Variations qualitatives & quantitatives de l’apport en protéines laitières chez l’animal & l’homme : implications métaboliques.

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Lacroix, Magali (2008) Variations qualitatives & quantitatives de l’apport en protéines laitières chez l’animal & l’homme : implications métaboliques. Doctorat Nutrition Humaine, UMR_A 0914 Unité de Physiologie de la Nutrition et Comportement Alimentaire - UPNCA, AgroParistech p.183.

Plein texte disponible en tant que : - Figures_et_Tableaux-1-Introduction.pdf ( 285 Kb ) - Figures_et_Tableaux-2-Données_bibliographiques.pdf ( 1100 Kb ) - Figures_et_Tableaux-3-Travaux_personnels.pdf ( 2186 Kb ) - Figures_et_Tableaux-4-Discussion.pdf ( 52 Kb ) - Figures_et_Tableaux-5-Annexes.pdf ( 1053 Kb ) - These-manuscrit.pdf ( 1308 Kb )

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Résumé

The aim of this work was to explore the metabolic consequences of 1- the long-term ingestion of a high-protein diet, based on total milk protein (TMP) and 2-the ingestion of milk protein after current industrial treatments such as filtering and heating processes.

We showed that rats given a high-protein diet (HP-50% protein) over a period of 6 and 9 months exhibited large differences on a broad range of parameters, when compared to rats given a normal-protein diet (NP-14% protein). No major alterations of the hepatic or renal function were found in HP rats. Moreover, HP rats showed a sharp reduction in adipose tissue and lower basal concentrations of triglycerides, glucose, leptin, and insulin.

We also determined the in vivo bioavailability of industrially treated milk proteins by giving seven [15N]-labelled meals containing either micellar casein (CAS), milk soluble protein isolate (MSPI), and microfiltered milk (MF) or heated [high temperature short time pasteurized (HTST), higher temperature, shorter time pasteurized (HHST), ultrahigh temperature-treated (UHT), and spray-dried (SPRAY)] milks to male Wistar rats. Except spray drying, heating did not affect protein bioavailability. Moreover, the biological value of purified protein fractions was lower than that seen in products containing TMP. Five of the seven previous products (MF, CAS, MSPI, HTST, UHT) were also tested in man. Postprandial protein retention of MSPI or UHT was then markedly lower than that of MF and HTST. These differences seemed to be driven by a modulation of digestive kinetics.

In conclusion, both of these studies confirm or offer new opportunities for the development of clinical nutrition.

Table des Matières

TABLE DES MATIÈRES



COLLABORATIONS & REMERCIEMENTS-------------------------------- 3

LISTE DES FIGURES---------------------------------------------------------------8

LISTE DES TABLEAUX----------------------------------------------------------13

LISTE DES ABRÉVIATIONS---------------------------------------------------15

ARTICLES & COMMUNICATIONS------------------------------------------ 17



A – INTRODUCTION GÉNÉRALE--------------------------------------------20



B – DONNÉES BIBLIOGRAPHIQUES--------------------------------------22

I - ÉVOLUTION DE LA NOTION DE QUALITÉ NUTRITIONNELLE DES PROTÉINES--------------------------------------22

1– BESOINS EN AZOTE ET EN ACIDES AMINÉS------------22

1.1 – Les besoins en azote---------------------------------------------------22

1.2 – Les besoins en acides aminés -------------------------------------23

1.3 – Conclusion-------------------------------------------------------------------25

2 – MÉTHODES D'ÉVALUATION BASÉES SUR DES MODÈLES ANIMAUX------------------------------------------------------------25

2.1 – Méthode "globale" : mesure de croissance du rat------25

2.3 - Mesures de rétention azotée : valeur biologique (VB) et utilisation protéique nette (UPN)-----------------------------------------28

3 - MÉTHODES BASÉES SUR LA COMPOSITION CHIMIQUE DES PROTÉINES------------------------------------------------28

4- APPLICATION A LA QUALITÉ NUTRITIONNELLE DES PROTÉINES LAITIÈRES TRAITÉES THERMIQUEMENT---------30

4.1 Analyses chimiques------------------------------------------------------30

4.2 Études in vitro---------------------------------------------------------------31

4.3 Études in vivo----------------------------------------------------------------32

II - RÉGULATION DU MÉTABOLISME PROTÉIQUE----------34

1 –EXPLORATION DU MÉTABOLISME PROTÉIQUE PAR L’UTILISATION D’ISOTOPES STABLES-------------------------------34

1.1 - PRINCIPES------------------------------------------------------------------34

1.2 – APPLICATIONS A L'ÉTUDE DU MÉTABOLISME PROTÉIQUE------------------------------------------------------------------------35

1.2.1 – Méthode dynamique locale------------------------------------35

1.2.1.1 - Différence artério-veineuse---------------------------------35

1.2.1.2 - Méthode d'absorption portale ou méthode des différences porto-artérielles-----------------------------------------------35

1.2.1.3 - Synthèse de protéines spécifiques-----------------------36

1.2.2– Méthode dynamique globale -----------------------------------36

1.2.3. Suivi spécifique du devenir de l'azote alimentaire-- 37

2- RÉGULATION NUTRITIONNELLE ET HORMONALE DU MÉTABOLISME PROTÉIQUE-----------------------------------------------38

2.1 Régulation par les substrats et par l'insuline----------------38

2.1.1 Zone splanchnique-----------------------------------------------------39

2.1.2 Zone périphérique------------------------------------------------------40

2.1.2.1 – Les muscles squelettiques -----------------------------------40

2.1.2.1.1 – Effet des AA sur la masse musculaire----------------40

2.1.2.1.2 – Effet de l’insuline sur la masse musculaire--------41

2.1.2.1.3 – Interaction insuline / AA -----------------------------------43

2.1.2.2 – Autres organes de la zone périphérique--------------44

2.1.2.2.1 – Les reins -----------------------------------------------------------44

2.1.2.2.2 – La peau-------------------------------------------------------------45

2.2 Facteurs hormonaux autres que l'insuline-------------------46

2.2.1 Le glucagon--------------------------------------------------------------46

2.2.2 Rôle des glucocorticoïdes sur le métabolisme protéique --------------------------------------------------------------------------46

2.2.3 Rôle de l'hormone de croissance (GH) et des somatomédines (IGF-1 / IGF-2) ------------------------------------------47

2.3 Variations quantitatives et qualitatives d'apport protéique---------------------------------------------------------------------------48

2.4 Effet du jeûne--------------------------------------------------------------49

3 – PARAMÈTRES CINÉTIQUES – UTILISATION DES AA PAR LES DIFFÉRENTS ORGANES---------------------------------------------49

3.1 - Influence de la digestion ------------------------------------------49

3.1.1 - Cinétique de vidange gastrique------------------------------49

3.1.2 –Absorption et métabolisation des acides aminés alimentaires par la muqueuse intestinale--------------------------51

3.2 – Acides aminés libérés au niveau de la veine porte---52

3.3 – Métabolisme hépatique---------------------------------------------53

3.4– Métabolisme périphérique-----------------------------------------55

III – CAS PARTICULIER DES RÉGIMES HYPERPROTÉIQUES----------------------------------------------------------58

1 – RÉGIME HP, PRISE ALIMENTAIRE ET COMPOSITION CORPORELLE-------------------------------------------59

2 – RÉGIME HP, MÉTABOLISME GLUCIDIQUE & HORMONES-----------------------------------------------------------------------62

3 HP & MÉTABOLISME AZOTE HÉPATIQUE ET RÉNAL----------------------------------------------------------------------------------65

4 – RÉGIME HP & SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE--70

5 – RÉGIME HP & MÉTABOLISME OSSEUX -------------73

6– AUTRES--------------------------------------------------------------78

6.1 – Régime HP & métabolisme des xénobiotiques------------78

6.2 – Régime HP & cancer---------------------------------------------------79

C- TRAVAUX PERSONNELS------------------------------------------81

1 – Conséquences de l’ingestion à long terme de régimes HP chez le rat--------------------------------------------------------------------82

Étude N°1 : Conséquences anatomiques, biochimiques, et histologiques de l’ingestion pendant 6 mois d’un régime HP chez le rat Wistar pubère mâle------------------------------------------82

2 – Impact métabolique de l’ingestion des protéines laitières de nature variable en fonction des traitements technologiques-------------------------------------------------------------------91

2.1 Préparation et caractérisation des produits laitiers utilisés pour les repas expérimentaux--------------------------------91

2.2.1. – Obtention de protéines de lait intrinsèquement marquées----------------------------------------------------------------------------91

2.2.2 – Obtention des produits expérimentaux-------------------92

2.2.3 – Caractéristiques des produits expérimentaux marqués à l’azote [15N]-----------------------------------------------------92

2.2. – Étude de la biodisponibilité chez le rat de l’azote issu de fractions de protéines laitières (caséines et lactosérum) et de protéines laitières natives ou soumises à des traitements thermiques d’intensité variable (étude n°3)----95

2.2.1 – Conditionnement des animaux et protocole expérimental--------------------------------------------------------------------95

2.2.2 – Résultats --------------------------------------------------------------97

2.2.3 – Conclusion : produits retenus pour l’expérimentation chez l’homme-----------------------------------------------------------------100

2.3 – Étude de la biodisponibilité chez l’homme de l’azote issu de issu de fractions de protéines laitières (caséines et lactosérum) et de protéines laitières natives ou soumises à des traitements thermiques d’intensité variable (étude n°4) ---------------------------------------------------------------------------------------101

2.2.3 – Sujets et méthodes---------------------------------------------101

2.2.2 – Résultats--------------------------------------------------------------105



DISCUSSION-------------------------------------------------------------------110

EFFET D’UNE AUGMENTATION DE LA TENEUR EN PROTÉINES DANS LE RÉGIME ALIMENTAIRE------------------111

EFFET DES TRAITEMENTS TECHNOLOGIQUES SUR LA MÉTABOLISATION DE L’AZOTE ALIMENTAIRE ---------------115



CONCLUSION GÉNÉRALE------------------------------------------------125



ANNEXES------------------------------------------------------------------------126

ANNEXE 1 : SCHÉMA GÉNÉRAL DU MÉTABOLISME AZOTÉ----------------------------------------------------------------------------126

1.1-Réactions générales des acides -aminés--------------126

1.1.1-Décarboxylation, élimination de la chaîne latérale, transamination--------------------------------------------------------------126

1.1.1.1-Décarboxylation-------------------------------------------------126

1.1.1.2-Aldolisation--------------------------------------------------------126

1.1.1.3-Transamination--------------------------------------------------127

1.1.2-Désamination oxydative---------------------------------------127

1.2- Synthèse des protéines-----------------------------------------128

1.3– Cycles inter organes des AA----------------------------------129

1.4 – Conséquences physiologiques du métabolisme des squelettes hydrocarbonés issus des AA------------------------131

ANNEXE 2 : UTILISATION DES PROTÉINES LAITIÈRES DANS L'INDUSTRIE AGROALIMENTAIRE-------------------------133

1 – LES PROTÉINES LAITIÈRES--------------------------------------133

1.1 – Introduction-----------------------------------------------------------133

1.2– Les principales protéines laitières et fractions de protéines laitières----------------------------------------------------------133

1.2.1 Les caséines----------------------------------------------------------133

1.2.1.1 Isolement et préparation de la caséine-------------134

1.2.1.2 Composition et caractéristiques des caséines----134

1.2.1.3 Structure------------------------------------------------------------134

1.2.1.4 Quelques-unes de leurs propriétés--------------------135

1.2.1.5Cas particulier de la caséine kappa-------------------135

1.2.2 - Les protéines dites solubles ou protéines sériques -------------------------------------------------------------------------------------135

1.2.2.1 – Caractères généraux--------------------------------------135

1.2.2.2 Quelques caractéristiques des fractions les plus abondantes------------------------------------------------------------------136

1.2.2.3 Les protéines mineures-------------------------------------137

1.3 - Les propriétés biologiques des protéines du lait-137

2 – TRAITEMENTS INDUSTRIELS APPLIQUES AUX PROTÉINES LAITIÈRES-------------------------------------------------137

2.1 – Méthodes de purification autres que les traitements thermiques-------------------------------------------------------------------138

2.1.1. Microfiltration tangentielle----------------------------------138

2.1.2 Hautes pressions (HP)-------------------------------------------139

2.1.3. Champs électriques pulsés----------------------------------139

2.2 – Traitements thermiques----------------------------------------140

2.3 – Impact des traitements thermiques sur les protéines laitières-------------------------------------------------------------------------143

2.3.1 Sur leur structure--------------------------------------------------144

2.3.1.1 - Réactions impliquant les protéines seules-------144

2.3.1.2 – Réactions impliquant les protéines et d’autres composés----------------------------------------------------------------------146

2.3.2 Sur leurs propriétés biologiques---------------------------149

2.3.2.1 Modifications de l’allergénicité--------------------------149

2.3.2.2 Modifications de la valeur nutritionnelle-----------150

2.3.2.2.1 Analyses chimiques----------------------------------------151

2.3.2.2.2 Études in vitro-------------------------------------------------151

2.3.2.2.2 Études in vivo-------------------------------------------------152



RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES------------------------------153

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