Leucine

Leucine

Acide aminé essentiel, la leucine doit être puisée dans certains aliments riches en protéines ou dans les compléments alimentaires, car l’organisme n’en est pas capable d’en produire. C’est l’un des acides aminés les plus importants puisqu’il assure la régulation de la balance azotée dans le corps. Un déséquilibre de celle-ci, remarqué surtout chez les sujets âgés, entraîne une perturbation entre la reconstitution et la dégradation des protéines musculaires. Ceci explique pourquoi une perte importante de la masse musculaire est notée lorsque l’on vieillit. Son énantiomère L-leucine est un acide aminé protéinogène, encodé par les codons CUG, CUA, CUC, CUU, UUG et UUA sur les ARN messagers.

Présentation de la leucine

Propriétés physiques et chimiques

La leucine est identifiée sous les abréviations Leu, L, ou encore le nom IUPAC acide 2-amino-4-méthylpentanoïque. Le radical « leu–» est un terme grec ancien qui est littéralement traduit en français par « blanc » ou bien « éclatant », et le suffixe « –ine » signifie « chimique ». Lorsqu’il est isolé, cet acide aminé a une saveur sucrée, appréciée en industrie alimentaire pour rehausser le goût de certains produits. Son code dans le Codex Alimentarius est le E 641. (1)

La leucine comprend dans sa structure un goupe α-aminé qui dans des conditions biologiques prend une forme protonée –NH3. Dans les mêmes milieux physiologiques, son groupe carboxylique est sous un format déprotoné –COO. À la différence des autres acides aminés, ce composé chimique comprend dans sa chaîne latérale un groupe isobutyle. La présence de ce groupement fait de la leucine un acide aminé aliphatique non polaire. Il fait aussi partie des BCAA ou acides aminés à chaine ramifiée, aux côtés de l’isoleucine et la valine, dont la structure du carbone est marquée par un branchement. Il faut, cependant, souligner que même si sa structure est proche de celles de ces deux BCAA, ses rôles biologiques lui sont spécifiques. Si la valine intervient dans la formation des glucides ; la leucine, quant à elle, participe à la fabrication des corps cétoniques (graisses) suite à sa dégradation. D’ailleurs, c’est l’acide aminé cétogène le plus important, puisque les produits issus de sa dégradation sont l’acétyl-CoA et l’acétoacétate (2). L’isoleucine, de son côté, ont des rôles à jouer dans ces deux processus biologiques.

Sa formule chimique est C6 H13 N O2 et sa masse molaire 131,1729 g/mol.

Métabolisme et dégradation

Métabolisme et dégradation de la leucine dans l'organisme humain
Métabolisme et dégradation de la leucine dans l’organisme humain

Chez les sujets en bonne santé, environ 60 % de L-leucine apportés par les aliments sont totalement métabolisés après plusieurs heures suivant le repas. Et entre 2 et 10 % sont transformés en acide β-hydroxy β-méthylbutyrique (HMB), dont 10 à 40 % seront excrétés dans l’urine et la majorité est transformé en β-hydroxybutyrate et cholestérol par voie de mévalonate.

Près de 40 % de L-leucine administré, sont convertis en acétyl-CoA, un produit cétonique fortement utilisé dans d’autres processus biologiques, après différentes réactions métaboliques faisant intervenir une série d’enzymes.

Fonctions physiologiques

La L-leucine est l’un des acides aminés qui assurent de nombreuses fonctions dans l’organisme. Ses lieux de concentration sont surtout les biofluides, à l’instar du sang, du liquide céphalo-rachidien, la sueur et l’urine. Au niveau des cellules, cet acide aminé se localise dans les mitochondries. Voici quelques-uns de ses rôles biologiques (3) :

– Intervention dans la biosynthèse des protéines ;
– Stimulation de la production endogène de protéines ;
– Facilitation de la réutilisation des acides aminés
– Synthèse d’hémoglobine
– Régulation du taux de glycémie et stimulation de la production d’insuline ;
– Réparation des tissus musculaires et osseux ;
– Activateur de mTOR (Mechanistic target of rapamycin), enzyme de la famille des sérine/thréonine kinases responsable du développement, de la prolifération et de la survie cellulaire ;
– Développement des muscles et protection contre la dégradation des protéines musculaires, suite à un traumatisme ou un stress sévère ;
– Cicatrisation de l’appareil cutané ;
– Production d’hormone de croissance ;
– Régulation des niveaux d’énergie.

L’énantiomère D-leucine, apporté surtout par les compléments alimentaires, est connue pour son rôle dans la formation d’hémoglobine.

Principales sources

La plupart des aliments que nous consommons au quotidien renferment une teneur élevée en leucine. Certaines plantes médicinales, telles que le moringa oleifera, le tournesol et le lupin blanc par exemple, en contiennent également à des quantités non négligeables. Autrement dit, il est quasiment impossible de faire une carence en cet acide aminé que dans des cas très rares, tels qu’en cas de difficultés à métaboliser les BCAA. L’une des maladies génétiques les plus connues est la maladie du sirop d’érable. Les symptômes d’une carence en leucine se traduisent par des tremblements musculaires, une atrophie des muscles spinaux (masse musculaire épaisse s’étirant de puis la nuque jusqu’au à la hanche), des éruptions cutanées, une ataxie, une hypoglycémie ou encore un retard mental. L’apport journalier recommandé en leucine pour un adulte âgé de plus de 19 ans est de 42 mg/kg de poids corporel.

Voici les teneurs en leucine pour chaque portion de 100 g de :

Les protéines de lactosérum en poudre sont riches en leucine
Les protéines de lactosérum en poudre sont riches en leucine

– Concentré de protéines de lactosérum en poudre, 12 000 mg ;
– Concentré de protéines de soja en poudre, 8 500 mg ;
– Graines de soja, 2 870 mg ;
– Germe de blé, 2 170 mg ;
– Thon, 2 170 mg ;
– Graines de chanvre, 2160 mg ;
– Arachides, 2 000 mg ;
– Saumon, 1 770 mg ;
– Filet de bœuf, 1700 mg;
– Amande, 1 490 mg ;
– Poulet, 1 480 mg ;
– Pois chiches, 1 460 mg ;
– Jaune d’œuf de poule, 1 400 mg ;
– Avoine, 1 280 mg ;
– Fromage blanc, 1 230 mg ;
– Riz complet, 690 mg.

Bienfaits de la leucine

Constitution de la masse musculaire chez les personnes âgées

La L-leucine est connue pour sa capacité à reconstituer la masse musculaire et à la protéger d’une éventuelle dégradation due à un stress oxydatif important. Dans cette thérapie expérimentale, les chercheurs ont utilisé cet acide aminé chez des sujets âgés avec d’autres acides aminés essentiels (EAA) afin de voir son efficacité dans le métabolisme des protéines musculaires. L’échantillon testé comprenait un groupe de personnes âgées et un groupe de jeunes en bonne santé, pour servir de témoin.

Tout au long du traitement, ces patients ont reçu tous les jours des protéines de lactosérum en poudre, de 6,7 g environ. Deux différentes teneurs en L-leucine ont été fournies dans ces compléments alimentaires, à savoir 26 % et 41 % par rapport à la quantité totale d’EAA utilisés. Les sujets testés ont subi également une perfusion de L-phénylalanine, des biopsies musculaires et des analyses sanguines, afin de déterminer le taux de fractionnement synthétique dit FSR et l’équilibre des protéines musculaires.

Les résultats ont révélé une augmentation de 0,063 ± 0,007%/h de FSR chez le groupe ayant reçu 26 % de L-leucine, si au départ la valeur constatée était de 0,048 ± 0,005%/h. Chez l’autre groupe, le FSR relevé a été de 0,051 ± 0,007%/h, contre 0,036 ± 0,004%/h au départ. Chez les jeunes qui ont servi de témoin, l’augmentation de FSR a été moins importante. Cette hausse de FSR indique une amélioration de l’équilibre protéique musculaire, en particulier chez les personnes âgées. Les scientifiques ont conclu que la L-leucine combinée à d’autres EAA stimule la synthèse de protéines musculaires et maintient l’équilibre protéique. (4)

Amélioration de la capacité physique et mentale

La leucine augmente la résistance physique à la fatigue
La leucine augmente la résistance physique à la fatigue

Comparée aux deux autres BCAA, la leucine a fait l’objet de plus d’études scientifiques en raison de ses nombreux rôles dans l’organisme et son taux d’oxydation plus élevé. Après des séances d’exercices aérobiques, des diminutions des taux plasmatiques de leucine allant de 11 à 33 % peuvent être constatées, contre 30 % après des exercices de musculation et 5 à 8 % après des exercices d’anaérobie.

Au cours de cette étude scientifique, des athlètes de haut niveau ont pris au quotidien en complément à leur alimentation 1,26 g/kg de protéines, avec deux concentrations différentes de leucine, 30 et 35 % par rapport à la quantité totale de BCAA. Ces suppléments ont été administrés avant et pendant les entrainements intensifs.

Les observateurs ont remarqué que la L-leucine prise au moment des exercices physiques a permis à la fois de prévenir et limiter la dégradation des protéines musculaires. Les acides aminés ont aussi un effet positif sur la capacité physique et mentale à résister à la fatigue. Toujours selon cette revue scientifique, une supplémentation de leucine d’environ 50 mg/kg/j pendant 5 semaines a permis de maintenir le taux de cet aminé dans le plasma. Les BCAA, couplés à 3 g/j de HBM, ou acide β-hydroxy β-méthylbutyrique (métabolite issu de la dégradation de la leucine), a favorisé la prise de masse musculaire et amélioré par la même occasion la résistance physique à la fatigue. (5)

Combustion des graisses

Les études ayant mis en évidence la capacité de la leucine à favoriser la combustion des graisses sont encore très peu nombreuses, donc il est encore très tôt pour le confirmer. D’ailleurs, cet acide aminé a été combiné avec d’autres BCAA au moment des expériences. Et les sujets expérimentés ont été soumis à des activités physiques intenses. Donc, même si les résultats ont été positifs, il n’est pas sûr à 100 % que la leucine ait réellement encourager l’élimination des cellules adipeuses.

Lors de cette expérience, une supplémentation en BCAA avec une teneur de L-leucine s’élevant à 76 %, associée à une restriction énergétique modérée, a entrainé une perte significative des tissus adipeux localisés au niveau de l’abdomen. (6)

Amélioration de la sensibilité à l’insuline

Pas mal de scientifiques ont aussi étudié l’effet de la leucine sur l’insuline. Cet acide aminé est connu, en effet, pour sa capacité à améliorer la sécrétion de cette protéine hormonale par les îlots de Langerhans du pancréas et sa mise en réserve dans les muscles et le foie.

Au cours de cette expérience par exemple, cet acide aminé a été administré chez des souris obèses et en bonne santé soumises à différents régimes alimentaires, riches et pauvres en graisses. Il a été remarqué chez la plupart de ces animaux, une plus grande sensibilité à l’insuline, accompagnée d’une perte de poids. Ces effets n’ont pas, toutefois, été notés chez les souris dont l’obésité était déjà installé.

Les auteurs de cette étude ont émis comme conclusion que, la L-leucine en complément à l’alimentation constitue une mesure de prévention contre le développement d’un diabète de type 2 lié à une mauvaise habitude alimentaire. Son efficacité reste, en revanche, limitée à un stade avancé de l’obésité. (7)

Baisse du taux de cholestérol

La leucine peut aider à combattre le cholestérol
La leucine peut aider à combattre le cholestérol

Se basant sur la capacité de la leucine à activer la voie de signalisation mTOR, des scientifiques l’ont utilisé à des doses doublées et sur le long terme chez des souris soumises à un régime riche en graisses. Il est important de noter que les perturbations de la mTOR sont l’une des causes de l’obésité. L’ajout de cet acide aminé dans l’alimentation de ces animaux ont entrainé une diminution de la masse graisseuse de 25 % et du poids corporel jusqu’à 32 %. Le taux de cholestérol total a aussi connu une baisse de 27 % et celui du LDL (mauvais cholestérol) de 53 %. Une meilleure sensibilité de ces rongeurs à l’insuline a été, par ailleurs, notée. Les scientifiques ont conclu que l’apport doublé de L-leucine favorise la perte de poids induite par l’hypercholestérolémie et l’hyperglycémie. (8)

Méfaits de la leucine

Bien que la L-leucine soit un acide essentiel à l’organisme et assure des rôles biologiques importants, son utilisation sur une longue période sans surveillance médicale ou à forte dose peut être dangereuse pour la santé. Cet acide aminé peut également intéragir avec d’autres substances actives, en bloquant ou décuplant leurs actions. Voici une petite liste des effets indésirables observés par les scientifiques.

Interaction avec d’autres acides aminés

Faisant partie intégrante des BCAA, la leucine entre en compétition avec les LNAA ou les grands acides aminés neutres, notamment la tyrosine et la tryptophane, en bloquant leur passage via la barrière hémato-encéphalique du cerveau. Ces acides aminés, pourtant, sont des précurseurs directs de deux neuromédiateurs importants chargés du maintien de la bonne stabilité émotionnelle, à savoir la sérotonine et les catécholamines. (9)

Probablement cancérigène

La L-leucine prise en complément à l’alimentation à des doses trop élevées et sur une période prolongée peut développer des cancers d’après certaines publications scientifiques. Dans cette expérience, s’étalant sur 60 semaines, des rats de laboratoires ont reçu en plus de leurs régimes habituels 2 % d’isoleucine ou 4 % de leucine. Ces suppléments ont conduit à une hausse significative des acides aminés plasmatiques et favorisé le développement d’un carcinome au niveau des vessies de ces rongeurs. La leucine est probablement cancérigène lorsqu’elle est prise à des quantités trop importantes et sur une longue durée, d’après les auteurs. Mais malgré cela, cet acide aminé ne figure pas encore dans la liste des substances cancérigènes de la CIRC (Centre international de recherche sur le cancer), en raison du manque de preuves. (10)

Bien choisir sa leucine en gélules

Les gélules de leucine sont les suppléments parfaits pour améliorer la synthèse protéique et gagner en masse musculaire. Ce n’est donc pas étonnant si cet acide aminé est le premier allié des sportifs, car non seulement il contribue au maintien musculaire, mais en plus optimise la résistance à la fatigue physique.

La L-leucine est toujours fourni avec les deux autres acides aminés à chaine ramifiée. Sans la valine et l’isoleucine, cet acide aminé n’est pas, en effet, capable d’assurer son rôle. La construction des tissus musculaires n’est optimale que lorsque ces 3 BCAA sont combinés.

Il est possible de trouver deux types de concentration de BCAA sur le marché, dont 4:1:1 et 2:1:1 ; qui signifient respectivement 4 parts de leucine, une part d’isoleucine et une part de valine ainsi que 2 parts de leucine, une part d’isoleucine et une part de valine. Le ratio 4:1:1 est bien évidemment plus riche en leucine, et donc permet de mieux favoriser la synthèse protéique. Les doses de L-isoleucine et de L-valine sont plus réduites, car ils servent uniquement de soutiens métaboliques.

Leucine : Posologie

Consommée selon les doses conseillées, la L-leucine ne cause aucun effet secondaire. Les problèmes de santé et les risques d’intoxication liés à son usage ne sont constatés qu’à des doses très élevées. Dans cette étude, des gélules de L-leucine de 750, 1 000 et 1 250 mg/kg/j administrées chez des hommes en bonne santé âgés de 20 à 35 ans ont occasionné une hausse importante du taux d’ammoniac dans le sang. Les scientifiques ont donc établi une dose limite à ne pas dépasser, à savoir 500 mg/kg/j. (11)

En moyenne, il est recommandé de prendre au moment des repas 2,5 à 4 g de L-leucine, soit 12 g au maximum pendant une journée.

Références

(1) J. Rosenthal, et al. (EN) « Métabolisme de la Leucine : Précurseur de stérols dans les tissus adipeux et musculaires ». American Journal of Physiology Vol 226, n°2, Toronto p:411-418.
(2) Cynober, Luc A. « Aspects métaboliques et thérapeutiques des acides aminés dans la nutrition clinique » 2nde édition, Nov 2003, p101. Presse du CRC.
(3) Wishart DS and al. DrugBank : Base de données informatives sur les médicaments et leurs actions. 2010.
(4) Katsanos, CS, et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 291(2): 381-7 (2006).
(5) « Leucine supplementation and intensive training. » Review article, Mero A. Sports Med. 1999.
(6) id.
(7) Binder E et al. (EN) « La supplémentation en leucine protège contre la résistance à l’insuline en régulant les niveaux d’adiposité » Plos One 2013;8.
(8) Zhang Y et al. (EN) « L’augmentation de l’apport alimentaire en leucine réduit l’obésité induite par l’alimentation et améliore le métabolisme du glucose et du cholestérol chez la souris ». Diabetes 2007 Jun;56(6):1647-54.
(9)NAS, Food and Nutrition Board, Institut de médecine. « Apports nutritionnels de référence pour l’énergie, les glucides, les fibres, les graisses, les acides gras, le cholestérol, les protéines et les acides aminés (macronutriments) ». National Academy Press, Washington, DC, p. 704-705, 2009.
(10) id, p:708.
(11) Elango R and al. (EN) « Détermination de l’apport maximal tolérable de leucine chez des jeunes hommes ». Am J Clin Nutr 2012 Oct;96(4):759-67.

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