Coenzymes et vitamines - … · La niacine (vitamine PP ou B3) et les pyridines nucléotides ... La vitamine E ou tocophérol le plus fréquent et actif: l’αtocophérol Coenzymes

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Coenzymes et vitaminesPCEM1 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

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Généralités : Vitamines

I- Généralités sur les vitaminesHistoriquement « 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 Bgroupe B : B1, B2, B3 ou PP, B5, B6, B8 ou H, B9, B12Hydrosoluble = absence de stockage dans l’organisme

nécessité d’un apport régulierpas de toxicité en cas de surdosage (élimination urinaire)

� Les vitamines liposolublesA, D, E, K : apolaires, solubles dans les graissesdonc stockées dans l’organisme et potentiellement toxiquesen excès, elles entraînent des hypervitaminoses

NB : Vit A et D ne sont pas impliquées dans la structure de Coenzymes

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� Coenzymes d’oxydoréduction� Coenzymes redox hydrosolubles vitaminiques� Coenzymes redox hydrosolubles non vitaminiques� Coenzymes redox liposolubles vitaminiques


Généralités : Coenzymes

I- définition cofacteur/coenzymeTerme global : Cofacteur

� de nature non organiquePlus de 25% de toutes les enzymes nécessitent la présence d’uncofacteur 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 à l’apoenzyme � les co-substrats ou coenzymes libres car faiblement liés à la protéine.

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E1


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


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

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� Deux parties dans la molécule

� éléments de liaison à l'enzyme (faible ou covalent)� partie réactive


GROUPEMENTSIMPLIQUESDANS LALIAISON

A L'ENZYME

PARTIEREACTIVEIMPLIQUEEDANS LACATALYSE

Molécules organiques

Coenzymes

Gènes


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 àdes enzymes

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

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P vitamine


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 vitamine

S

Gène X

Enzyme

CoE

Gène X muté

Enzyme

CoE


� 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’activité

enzymatique.

� Les symptômes de telles carences varient en fonction des métabolismes touchés.

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Les vitamines liposolubles non coenzymatiques D et A

� A. La vitamine DVitamine 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 naissanceà 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 ou vit D3

CH2

HO

2524

OH

OH

1


peau

8

CH2OH67 9 11 13

1


� La vitamine A (Origine : Béta-Carotène) stock hépatique� structureForme naturelle de base : le rétinol (trans)

� Formes trans les plus fréquentes

� Formes cis : le 11 cis rétinal� Dérivés :

� Rétinol� Rétinal� Acide Rétinoïque

9 11

CHO


� action du rétinolHormone stéroïde (expression de gènes)

� action du rétinaldans 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)

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Coenzymes et Vitamines

A, DNon CoE

LiposolublesE, K

ptéridiniqueQuinoniquesAcide lipoïque

B2, B3(PP), CCoenzyme (CoE)

Oxydo-réduction

ATPS-Adénosyl-méthionine

HydrosolublesB1, B5, B6B8, B9, B12

Coenzyme (CoE)Transfert de groupement

Non vitamineVitamineOrigineFonction





10

CH2 CHOH CHOH CHOH CH2OH

NH4

1

10

98

5

CH3

CH3N

NN O

O

La vitamine B2 ou riboflavine et les CoE flaviniques1) Structure de la vitamineLe système de doubles liaisons conjuguées forme un chromophore de couleur jaune

2) Les coE flaviniquesflavine mononucléotide ou FMNflavine 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


La niacine (vitamine PP ou B3) et les pyridines nucl éotides

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)

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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 à340nm, propriété très utilisée pour les dosages biochimiques en spectrophotométrie d’absorption.

S + NAD NADH + PE1

Absorbance à 340nm fonction de l’apparition de P


La vitamine C ou acide ascorbiquel’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 ascorbiqueOxydée acide déhydroascorbique(Mono oxydée, instable)


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VitC : fonctions du CoE

a) CoE des hydroxylasesHydroxylation de PRO et LYS pour former le collagène à partir du procollagène

dans le tissu conjonctifUne 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 libresresponsables de stress oxydatif : singulet O., hydroxyle OH.





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L’acide lipoïque

1) StructureC’est un gr.prosthétique fixé à l’apoEnzyme par sa chaîne latérale

2) Mécanisme réactionnel

Transporteur d’hydrogène dans des réactions de déca rboxylation 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


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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<n<10

L’ubiquinone ou CoE Q10 est la quinone portant une chaîne isoprénique à10 chaînons, retrouvée chez les mammifères.

Dans la chaîne respiratoire , elle relie les flavoprotéines au cytochrome b.

Propriétés anti-oxydantes






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34

3

21CH3

CH2

O

O

CH C CH2 CH2

CH3

CH2 CH CH2 H

CH3Chaîne 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 ménaquinone

c’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 dépendantsII, VII, IX et X : zymogènes non activables en l’absence de vit K par une

carboxylase vitamino K-dépendante


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3

21O CH3

HO

CH3

CH3

CH3

CH2 CH2 CH2 CH CH2 H

CH36

R

structure de l’ αααα tocophérol

cycle chromane phytyle


La vitamine E ou tocophérol

le plus fréquent et actif: l’α tocophérol

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





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Vitamine B1 ou thiamine et TPP (thiamine pyrophosphate )

1) Structure de la vitamine-un noyau pyrimidine et un noyau thiazolesources alimentaires : céréales non raffinées et viandes

carence chez l’homme : Béri-Béri (atteinte neurologique)

2) Le TPP ou thiamine pyrophosphateL’estérification du noyau thiazole par un pyrophosphate donne naissance au CoE

thiamine di-phosphotransférase (foie et cerveau)

thiamine TPP

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 réactionnelsC’est le coE des transferts d’aldéhyde

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

CH3-CO-COOH + E1-TPP CO2 + E1-TPP-CH3CHOacide pyruvique acétaldéhyde

E1 = pyruvate décarboxylase

H+C

SC

N+

2 (CH2)2 O P P~-

+


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vitamine B6 et phosphate de pyridoxal1) Il existe 3 formes vitaminiques dérivées de la pyridine

R = CH2OH : pyridoxine= CHO : pyridoxal= CH2NH2 : pyridoxamine

2) Les CoELe plus important est le phosphate de pyridoxal

Sa forme active est un dérivé ester phosphate

pyridoxal kinase

Pyridoxal Phosphate de pyridoxal

ATP ADP


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 pyret l’amine (en Cα) de l’AA.

α+

R CH COOH

NH2

NH+

CH O

CH2 O P

CH3

-O

formation d’une base de Schiff ou imine initiale


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On obtient donc 3 imines transitionnelles distinctes :

a : rupture C-H b = rupture C-COOH c : rupture C-R

racémisationDécarboxylation(ex His en histamine)

élimination d’un radical en Cα des AA

(ex Ser en Gly)

transamination

H+

R C COO-

N

CH

CH3

HO

R C

N

CH

H

HO

CH3

CH2 O P

CO2

CH2 O P

C

N

CH

HC OO

-

CH2 O PHO

CH3

R

NH

α

d) hydrolyse de la liaison impliquée dans la base de Schiff

libération du produit et régénération du CoE.

H2

O



L'acide pantothénique (B5) et le Co A

l'acide pantothéniqueprécurseur d'un CoE fondamental : le Co A, transporte ur de groupement « acyle » (R-

COOH) et plaque tournante du métabolisme intermédia ire,

1) le Co A

L’acide pantothénique réagit avec un dérivé de la cystéine, la cystéamine et avec l’ATP pour former le CoE actif,

l’ATP est incorporé sous forme d’adénosine 3’, 5’ diphosphate + phosphopantéthéine

c’est un co-substrat.

le SH de la cystéamine est substitué par divers radicaux « acyle »le principal est l’acétyl dans l’acétyl Co A (CoA-S~COCH3)

Cette substitution entraîne la formation d’une liaison riche en énergie

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Le CoA intervient

dans le complexe de la pyruvate déshydrogénase (avec E2) comme source d’acétyl CoA à partir d’acide pyruvique et donc des glucides

dans la synthèse du cholestérol comme source d’hydroxy méthyl glutaryl (HMG) CoA

2) Ac pantothénique précurseur du « bras » de l’acyl carrier protein (ACP)

L’ACP comprend un groupement prosthétique formé par la phosphopantéthéine,

relié à une sérine de la chaîne polypeptidique

L’ACP forme un bras articulé au sein du complexe de l’acide gras synthase,

qui sert d’ancrage à la chaîne d’acide gras en cours de biosynthèse



La vitamine B8 (ou H) ou biotine

1) La vitamine - est directement fournie par l’alimentation- peut être synthétisée par les bactéries à partir d’acide oléiquetrès fortement complexée par l’avidine (complexe avidine-biotine très

utilisé comme réactif en biologie)

2) Le CoEactivée par l’ATPest reliée à une lysine de l’apoenzyme par une liaison amide Entraîne une activation du CO2

C’est le CoE des carboxylases assurant le transport du CO2Ex : Le complexe CO2-biotine-enzyme dans la carboxylation du pyruvate,

l’enzyme est la pyruvate-caboxylase.

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L’acide folique ou vitamine B9Synthèse endogène mais insuffisante par la flore intestinaleComplément alimentaire indispensable.

noyau ptéridine + acide para amino benzoïque + acide glutamique

le noyau ptéridine est réduit en position 5, 6, 7 et 8Ptéroylglutamate = folate

Le CoE est le tétrahydrofolate ou 5, 6, 7, 8, THFtransporteur d’unités monocarbonées en N5 et /ou N10

NH CO NH CH10

COOH

(CH2)2

COOHN8 H H2N

N56

7


FONCTION :Transfert de CH3


La vitamine B12 ou cobalamine1) Structure complexe : anneau corrine

4 pyrroles portant1 atome de cobalt central lié au résidu aminé des 4 pyrroles.* la fixation d’un nucléotide donne la cobalamine* la liaison d’un 6ème groupement donne 4 formes de cobalamine :

cyano-, hydroxy-, méthyl-, désoxy adénosyl-

2) les CoE sont la méthyl et la désoxy adénosyl cobalamineChez l’Homme :Désoxy adénosyl cobalamine : une réaction d’isomérisation dans la mitochondrie : méthyl-malonyl CoA en succinyl CoA par la méthyl malonyl CoA mutase

Méthyl cobalamine : une réaction de transfert de méthyle, cytoplasmique :Conversion combinée de l’homocystéine en méthionineet du méthyl THF en THF.

Si carence en cobalamine déplétion cellulaire en THF (reste sous forme méthyl THF)

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Coenzymes de transfert hydrosolubles non vitaminiques

N

N N

N

O

NH 2

H2 COPOPOHO

OH OH OH

O OO

P

1

3

7

9

1'

2'3'

4'

5'

γ

ATP

ADP

AMP

OH OH

αβ

Adénosine

liaison ester

liaisons anhydrides

+ Méthionine

=

S-Adénosylméthionine

(donneur de CH3)

Coenzymes et vitamines - … · La niacine (vitamine PP ou B3) et les pyridines nucléotides ... La vitamine E ou tocophérol le plus fréquent et actif: l’αtocophérol Coenzymes

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