont indispensables : l’histidine, l’isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la valine. Ils ne sont pas synthétisables par l’organisme à partir de composants usuellement disponibles et à une vitesse correspondant aux besoins (35), c’est-à-dire qu’ils doivent être apportés par l’alimentation. A l’heure actuelle, il n’existe pas de recommandation d’apport en acides aminés indispensables. En effet, l’estimation des besoins en acides aminés peut se faire avec un certain nombre de méthodes et celles-ci ne donnent pas toujours les mêmes valeurs de besoin en acides aminés, si bien qu’il n’est pas possible de déterminer les variabilités interindividuelles .
Pendant longtemps, la méthode de référence d’estimation des besoins en acides aminés a été la méthode du bilan azoté. Elle consiste à trouver le point d’équilibre pour chaque acide aminé indispensable entre les pertes azotées et son apport (36). La quantité ingérée de l’acide aminé testé est augmentée progressivement jusqu’à ce que la balance azotée soit nulle. Mais en pratique toutes les pertes azotées ne sont pas mesurables directement (cheveux, sueur…). Ces données de bilan azoté ont été utilisées pour l’estimation des besoins publiés par la FAO en 1985 (37), jusqu’à leur mise à jour en 2007 (32).
D’autres méthodes consistent à utiliser le carbone 13 pour mesurer l’oxydation des acides aminés. Plusieurs approches existent mais elles reposent toutes sur le principe de la mesure de l’oxydation des acides aminés en CO2. La première méthode, dite d’oxydation directe des acides aminés (DAAO), a pour principe qu’en cas d’excès d’apport d’un acide aminé, le surplus d’acides aminés sera oxydé car il n’existe pas de stockage des acides aminés libres (38). Dans cette méthode, c’est l’acide aminé testé qui est marqué au carbone 13. Au sein d’un repas contenant suffisamment d’acides aminés indispensables sauf celui étudié, une quantité croissante de l’acide aminé testé est apportée, tant que cette quantité est insuffisante pour couvrir le besoin, l’oxydation de l’acide aminé testé est stable car minimale. Lorsque le besoin est satisfait, l’excédent d’acide aminé va être oxydé, ce qui se traduit par une plus grande production de 13CO2. Le point d’inflexion de la courbe d’oxydation correspond au besoin de cet acide aminé . La seconde méthode appelée IAAO, pour « indicator amino acid oxidation » vient du modèle porcin (39,40) et fonctionne selon le principe suivant : quand un acide aminé indispensable est déficient, la synthèse protéique est inhibée et tous les autres acides aminés indispensables sont oxydés (41,42). Dans ce cas-là, contrairement au DAAO, l’acide aminé marqué est un acide aminé dit indicateur, souvent la phénylalanine 13C. De la même façon, l’acide aminé testé est ajouté par doses successives dans un repas équilibré. Tant que ce repas est déficient en acide aminé testé, la synthèse protéique ne sera pas optimale et les autres acides aminés, dont l’acide aminé indicateur, seront oxydés. Le point d’inflexion de la courbe d’oxydation correspond encore au moment où l’apport en acide aminé testé rencontre le besoin . Après ce point, il y a suffisamment d’acide aminé testé et l’acide aminé indicateur est moins oxydé.
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Table des matières
Sommaire
Remerciements
Sommaire
Liste des abréviations
Liste des figures
Liste des tableaux
Contexte de réalisation de la thèse
Valorisation scientifique
Introduction générale
Chapitre I – Introduction bibliographique
1. La consommation de protéines : du besoin à la qualité protéique
1.1. Physiologie digestive des protéines
1.2. Besoins en protéines
1.2.1. Définitions et évaluation du besoin en protéines
1.2.2. Spécificités du besoin en protéines : importance des conditions physiologiques de l’individu
1.3. Qualité des protéines : composition et méthodes d’évaluation
1.3.1. Qualité des protéines sur la base de la composition en acides aminés
1.3.2. Qualité des protéines à travers différents indices
1.3.2.1. Coefficient d’efficacité protéique
1.3.2.2. Utilisation nette des protéines
1.3.2.3. Valeur biologique
1.3.2.4. Digestibilité
1.3.2.5. PDCAAS
1.3.2.6. DIAAS
2. La digestibilité des protéines et acides aminés
2.1. Facteurs de variation de la digestibilité
2.1.1. Les modèles d’études
2.1.2. Environnement des protéines dans le repas
2.2. Méthodes de mesure de la digestibilité
2.2.1. Où mesurer la digestibilité : mesure Iléale vs fécale ?
2.2.2. Comment résoudre la problématique des pertes endogènes ?
2.2.2.1. Estimation des pertes endogènes
2.2.2.2. Mesure par marquage des sécrétions digestives
2.2.2.3. Mesure par marquage des protéines
Chapitre II – Travaux de thèse
1. Justification des travaux de thèse
2. Méthodes
2.1. Obtention d’isolats protéiques de tournesol marqués
2.2. Principe de la digestibilité des protéines et acides aminés chez le rat
2.3. Principe de la digestibilité iléale et de la méthode double traceur chez l’Homme
2.3.1. Mesure de la digestibilité iléale avec une sonde naso-iléale
2.3.2. Méthode double traceur
2.3.3. Etude du métabolisme postprandial de l’azote alimentaire
2.4. Méthodes analytiques
2.4.1. EA-IRMS
2.4.2. GC-C-IRMS
2.4.3. UHPLC
3. Articles
3.1. Article 1 : Le marquage intrinsèque au 15N et 2H montre que, chez le rat, la digestibilité réelle des protéines et acides aminés d’un isolat de tournesol est presque aussi élevée que celle du lactosérum
3.2. Article 2 : Digestibilité réelle des protéines et acides aminés de la spiruline 15N dans un modèle de rat
3.3. Article 3 : Mise à l’épreuve de l’utilisation de la spiruline 13C comme protéine de référence dans la méthode double traceur afin de déterminer la digestibilité des acides aminés de plusieurs sources protéiques chez le rat 114
3.4. Article 4 : Mesure iléale et méthode double traceur pour déterminer la digestibilité des acides aminés et la qualité protéique de biscuits de tournesol marqués au 15N chez des volontaires sains
Chapitre III – Discussion et conclusion
1. Discussion
1.1. Qualité protéique du tournesol
1.2. Méthode double traceur
1.2.1. Utilisation de la spiruline comme protéine de référence
1.2.2. Mise en place de la méthode double traceur chez le rat
1.2.3. Utilisation de la méthode double traceur chez l’Homme
Conclusion
Bibliographie
Annexe
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