[PDF] Coenzymes et vitamines

Chapitre 5 : Les enzymes

4 Les enzymes allostériques Les enzymes dites allostériques possèdent, en plus de leur site actif, un site appelé site allostérique Une substance appelée effecteur peut se fixer sur ce site Il a pour effet de bloquer l'enzyme dans sa forme active ou dans sa forme inactive On parle alors d'effecteur inhibiteur et d'effecteur activateur

Chapitre 3 Les enzymesLes enzymes

Biochimie Chapitre 3 Les enzymesLes enzymes Professeur Bertrand TOUSSAINTProfesseur Bertrand TOUSSAINT Année universitaire 2009/2010 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés

UE1 : Biochimie

nocive à une cellule et toutes les réactions se feraient tout le temps, sans contrôle (d’ou la régulation très fine de la température) •Les enzymes ont la capacité d'abaisser l'énergie d'activation pour des réactions spécifiques pour que ces réactions puissent se faire à la température normale de la cellule Etat de transition

STRUCTURE DES ENZYMES ET MECANISME D’ACTION

4 Structure des enzymes: les enzymes peuvent comporter des éléments non protéiques, on dit qu’il s’agit d’hétéroenzymes (ou hétéroprotéines), alors que les enzymes n’utilisant pas ces éléments non protéiques, sont appelées holoenzymes (ou holoprotéines)

ENZYMOLOGIE - Tout un programme

Classification des enzymes - Les oxydoréductases catalysent le transfert d’électrons et vont avoir comme substrat l’oxydant et le réducteur (1) - Les transférases catalysent le transfert d’un groupe d’atomes R de A vers B ou inversement (2) - Les hydrolases coupent la liaison souvent entre deux carbones ou entre un carbone

BIOCHIMIE GÉNÉRALE - Dunod

ENZYMES ET CATALYSE ENZYMATIQUE 65 CATALYSE 65 I Constante d’équilibre et variation d’énergie libre d’une réaction 65 II Énergie d’activation et rôle des catalyseurs 66 STRUCTURE DES ENZYMES 68 I Nature protéique 68 1 Structure monomérique ou polymérique 68 2 Site actif des enzymes 69 II Cofacteurs 70 1 Ions métalliques

poly Enzymes-coenzymes 2007

Biochimie Structurale ENZYMES CO-ENZYMES ~~~~~ Pr Marc Denis Année Universitaire 2007-2008 LES ISOENZYMES 6 LE SITE ACTIF 6 1 Topologie du site actif R 153 R

UE1 Biochimie - Dunod

Les acides uroniques 21 3 Les acides aldoniques provenant de l’oxydation de la fonction aldéhyde 21 4 Les polyols 22 5 Les acides sialiques (acides neuraminiques) 22 6 Vitamine C (acide ascorbique) 23 7 Acides muramiques 24 8 Glucose phosphaté 24 QCM corrigés 25 Chapitre 4 Les disaccharides 29

Coenzymes et vitamines

Les mêmes composés sont des CoE chez tous les êtres vivants mais leur nature vitaminique varie selon les espèces (selon qu’elles peuvent en produire de façon autonome ou pas) Les co-enzymes sont des composés organiques Biosynthèse grâce à des enzymes dont la production dépend de voies de biosynthèse comprenant une série de réactions

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1

Coenzymes et vitamines

PCEM1 année 2009-2010

Coenzymes et vitamines

■Introduction et Généralités ■Vitamines ■Coenzymes ■Coenzymes d"oxydoréduction ■Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques ■Coenzymes redox non vitaminiques ■Coenzymes redox liposolubles vitaminiques ■Coenzymes de transfert de groupements ■Coenzymes de transfert hydrosolubles du groupe B ■Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques 2

Généralités : Vitamines

I- Généralités sur les vitamines

Historiquement " vitamine » est un terme signifiant : " amine bénéfique à la vie " cependant les composés appelés vitamines ne comportent pas tous une fonction " amine ». ■De nature organique

■En général non synthétisées par l"organisme :- notion variable selon les espèces considérées : il peut exister une voie de biosynthèse endogène

■Chez l"Homme ■soit apport alimentaire obligatoire ■soit synthèse par les bactéries intestinales ■Utiles en petites quantités pour assurer leurs fonctions biochimiques ■Concentration faible dans le sang

Apport exogène

Végétal

Autres espèces

Généralités : Vitamines

II- Classification

■Les vitamines hydrosolubles vit C (Ac Ascorbique) + vit du groupe B groupe B : B1, B2, B3 ou PP, B5, B6, B8 ou H, B9, B12 Hydrosoluble = absence de stockage dans l"organisme nécessité d"un apport régulier pas de toxicité en cas de surdosage (élimination urinaire) ■Les vitamines liposolubles A, D, E, K : apolaires, solubles dans les graisses donc stockées dans l"organisme et potentiellement toxiques en excès, elles entraînent des hypervitaminoses NB : Vit A et D ne sont pas impliquées dans la structure de Coenzymes 3

Coenzymes et vitamines

■Introduction et Généralités ■Vitamines ■Coenzymes ■Coenzymes d"oxydoréduction ■Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques ■Coenzymes redox hydrosolubles non vitaminiques ■Coenzymes redox liposolubles vitaminiques ■Coenzymes de transfert de groupements ■Coenzymes de transfert hydrosolubles du groupe B ■Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques

Généralités : Coenzymes

I- définition cofacteur/coenzyme

Terme global : Cofacteur

■de nature non organique Plus de 25% de toutes les enzymes nécessitent la présence d"un cofacteur métallique cations divalents Mg++, Ca++, Mn++, Fe++, Zn++, Cu++ ■Soit nécessaire à l"action de l"enzyme mais sans liaison étroite ■Soit fortement lié à la protéine et purifié avec elle ■de nature organique non protéique

Coenzymes

: de petite taille, de structure souvent cyclique.

Parmi lesquels on distingue

■les groupements prosthétiques, liés par covalence àl"apoenzyme ■les co-substrats ou coenzymes libres car faiblement liés à la protéine. 4 E1

Généralités : Coenzymes

II- Propriétés des coenzymes

Lié plus ou moins fortement à l"apoenzyme, le coenzyme (CoE) fait partie intégrante du mécanisme catalytique

■Groupement prosthétique - fortement lié au site actif de l"enzyme par des liaisons covalentes (comme un pont peptidique) - régénéré à la fin de la réaction

-régénéré à la fin de deux réactions couplées au sein d"un même complexe enzymatique

■Co-substrat ou CoE libre - fixé réversiblement au site actif par des liaisons faibles

- régénéré au cours d"une réaction catalysée par une deuxième enzyme dans la même voie métabolique ou dans une autre voie métabolique

CoE E2

Généralités : Coenzymes

III- Fonctions des coenzymes

■transferts de groupements autres que H+ ■transfert d"e- et de protons au cours des réactions d"oxydo-réduction Les enzymes nécessitant des coenzymes catalysent des réactions : ■d"oxydo-réduction : oxydo-reductases EC1 ■de transfert de groupement : transférases EC2 toujours CoE ■de formation de liaisons covalentes : ligases EC6 ■d"isomérisation : isomérases EC5 CoE facultatif 5 ■Deux parties dans la molécule ■éléments de liaison à l"enzyme(faible ou covalent) ■partie réactive

Généralités : Coenzymes

GROUPEMENTS

IMPLIQUES

DANS LA

LIAISON

A L"ENZYME

PARTIE

REACTIVE

IMPLIQUEE

DANS LA

CATALYSE

Molécules organiques

Coenzymes

Gènes

Généralités : Coenzymes

III Relation entre Vitamines et coenzymes

Les mêmes composés sont des CoE chez tous les êtres vivants mais leur nature vitaminique varie selon les espèces (selon qu"elles peuvent en produire de façon autonome ou pas)

Les co-enzymes sont des composés organiques

Biosynthèse grâce à

des enzymes

dont la production dépend de voies de biosynthèse comprenant une série de réactions enzymatiques

6

Pvitamine

Généralités : Coenzymes

Dans certaines espèces, au cours de l"évolution,

des gènes codant des enzymes impliquées dans la biosynthèse de CoE ont été altérés.

Ce phénomène est d"autant plus fréquent que l"on est haut dans la chaîne alimentaire Voie endogène Source alimentaire et bactérienne

Si absence d"enzyme fonctionnelle : interruption de la chaîne de production des CoE en aval de l"étape enzymatique correspondante

Le produit de cette étape donnant naissance au CoE est donc devenu indispensable dans les espèces dérivées : notion de vitamineS

Gène X

Enzyme

CoEGène X muté

Enzyme

CoE

Généralités : Coenzymes

■C"est le cas pour l"Homme chez qui la plupart des coenzymes dérivent de vitamines ■Une carence vitaminique entraîne : ■une diminution de synthèse du coenzyme dérivé ■et donc une pathologie liée à une perte d"activitéenzymatique. ■Les symptômes de telles carences varient en fonction des métabolismes touchés. 7

Les vitamines liposolubles

non coenzymatiques D et A ■A. La vitamine D Vitamine d"appellation historique mais impropre : Prohormone stéroïde ■Origine : alimentaire et endogène

à l"origine du calcitriol, hormone du métabolisme phosphocalcique, qui stimule les gènes du métabolisme phosphocalcique (action sur des récepteurs nucléaires)

■Structure

Chez l"animal, la " vitamine » est formée à partir du 7déshydrocholestérol par photolyse

d"où l"importance de l"exposition à la lumière pour sa production endogène.

Carence = rachitisme survenant par exposition solaire et/ou apports insuffisants (appréciés en fonction de la localisation géographique et de la pigmentation cutanée)

Après hydroxylation en 25 dans le foie,

on obtient la forme de réserve, le 25 hydroxy cholécalciférol ou 25 OH D3

Une deuxième hydroxylation va donner naissance

à deux composés

- si OH en 24 : 24,25 dihydroxycholécalciférol (rein , os, placenta, intestin, cartilage) - si OH en 1: 1,25 (OH)2 D3 ou calcitriol (rein, os, placenta)On obtient le cholécalciférol ouvit D3 CH2 HO 25
24
OHOH1

Les vitamines liposolubles

non coenzymatiques D et A peau 8

CH2OH67

911131

Les vitamines liposolubles

non coenzymatiques D et A ■La vitamine A (Origine : Béta-Carotène) stock hépatique ■structure

Forme naturelle de base : le rétinol (trans)

■Formes trans les plus fréquentes ■Formes cis : le 11 cis rétinal ■Dérivés : ■Rétinol ■Rétinal ■Acide Rétinoïque 911
CHO

Les vitamines liposolubles

non coenzymatiques D et A ■action du rétinol

Hormone stéroïde (expression de gènes)

■action du rétinal dans la vision : cycle de formation du pigment rétinien : la rhodopsine ■si carence : cécité

■action de l"Ac Rétinoïque : synthèse de glycoprotéines (transport transmembranaire d"oligosaccharides)

9

Coenzymes et Vitamines

A, DNon CoE

Liposolubles

E, KptéridiniqueQuinoniquesAcide lipoïque

B2, B3(PP), C

Coenzyme (CoE)

Hydrosolubles

B1, B5, B6

B8, B9, B12Coenzyme (CoE)

Transfert de groupementNon vitamineVitamineOrigine

Fonction

Coenzymes et vitamines

■Introduction et Généralités ■Vitamines ■Coenzymes ■Coenzymes d"oxydoréduction ■Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques ■Coenzymes redox non vitaminiques ■Coenzymes redox liposolubles vitaminiques ■Coenzymes de transfert de groupements ■Coenzymes de transfert hydrosolubles du groupe B ■Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques 10

CH2CHOH CHOH CHOH CH2OH

NH4 110
985
CH3 CH3N NNOO La vitamine B2 ou riboflavine et les CoE flaviniques

1) Structure de la vitamine

Le système de doubles liaisons conjuguées forme un chromophore de couleur jaune

2) Les coE flaviniques

flavine mononucléotide ou FMN flavine adénine dinucléotide ou FAD (à partir du FMN) ces CoE sont des groupements prosthétiques d"enzymes appelées flavoprotéines - oxydases - déshydrogénases E

Estérification

Coenzymes redox

hydrosolubles vitaminiques

Coenzymes redox

hydrosolubles vitaminiques La niacine (vitamine PP ou B3) et les pyridines nucléotides

2 formes dérivant de la pyridine = 2 sources alimentaires : l"acide nicotinique et la nicotinamide

carence en vit PP : pellagre (alimentation maïs + pauvre en viande) les CoE pyridiniques : NAD+ et NADPH + H+ sont les formes majeures dans la cellule

Le tryptophane peut servir de source alimentaire de NAD+ en cas de carence en vitamine PP, ce CoE n"est donc pas strictement de nature vitaminique

Ce sont des co-substrats

qui transfèrent 2 H pour les déshydrogénases cytoplasmiques et mitochondriales, le NAD+ dans les voies oxydatives, le NADP dans les voies réductrices (voie des pentoses) 11 la NAD+ absorbe les UV à 260 nm comme les nucléotides. La forme réduite (NADH) absorbe de plus à 340 nm la réduction du CoE entraîne donc une augmentation de l"absorption à

340nm, propriété très utilisée pour les dosages biochimiques en

spectrophotométrie d"absorption.

S + NAD NADH + P

E1 Absorbance à 340nm fonction de l"apparition de P

Coenzymes redox

hydrosolubles vitaminiques

La vitamine C ou acide ascorbique

l"enzyme L-gulonolactone oxydase, nécessaire à sa synthèse endogène, n"existe pas chez l"Homme.L"acide ascorbique constitue avec l"acide déhydro ascorbique un système

d"oxydo-réduction

1) Structure

apparentée à celle des oses en C6,

3 formes :

Réduite acide ascorbique

Oxydée acide déhydroascorbique

(Mono oxydée, instable)

Coenzymes redox

hydrosolubles vitaminiques 12

Coenzymes redox

hydrosolubles vitaminiques

VitC : fonctions du CoE

a) CoE des hydroxylases

Hydroxylation de PRO et LYS pour former le collagène à partir du procollagènedans le tissu conjonctif

Une carence en vitamine C ou scorbut

se caractérise cliniquement par des anomalies des tissus de soutien : fragilité cutanée, déchaussement des dents.

CoE de synthèse de la carnitine et des catécholamines: la dopamine béta hydroxylase transforme la dopamine en noradrénaline

Catabolisme de PHE et TYR

b) maintien des cofacteurs métalliques à l"état réduit (Fe++, Cu++) c) participe à la destruction des radicaux libres responsables de stress oxydatif : singulet O., hydroxyle OH.

Coenzymes et vitamines

■Introduction et Généralités ■Vitamines ■Coenzymes ■Coenzymes d"oxydoréduction ■Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques ■Coenzymes redox non vitaminiques ■Coenzymes redox liposolubles vitaminiques ■Coenzymes de transfert de groupements ■Coenzymes de transfert hydrosolubles du groupe B ■Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques 13

L"acide lipoïque

1) Structure

C"est un gr.prosthétique fixé à l"apoEnzyme par sa chaîne latérale

2) Mécanisme réactionnel

Transporteur d"hydrogène dans des réactions de décarboxylation oxydative

Coenzymes redox non

vitaminiques E1

La bioptérine

1) Structure

C"est une ptéridine voisine de celle trouvée dans l"acide folique

Forme quinonique : 7, 8 dihydrobioptérine

2) Le CoE est la 5, 6, 7,8 tétrahydrobioptérine = THB

CoE des hydroxylases fixant l"O2 moléculaire :

conversion de PHE en TYR, de TYR en L-DOPA de TRP en 5 hydroxy-tryptophane

Coenzymes redox non

vitaminiques 14

L"ubiquinone ou CoE Q

Les ubiquinones sont des couples rédox liposolubles de la membrane mitochondriale de tous les tissus soit libres dans la matrice lipidique soit associée aux complexes protéiques.

Chaîne isoprénique 6 L"ubiquinone ou CoE Q10 est la quinone portant une chaîne isoprénique à

10 chaînons, retrouvée chez les mammifères.

Dans la chaîne respiratoire

, elle relie les flavoprotéines au cytochrome b.

Propriétés anti-oxydantes

Coenzymes redox non

vitaminiques

Coenzymes et vitamines

■Introduction et Généralités ■Vitamines ■Coenzymes ■Coenzymes d"oxydoréduction ■Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques ■Coenzymes redox non vitaminiques ■Coenzymes redox liposolubles vitaminiques ■Coenzymes de transfert de groupements ■Coenzymes de transfert hydrosolubles du groupe B ■Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques 15 34
32
1 CH3 CH2 OO

CH C CH

2CH2 CH3

CH2CH CH2HCH

3Chaîne phytyle

Coenzymes redox

liposolubles vitaminiques

Vitamine K :

Ensemble de substances dérivant du noyau 2 méthyl-1,4 naphtoquinone.

2 formes naturelles

■chez les végétaux : K1 ou phylloquinone

■chez les bactéries : K2 ou ménaquinonec"est la forme active chez les mammifères provenant

- soit des bactéries intestinales - soit d"une synthèse à partir de la vitamine K1 dans le foie ■K3 ou ménadione

Coenzyme indispensable

- pour la formation du tissu osseux - pour la coagulation sanguine : facteurs de coagulation vit K dépendants II, VII, IX et X : zymogènes non activables en l"absence de vit K par une carboxylase vitamino K-dépendante

Coenzymes redox

liposolubles vitaminiques 16

321OCH3

HO CH 3 CH3 CH3

CH2CH2CH2CH CH2HCH

36
R structure de l"aaaatocophérol cycle chromane phytyle

Coenzymes redox

liposolubles vitaminiques

La vitamine E ou tocophérol

le plus fréquent et actif: l"atocophérol Une absorption défectueuse des graisses peut entraîner une carence en vitamine E. Dans le sang elle est liée à des lipoprotéines, les VLDL.

C"est un anti oxydant prévenant la péroxydation ou auto-oxydation des acides gras poly-insaturés membranaires

Coenzymes et vitamines

■Introduction et Généralités ■Vitamines ■Coenzymes ■Coenzymes d"oxydoréduction ■Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques ■Coenzymes redox non vitaminiques ■Coenzymes redox liposolubles vitaminiques ■Coenzymes de transfert de groupements ■Coenzymes de transfert hydrosolubles du groupe B ■Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques 17 Vitamine B1 ou thiamine et TPP (thiamine pyrophosphate)

1) Structure de la vitamine

-un noyau pyrimidine et un noyau thiazole sources alimentaires : céréales non raffinées et viandes carence chez l"homme : Béri-Béri (atteinte neurologique)

2) Le TPP ou thiamine pyrophosphate

L"estérification du noyau thiazole par un pyrophosphate donne naissance au CoE thiamine di-phosphotransférase (foie et cerveau) thiamineTPP

ATP AMP

Coenzymes de transfert

hydrosolubles du groupe B

La forme active

du CoE est le

CARBANION

le carbone 2 du noyau thiazole peut facilement perdre un proton et fixe alors le groupement à transférer.

3) Mécanismes réactionnels

C"est le coE des transferts d"aldéhyde

Ex : décarboxylation oxydative des acides acétoniques complexe de la pyruvate déshydrogénase (enzymes E1, E2, E3)

CH3-CO-COOH +

E1-TPPCO2 + E1-TPP-CH3CHO

acide pyruviqueacétaldéhyde

E1= pyruvate décarboxylase

H+C S CN+

2(CH2)2OPP~-

Coenzymes de transfert

hydrosolubles du groupe B 18 vitamine B6 et phosphate de pyridoxal

1) Il existe 3 formes vitaminiques dérivées de la pyridine

R = CH

2OH : pyridoxine

= CHO : pyridoxal = CH

2NH2: pyridoxamine

2) Les CoE

Le plus important est le phosphate de pyridoxal

Sa forme active est un dérivé ester phosphate pyridoxal kinase Pyridoxal Phosphate de pyridoxal

ATP ADP

Coenzymes de transfert

hydrosolubles du groupe B Le ph. de pyridoxal est un système électronégatif, essentiel au mécanisme réactionnel.

C"est un groupement prosthétique

C"est un CoE primordial dans le métabolisme des acides aminés.

3) Mécanisme réactionnel

a) fixation du substrat (l"acide aminé)

Interaction entre l"aldéhyde du ph de pyr

et l"amine (en Ca) de l"AA. a +R CH COOH NH2 NH+ CH O CH 2O P CH 3 -O formation d"une base de Schiff ou imine initiale

Coenzymes de transfert

hydrosolubles du groupe B 19quotesdbs_dbs21.pdfusesText_27