Coenzymes et Vitamines - aup1perdu.nancy.free.fraup1perdu.nancy.free.fr/bioch/Coenzymes_et_Vitamines.pdf · Comme cette molécule est sensible aux U.V, sous l’effet de la lumière

Coenzymes et Vitamines Introduction – définitions :

1). Coenzyme : cofacteur nécessaire pour qu’une enzyme devienne fonctionnelle. L’enzyme est alors présente sous 2 états :

• Apoenzyme : enzyme SANS son coenzyme • Holoenzyme : enzyme associée à son coenzyme

Il existe 2 types de coenzymes :

• Coenzyme co-substrat : subit une transformation lors de la réaction enzymatique :

S P

- 1 -

CoΣ CoΣ transformé

• Coenzyme co-facteur : présent dans le cœur catalytique de l’enzyme, non transformé à la fin de la réaction.

2). Les vitamines : déf. : Famille hétérogène de molécules organiques nécessaires au métabolisme, apportées par l’alimentation, indispensables à la vie et sans valeur énergétique. Elles sont présentes à l’état de traces dans l’alimentation. Les aliments sont composés de nutriments :

• Les macronutriments avec valeur énergétique : Glucides, protides, lipides. • Micronutriments : de nature organique (vitamines) et minérale (oligo-éléments).

C’est pour cela qu’on ne considère pas les acides gras essentiels comme des vitamines car ce sont des macronutriments (apportant de l’énergie et tout).

Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant.

a). Classification physico-chimique des vitamines : * Vitamines liposolubles : A, D, E, K * Vitamines hydrosolubles : B6, B1, B9, B12, B5 / B2, B3, C b). Classification fonctionnelle : * Vitamines pseudo-hormonales : Vit. A et E * Vitamines à mode d’action coenzymatique :

• soit réaction de transfert d’électron (oxydoréduction), • soit réaction de transfert de groupements carbonés.

c). Apports nutritionnels conseillés : ANC = apports nécessaires pour couvrir les besoins de 95% de la population. I. Les vitamines liposolubles :

1). La vitamine A : a). Structure : C’est un alcool isoprénique : rétinol. Composé d’un cycle β-ionone et d’une chaîne isoprénique. * Schéma de la forme All-TRANS rétinol : CH3 CH3 CH3 CH3 site d’i CH3

1

1

Babarnab-PROD.

1
CH2OH fonction alcool + Site de phosphorylation
so

12

- 2 -

mérisation

Cours du Pr. Jean-Louis Guéant.

Comme cette molécule est sensible aux U.V, sous l’effet de la lumière il y a isomérisation au niveau des carbones 11 et 12. On obtient la forme 11-CIS rétinol : CH3 CH3 CH3

- 3 -

CH2OH CH3 CH3

12 11

1

La forme habituelle de cette vitamine est le rétinol, les autres formes sont appelées vitamères. Vitamères = isoformes d’une vitamine (et non d’un coenzyme !) Rétinol : - CH2OH Rétinal : - CHO

Acide rétinoïque : - COOH Rétinyl Phosphate : - CH2O – P – O-

O

O-

L’acide rétinoïque est la forme active principale. On passe du rétinol au rétinal, puis à l’acide rétinoïque par oxydations successives en intracellulaire. * Les apports : L’alimentation animale apporte du rétinol sous forme estérifiée avec des acides gras. Selon la longueur de la chaîne on a :

• rétinyl acétate • rétinyl palmitate

Dans les végétaux, on trouve le β-carotène. Il possède 2 structures β-ionones :

Plan de symétrie Point de clivage par une DIOXYGENASE

15’

15


Le β-carotène peut subir un clivage par la 15-15’ β-carotène dioxygénase. Il peut subir des oxydations successives par le métabolisme intestinal pour aboutir au rétinol. Le β-carotène est un équivalent rétinol : 6 µg de β-carotène ⇔ 1 µg de rétinol. b). Propriétés physiques : Soluble dans les solvants organiques, dans l’éther, le formol, l’éthanol … Très sensible à l’oxydation et à la lumière. c). Sources : * Sources animales (lipides) : abats, foie de poisson ou de veau, huiles de poisson, beurre, oeufs ... * Sources végétales : carottes, myrtilles, tomates ... d). Métabolisme : Présent sous forme de rétinyl-esters dans l’alimentation. Les rétinyls-esters sont transportés dans le tube digestif sous forme de micelles, puis une estérase hydrolyse les liaisons esters : Rétinyl ester rétinol

- 4 -

Estérase Transport sanguin dans les Chylo

Passage barrière intestinale Re-esterification et incorporationdans les chylomicrons

FOIE Dans le foie, le rétinol est stocké dans les cellules de Ito sous forme de rétinyl ester. Le rétinol peut être libéré, il sera alors associé à une protéine de transport spécifique synthétisée par le foie : la RBP (« rétinol binding prot »). De plus, le complexe RBP-rétinol va se lier à la Transthyrétine pour éviter de se faire éliminer par le rein. (⇒ Le complexe RBP-rétinol seul fait 21000 Da, et le glomérule filtre toutes les substances dont le poids moléculaire est inférieur à 65000 Da). Au final, c’est tout le complexe RBP-tranthyrétine-rétinol qui sera reconnu par un récepteur d’endocytose au niveau des cellules périphériques. Une fois dans la cellule, le rétinol subit 2 oxydations successives qui aboutissent à la formation d’acide rétinoïque (=RA). Dans le cytoplasme, ce dernier est associé à la CRABP (= « cytoplasm RA binding prot »). (⇒ constitution du pool cellulaire en acide rétinoïque ?)


Il existe 2 récepteurs pour l’acide rétinoïque (= facteurs de transcription = récepteurs nucléaires) : • Le RAR = récepteur pour l’ All-TRANS acide rétinoïque. • Le RXR = récepteur pour le 9-CIS acide rétinoïque.

Lorsque le ligand se lie à son récepteur spécifique, il y a translocation dans le noyau puis dimérisation avec un autre complexe ligand-récepteur, ce qui permet d’externaliser les sites de fixation à l’ADN qui sont sous la forme de structures en doigts de zinc. (Structures s’intercalant dans les sillons de l’ADN) :

Zn2+ * RAR : plusieurs types : RARα, RARβ, RARγ. Ils s’associent ensemble pour former des hétérodimères. * RXR : également 3 formes, mais il forme des hétérodimères avec d’autres récepteurs :

• Récepteur de l’hormone thyroïdienne • Récepteur nucléaire de la vitamine D • Récepteurs PPAR

L’effet final de la fixation sur l’ADN est d’assurer un rôle de transactivation : ces complexes augmentent la transcription des gènes cibles. Ces gènes cibles sont nombreux et sont impliqués dans le cycle cellulaire et la différenciation cellulaire. note : application dans le traitement de mélanomes + cancers bronchiques ( ... ?). * Structure générale d’un récepteur nucléaire : pour translocation nucléaire

- 5 -

A B C E D

Domaines transactivateurs domaine de liaison à l’ADN

Babarnab-PROD.

liaison du ligand


e). Propriétés :

• L’acide rétinoïque : - rôle important dans l’embryogenèse - dans la différenciation tissulaire - à l’âge adulte : différenciation muqueuse et cutanée

• Rôle du 11-CIS rétinal au niveau des cônes et des bâtonnets : 11-CIS rétinal Rhodopsine

- 6 -

2H+,2e- Opsine photons déshydrogénase

11-TRANS rétinAL 2H+,2e-

Déshydrogénase 11-CIS rétinol TRANS rétinol Isomérase

• Le rétinyl phosphate joue un rôle important dans la glycosylation des protéines car c’est un transporteur d’oses et notamment de mannose.

f). Carences : Altérations cutanées-muqueuses. (peau sèche et épaisse). Atrophie de la conjonctive, kératite, atteinte cornéenne. Héméralopie = baisse de la sensibilité visuelle. Xérophtalmie = opacité cornéenne, perte ± complète de la vision.


2). La vitamine D : a). Structure : Elle peut être métabolisée au niveau de l’organisme. Précurseur présent sous le derme (et dans l'alimentation animale) = le 7-déhydrocholestérol :

- 7 -

OH Ouverture du cycle sous l’effet des photons CH2 CHOLECALCIFEROL 25-OH CHOLECALCIFEROL 1-OH

OH

CH2

OH


2 hydroxylations successives en 1 et en 25 donnent le 1,25 α dihydroxycholécalciférol qui est la forme active. (les formes précédentes étant des pro-vitamines). * Dans le règne végétal, on trouve l’ergostérol : La seule différence est située sur la chaîne carbonée ; il donnera aussi le 1,25 α dihydroxycholécalciférol dans l’organisme :

- 8 -

b). Propriétés physiques : Photosensible, sujette à l’oxydation. Soluble dans les solvants organiques : alcool, éther ... c). Sources : Origines animales : huile de poisson, abats, oeufs, beurre ... A l’exception de l’ergostérol dans les céréales, pas de vitamine D dans les végétaux. d). Métabolisme : (voir comme un peu la vitamine A pour l’étape intestinale)

esters avec acides gras (alimentation)

Estérase

Transport dans le sang avec chylomicrons

Foie Dans le foie, action de la 25 α hydroxylase : formation du 25 α hydroxycholécalciférol. Ce dernier est pris en charge par une protéine de transport spécifique : la DBP.


L’ensemble 25 α hydroxycholécalciférol – DBP est reconnu par un récepteur multiligand appelé mégaline (voir Vit. B12) au niveau du REIN : Dans le rein, action d’une 1 α hydroxylase : formation du 1,25 α dihydroxycholécalciférol. C’est la forme ACTIVE de la vitamine D, le facteur vitaminique actif. * Note : Au niveau du rein, une 24 α hydroxylase peut intervenir en cas d’EXCES de vitamine D. C’est un mécanisme de régulation qui aboutit à la formation de 24, 25 α dihydroxycholécalciférol qui possède une activité très faible (mais pas nulle !) Ensuite : 1, 25 α dihydroxycholécalciférol + DBP internalisation dans cellules périphériques

Liaison de la forme active à son récepteur nucléaire. (Dimérisation avec le RXR de la vitamine A)

Liaison à l’ADN, rôle de transactivation - rôle dans la différenciation cellulaire : favorise le passage d’ostéoBLASTE en ostéoCLASTE. - action sur des gènes codant pour des protéines de liaison du calcium :

• L’ostéocalcine • La CaBP (« calcium binding prot ») : cette protéine permet l’absorption du Ca2+ en

agissant au niveau des épithéliums digestif et rénal. e). Propriétés et carences : Rôle important dans la maturation, la croissance et la différenciation du tissu osseux. Donc, rôle important lors de la croissance mais également un rôle à l’âge adulte et pis chez les vieux. 2 grands syndromes liés à un déficit en vitamine D :

• Chez l’enfant : le rachitisme : troubles de la croissance osseuse, bien observable au niveau de la cage thoracique, troubles au niveau des os courts et longs, retard fermeture de fontanelle. (Note : le rachitisme est l’ostéomalacie infantile.) Cause : déficit d’ensoleillement . Envisager une supplémentation en Vit.D en hiver.

• Chez le vieux : ostéoporose et ostéomalacie.

- 9 -


3). La vitamine E – le TOCOPHEROL : a). Structure : Cyclohexenyl + cycle Chromane + chaîne isoprénique saturée = « terpène saturé » C’est une molécule hydrophobe. CH3 CH3 CH3 OH CH3

(fonction alcool)

O

Estérification par acides gr b). Propriétés physiqu - Huileuse à l’état pur. - Soluble dans solvants- Sensible à la lumière c). Sources : - Végétaux, germes de - Légumes verts. d). Métabolisme : Dans l’alimentation souEnsuite action d’une esMais contrairement aux Comme le tocophérol plasmiques. Elle s’ancr Exemple : présente au(=singulets de l’O2) quet participent au vieillis

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as

es :

organiques. et à l’oxydation.

céréales, germes de blé.

s forme d’esters de tocophérols : tocophéryl acétate ou palmitate. térase pour l’absorption :, transport par chylomicrons. 2 d’avant, il n’y a pas de protéine de transport spécifique.

est une molécule lipophile, sa localisation préferentielle est les membranes e dans le feuillet externe des membranes pour jouer son rôle d’antioxydant.

niveau de l’endothélium vasculaire, elle peut capter les radicaux libres i sont des composés instables qui oxydent les phospholipides membranaires sement cellulaire.


- 10 -

Le tocophérol intervient dans un cycle permettant de capter les radicaux libres : C 3

O ½ O2

BA

O

O e). Propriétés princ * Rôle de protection * Maintient à l’état est l’enzyme permet * Action commune

Babarnab-PRO

O

O

R

=Fct° cétone

Oxydation Ouverture du cycle

C

H2 2

R

- 11 -

H

ipales :

membranaire, action antioxydante ...

réduit du sélénium qui constitue le cœur actif dtant de conserver le glutathion à l’état réduit.

au coenzyme Q qui transporte les e- dans la cha

D. C

R

H+, 2e-

Rédégénérati

O O

e la gluta

îne respira

ours du Pr

uction on du cycle A

R C 3

th

t

.

H
H3
H

H

H

O

H
H
O

ion peroxydase, qui

oire.

Jean-Louis Guéant.

4). La vitamine K : Ou plutôt LES vitamines K, car il y a en fait 2 grands formes :

• la ménakinone, résultant d’une synthèse bactérienne • la phyllokinone, venant d’une synthèse végétale.

a). Structure :

O

Noyau NAPHTOQ

O

b). Propriétés physiques Cristaux incolores à l’étatSurtout : molécule STAB c). Sources : Dans les végétaux : légumOrigine bactérienne : notrDans les abats : le foie, ca d). Métabolisme : Les mécanismes d’absorpMais il n’y a pas de méca L’absorption met donc en Donc, quand mauvais dra

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CH2 CH C

CH3

CH3

UINONE

:

pur. LE à la lumière et à

es verts, tomates. e flore saprophyte asr stockée là.

tions sont communsnismes d’estérificati

jeu les sels biliaires

inage de la bile, le p

- 12 -

TChaîne

An

l’oxydati

sure une

aux autron car ce

. Ensuite

remier si

erpène Saturé latérale hydrophobecre membranaire

on.

production endogène de vitamine K.

es lipides. tte molécule est NON ESTERIFIABLE.

, stockage partiel hépatique.

gne est une carence en vitamine K.


* Rôle de coenzyme de la γ - carboxytransférase, enzyme assurant une réaction de γ - carboxylation au niveau de certaines protéines. Le site majeur d’action de la vitamine K se situe au niveau du foie.

γ - carboxylation d’acides glutamiques situés au sein d’une chaîne protéique : HOOC COOH CH2 – COOH

- 13 -

CH2 CH ... NH – CH – CO – ... CH2 NH – CH – CO

γ carboxytransférase +

Vitamine K

* Sous forme dissociée : Ca2+

COO - COO - CH CH2 NH – CH – CO * Cette modification post-traductionnelle permet de modifier la protéine dans le but de chélater le calcium. Protéines en cause :

• facteurs de coagulation : II, VII, IX, X. • Protéine C • Protéine S

e). Propriétés : * Rôle essentiel dans la coagulation. (nécessaire à l’activation de protéines impliquées dans la cascade de la coagulation). * Egalement un rôle important au niveau du tissu osseux : intervient dans la carboxylation de l’ostéocalcine, protéine qui permet de fixer le calcium au niveau du tissu osseux.


* Application thérapeutique : Utilisation d’antivitamines K dans les syndromes d’hypercoagulabilité. Anti-Vit K = anticoagulants = dérivés coumariniques, dérivés du dicoumarole = dicoumarine.(dérivé du trèfle fermenté). (Histoire des vaches qui présentent des syndromes hémorragiques après avoir brouté du foin fermenté ...) II. Les vitamines HYDROSOLUBLES : A. Coenzymes transporteurs de radicaux carbonés

1). La vitamine B6 – le pyridoxal phosphate :

a). Structure : ⇒ Repose sur un cycle PYRIDINE :

e * Pyridoxine : CH2OH

* Pyridoxal : CHO R * Pyridoxamine : CH2 – NH2 R

OH

CH3 N

CH2OH

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Site actif du coenzym

- 14 -

Site de phosphorylation Possibilité d’estérification


b). Propriétés physiques : Insolubilité complète dans les solvants organiques (faible solubilité dans l’alcool). Stable à la lumière. c). Sources : - Synthèse bactérienne +++ - Abats (foie) - Germes de céréales, levures, végétaux. - Fabriquée par la levure de bière. d). Métabolisme : - Transport mal connu. - Séquestration cellulaire par phosphorylation. Souvent une pyrophosphorylation. - Cible d’action : FOIE. - La vitamine B6 est le coenzyme des transaminases : ce sont des enzymes permettant une interconversion d’acides aminés. La transamination : R – CH – COOH R – C – COOH NH2 Acide α cétonique 1

A
cide Aminé 1 O Acide α cétonique 2
N

* Transamination : génération d’autres ad’acides aminés. * Plusieurs acides aminés donneurs dont

• L’alanine, dont l’enzyme spécifiq• L’acide aspartique : enzyme = l’A

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H

- 15 -

Acide aminé 2

2

cides aminés à partir d’un pool d’acides α cétoniques et

2 importants : ue est l’ALAT ⇔ alanine amino transférase. SAT ⇔ aspartate amino transférase.


* Détails de la réaction de transamination : Elle se déroule en plusieurs étapes : 1 : fixation du coenzyme (pyridoxal phosphate) sur l’enzyme (3 types de liaisons). 2 : fixation de l’acide aminé donneur (a.a n°1) sur l’enzyme via le coenzyme. 3 : début du cycle catalytique comportant 2 étapes :

a : Don du NH2 de l’a.a n°1 à l’enzyme via le coenzyme ⇔ fixation du NH2 sur le pyridoxal phosphate qui devient la pyridoxamine phosphate. ⇒Formation de l’acide cétonique n°1.

b : Don du NH2 de la pyridoxamine phosphate à l’acide cétonique n°2. ⇒ Formation de l’acide aminé n°2 ⇒ Régénération du pyridoxal phosphate, disponible pour une nouvelle réaction.

Etape 1 : fixation du coenzyme sur l’enzyme (3 types de liaisons) :

• Base de Schiff : liaison avec une fonction amine portée par une lysine de la transaminase. Réaction se faisant spontanément à pH ≈ 7.(?)

R1 – CH2 – NH2 + CHO – R2

Complexation

Libération d’eau

R1 – CH2 – N CH – R2 + H2O

• Liaisons électrostatiques entre le phosphate du pyridoxal et des acides aminés basiques de la transaminase.

• Liaisons de coordinance entre la fonction OH du pyridoxal et des atomes d’azote portés par l’enzyme. Ces liaisons font intervenir du Cu2+.

NH CH

Cu2+

CH

OH

CH3 N

N – (CH2)4

N

TRANSAM

N

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CO

CH2–O– P -

-

INASE

+

- 16 -

+

Etape 2 : Libération de la lysine et fixation de l’a.a n°1 au pyridoxal :

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- 17 -

Etape 3 : Cycle catalytique : a). Avec l’ALANINE comme acide aminé donneur : CH3 CH3 CH – COOH C – CO

CH

NH

N

NH2 – (CH2)4 CH

R1 – CH – COOH N

OH

CH3 NN

Cu2+

TRANSAM

N N CH CH R R

H - H2O

Co

OH

CH2–O– P

-- +

CO

INASE

H+

u
rs
+

CH3

C – COOH Acide

Pyruvique
+, e
du Pr. Jean-Louis Guéant.

O

NH2

CH2

R

+

Pyridoxamine Phosphate

b). Formation du glutamate et régénération du pyridoxal phosphate : H2O NH2 + COOH COOH Condensation CH2 (CH2)2 (CH2)2

- 18 -

R C C – COOH O COOH N CH2 R

Acide Oxoglutarique

COOH COOH (CH2)2 (CH2)2 CH – COOH CH – COOH NH2 N + CH CHO R R

H2O

Pyridoxal phosphate Se recombine à la lysine en attendant un nouvel acide aminé

Acide Glutamique

* Résumé de la réaction de transamination avec l’ALANINE : ALANINE + Acide OXOGLUTARIQUE Acide Glutamique + Acide PYRUVIQUE e). Propriétés : * Rôle dans la transamination * Rôle de décarboxylation, nécessaire à la synthèse des amines biogènes qui ont des rôles dans la neurotransmission ou dans les réactions allergiques : R – CH – COOH R – CH2 – NH2 + CO2 NH2 CO2


Ainsi : Histidine Histamine Tryptophane Tryptamine Sérotonine

2). La vitamine B1 – la THIAMINE : a). Structure : Cycle pyrimidine et cycle thiazole, reliés entre eux par un pont méthylène. Fonction alcool importante = site de phosphorylation

N

N CH3

CH3

CH2 – CH2OH

CH2 +N

H

CH3

b). Propriétés physiques : - Sous forme de cristaux à l’état pur- Sensible à la lumière - Solubilité intermédiaire, légèremen c). Sources : - Flore intestinale - Abats : foie ou reins ... - Germes de céréales - Dans les levures : dans la bière. d). Métabolisme : Elle est stockée dans le foie Elle joue un rôle important au niveaElle subit une phosphorylation ou un(note : pyrophosphorylation = fixati

Babarnab-PROD.

t d

u de p

on

- 19 -

S

ans l’alcool

u système nerveux central. yrophosphorylation lors de sa séquestration cellulaire.

de 2 phosphates.)


e). Rôle métabolique : Intervient dans des réactions de DECARBOXYLATION (oxydative ou sans caractère oxydatif): 1°. Décarboxylation non oxydative : ex : l’acide pyruvique : CH3 – CO – COOH CH3 – CHO + CO2

Acétaldéhyde 2°. Décarboxylation oxydative :

= Acétyl CoA CH3 – CO – COOH CH3 – CO ~ SCoA + + CoASH CO2

+ + NAD+ NADH,H+ Pyruvate déshydrogénase

+ Thiamine

+ Acide lipoïque

note : c’est une réaction très importante dans le métabolisme énergétique.

3). La vitamine B9 – les FOLATES : a). Structure : COOH (CH2)2 COOH ...

9

7

6

H C

O

NH CH N1

N 5

N 8

NH2

OH

N

N 1

Aci

Noyau PTERINE Acide Paraminobenzoïque ++ (n) Acide GLUTAMIQUE

L’acide glutamique établit des liaidizaine d’acides glutamiques. CesOn parle d’acide ptéroïque monog

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- 20 -

de ptéroïque

sons amides avec d’autres glu chaînes servent à séquestrer llutamique (= acide folique) o

0

tamates, on peut avoir jusqu’à une ’acide ptéroïque dans les cellules. u polyglutamique.


Les sites fonctionnels de cette molécules sont représentés par les azotes N10 et N5. En effet, ils permettent la fixation de groupements monocarbonés. * NOTE : pour que l’N5 puisse être receveur, il doit être réduit. Pour cela, action de la dihydrofolate réductase = DHFR en 2 étapes : 1ère étape : réduction du N8 et du carbone n° 7 ⇒ formation du dihydrofolate = DHF. 2ème étape : réduction du N5 et du C6 ⇒ formation du tétrahydrofolate = THF. ⇒ Donc, le DHF n’a qu’un seul N accepteur : le N10

⇒ Le THF possède quant à lui 2 azotes accepteurs : le N10 et le N5. * Schéma du THF :

NH2

H

N5

N

H

N

N 1

OH

Note : un inhibiteur compétitif deC’est un antimitotique utilisé en c b). Propriétés physiques :

- photosensible + + - peu soluble : faiblement d

c). Sources :

- Principalement végétales :- Abats : foie car lieu de sto

d). Métabolisme :

- Dans l’alimentation, la vit - L’absorption nécessite l’a

clive les liaisons amides seule forme assimilable. (l

- Le transport sanguin est as

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7

6

8

R H

la DHFhimiothé

ans l’eau

légumesckage.

amine B

ction d’ce qui abe stocka

suré par

H

9

g

R, le méthotrexate, bloque la synthèse de vitamine B9. rapie.

et insoluble dans l’alcool.

verts (brocolis + +, épinards, salades, tomates).

est sous forme « polyglutamate ».

une conjugase présente sur la bordure en brosse. Elle outit à la formation de l’acide ptéroyl monoglutamate, e cellulaire se fait sous la forme « polyglutamate »).

la FBP (= « folate binding prot »).

- 21 -


- Captation hépatique : mécanisme de la POTOCYTOSE : La potocytose est un mécanisme qui permet l’internalisation de molécules présentes en très faible concentration dans la circulation sanguine. Pour cela, on a l’intervention de 2 récepteurs possédant des affinités différentes :

- la FBP membranaire ayant une affinité très élevée (fixation pour des concentrations de l’ordre de la nanomolaire = nM) permet la fixation des molécules présentes en très faible quantité dans le sang mais ne permet pas leur internalisation.

- Le RFC (= récepteur des folates réduits) ayant une affinité beaucoup moins importante (de

l’ordre de la µM) a besoin d’une concentration beaucoup plus grande pour fixer les molécules, mais lui, il permet l’internalisation.

Concentration sanguine ≈ nM

- 22 -

RFCRFC

FBP

Invagination

RFC

Vésicules

RFCH+

H+ H+

Vésiculation : Apparition de pompes à protons qui entraînent la diminution du pH dans la vésicule. Le pH diminue jusqu’à ≈ 5, ce qui diminue l’affinité du ligand pour la FBP membranaire et entraîne la libération de la molécule dans la vésicule.


Alors la concentration augmente jusqu’à atteindre le minimum requit pour se fixer sur le RFC et ainsi se faire internaliser. L’acide folique subit l’action de la dihydrofolate réductase. Le DHF et le THF se repartissent ensuite entre le cytoplasme et les mitochondries. * Action de la DHFR :

Acide folique DHF THF

- 23 -

* ROLES : Transports de groupements monocarbonés pouvant se faire :

- soit avec N5 - soit avec N10 - soit sur les 2

Mais avec le dihydrofolate, y’a que le N10 qui peut fixer.

- formyl : R – CHO : N5 ou N10 formyl THF - formimino : R – CH NH : (N5 formimino THF) -

CH : N5-10 méthenyl THF

- CH2 : N5-10 méthylène THF

- – CH2OH : N5 hydroxyméthyl THF

- – CH3 : N5 méthyl THF • Formyl et formimino THF ont un rôle important dans la synthèse des bases puriques. • Méthylène, méthényl et hydroxyméthyl THF ⇒ synthèse du méthyl THF. • Le méthyl THF est important dans les réactions de méthylation sur l’ADN, sur des lipides ou

des médiateurs. * Principales réactions métaboliques : a). Interconversion des acides aminés : Glycine transformée en sérine par réception d’un hydroxyméthyl donné par le THF – CH2OH. Réaction réversible.


Hydroxyméthyl transférase CH2 – COOH CH2OH – CH – COOH


- 24 -

NH2 CH2OH THF NH2 Sérine

THF

Précurseur du méthyl –THF Glycine

CH3 – THF b). Synthèse de la méthionine : A partir de l’homocystéine : COOH COOH SH – CH2 – CH2 – CH CH3 – S – (CH2)2 – CH

NH2 NH2 Méthionine synthase

+ Méthyl Cobalamine

N5 méthyl THF THF

S – adénosyl méthionine Donneur de méthyl pour les

méthylations de l’ADN c). Synthèse de bases nucléotidiques : synthèse du thymidilate : Déoxyuridilate Thymidilate Méthylène THF DHF

Thymidilate synthétase

ADN DHFR THF Le 5 Fluoro-uracil (= 5 FU) bloque cette réaction, c’est un antimitotique utilisé en chimiothérapie.

4). La vitamine B12 – les COBALAMINES : a). Structure :

Groupement R * Formule simplifiée :

N N

N N Co+

P

Ribose Diméthyl benzymidazol

Tétrapyrol * 4 groupements R possibles :

- CH3 : méthylcobalamine - 5’ déoxyadénosyl : 5’ déoxyadénosylcobalamine = ADO-cobalamine - OH : hydroxycobalamine - = CN : cyanocobalamine

La méthylcobalamine et l’ADO-cobalamine sont les 2 formes coenzymatiques. b). Propriétés physiques :

- de couleur ROSE - photosensible - solubilité intermédiaire : peu soluble dans l’eau, soluble dans les solvants organiques.

c). Sources :

- Origine bactérienne exclusive - Absente de l’alimentation d’origine végétale, donc les végétaliens strictes risquent des

carences.

- 25 -


- Poissons, abats, foie … - Les apports quotidiens sont faibles : 2,4 µg /jour

d). Métabolisme : Dans l’estomac, les sécrétions acides et la pepsine permettent de libérer la vitamine B12 qui est associée à des protéines dans l’alimentation. Une fois libre la vitamine se fixe sur une protéine synthétisée par l’estomac : le facteur intrinsèque gastrique (=FI). La liaison avec le FI est la condition indispensable à l’absorption de la vitamine. (Note : l’anémie de Biermer résulte d’un manque de sécrétion du FI). Vit.B12 - FI Endocytose

Le FI est dégradé puis la VB12 est associée à la Transcobalamine

Iléon Sang Vit.B12 - Transcobalamine

Plusieurs types de récepteurs dont la MEGALINE

ADO-cobalamine

Méthyl-cobalamine

VB12

- 26 -


e). Rôles métaboliques : 2 réactions spécifiques :

• Dans le cytoplasme : réaction de transméthylation : C’est la synthèse de méthionine à partir d’homocystéine : intervention de la méthylcobalamine comme accepteur intermédiaire et du méthyl-THF comme donneur du groupement CH3. Parallèlement à cette transméthylation se déroule le cycle des folates :

THF

Méthylène THF

Méthyl-THF

Méthionine SYNTHASE

Méthyl-cobalamine

Méthionine

Homocystéine

CH3 pour méthylation de l’ADN, des lipides et

protéines SAH

SAM Synthèse de

Thymidilate

Réplication de l’ADN

SAM = S-adénosyl méthionine SAH = S-adénosyl homocystéine Ce schéma montre que la méthylation et la réplication de l’ADN dépendent du métabolisme de la méthionine et donc des vitamines B12 et B9. C’est pour cela que les carences en folates et en Vit.B12 ont les mêmes conséquences :

- blocage des mitoses : troubles de l’hématopoïèse ⇒ anémie mégaloblastique et atrophie des muqueuses

- troubles neurologiques périphériques et centraux, atteinte des fonctions supérieures : troubles de la mémoire et démences. ⇒ folates et Vit.B12 intervenant dans la synthèse de la myéline.

- 27 -


• Dans la mitochondrie : réaction d’isomérisation (⇔ transfert intra-chaîne d’un groupement carboxylique).

Cette réaction concerne le Méthyl malonyl-CoA. Ce dernier doit être transformé en Succinyl-CoA pour être utilisé dans le cycle de Krebs. En cas de carence en Vit.B12, le méthyl malonyl-CoA s’accumule dans la cellule, ce qui aboutit à une acidose cellulaire. CH2 — CH — CO~SCoA CH2 — CH — CO~SCoA

- 28 -

H COOH COOH H

Méthylmalonyl CoA Mutase

+ ADO cobalamine

Succinyl-CoA

Isomérisation * Résumé des propriétés de la Vit.B12 :

• Renouvellement cellulaire (via la synthèse d’ADN) • Rôle au niveau du système nerveux cnetral et périphérique car intervient dans la

synthèse de myéline • Rôle dans le métabolisme energétique : synthèse du succinyl-CoA.

Si carences ⇒ toxicité cellulaire.

5). La vitamine B5 – l’acide Pantothénique :

⇒ C’est le précurseur du coenzyme A. a). Structure : Acide pantoïque + β alanine = acide pantothénique. Site d’amidation

par la cystéine Liaison Amide CH3

CH2OH — C — CHOH — CO — NH — CH2 — CH2 — COOH CH3

β alanine (= alanine où le NH2 est porté

par le carbone β)

Acide Pantoïque (=alcool)

Site de phosphorylation


b). Propriétés physiques :

- stable à la lumière et à l’oxydation - solubilité intermédiaire

c). Sources :

- synthèse par la flore saprophyte - levures (bière) - céréales, abats, œufs

d). Métabolisme : L’acide pantothénique est transporté sous forme libre dans le sang puis capté dans les cellules où il permet la synthèse du coenzyme A. Pantothénate 4 phosphopantothénate

ATP

ATP ADP Cystéine

ADP+Pi 4 phosphopantothényl cystéine

CO2 4 phosphopantothéine ATP L’ATP permet de donner une

adénosine (=adénine + ribose + phosphate).

PPi Dé-phospho-Coenzyme A ATP Phosphorylation

du Ribose en 3’ ADP Coenzyme A

- 29 -


* Structure du Coenzyme A :

Site actif

CH3 CH2OH — C — CHOH — CO — NH — CH2 — CH2 — CO — NH — CH2 — CH2 — SH CH3 Thioéthanolamine O P

O

O

CH2 O

3

Ribose 3’ Phosphate

N

N

N

NH2

N

Adénine O

O O

P O

O O

P

O

O OO e). Rôles métaboliques :

• transport d’acyls

Acide gras CH3–(CH2)n–COOH

A

Co

(Voir la phase d’activation

Babarnab-PROD.

’

- 30 -

OH

(d’acides gras) :

Thiokinase

Acyl~SCoA CH3–(CH2)n–CO~SCoA TP + ASH

AMP +

PPi β - Oxydation …

des acides gras)


• Décarboxylation oxydative des acides aminés et dérivés : (voir Vit.B1) ⇒ permet la production d’acétyl CoA.

= Acétyl CoA CH3 – CO – COOH CH3 – CO ~ SCoA + + CoASH CO2

+ + NAD+ NADH,H+

Pyruvate déshydrogénase +

Thiamine +

Acide lipoïque

* Carences : Elles sont RARES ! Elles donnent des chutes de cheveux. B. Coenzymes transporteurs d’électrons :

1). La vitamine B2 – Coenzyme flavinique :

a). Structure : La RIBOFLAVINE est composé d’un noyau à 3 cycles, le noyau flavine, associé au ribitol (obtenu par réduction du ribose).

N

N

N

NH CH3

CH3 O

CH2 – (CHOH)3 – CH2OH

Site de Phosphorylation

O

- 31 -


* La riboflavine est le précurseur de 2 coenzymes :

Riboflavine

Babarnab-PROD. Cours du

- 32 -

Riboflavine kinase ATP

Phosphorylation du ribitol

ADP

FMN flavine mononucléotide

Riboflavine kinase

PPi

ATP

L’ATP permet de donner une adénosine

(=adénine + ribose + phosphate).

FAD flavine adénine dinucléotide

= flavine ribityl pyrophosphoryl ribosyl adénine

* Formule du FAD :

N

N

N

NH CH3

CH3

O

O

CH2 – (CHOH)3 – CH2O – P –O~ P – O – CH2

OH

N

N

N

NH2

N

Pr. Jean-Louis Guéant.

O

OH


- cristaux jaune-orange - solubilité intermédiaire, stable

c). Sources :

- synthèse par les bactéries et les levures (bière) - abats - légumes, céréales

d). Métabolisme : * Transport d’électrons : système général : Ribitol

O

NH

N

N

N

CH3

CH3

O

FMN ou FAD Réduction 2H+, 2e --

CH3

CH3 O

O

NH

N

H

N

H

N

Ribitol FMNH2 ou FADH2 (Lors de cette réduction, il y a une étape intermédiaire).

- 33 -


e). Rôles métaboliques : Transport d’électrons dans des réactions métaboliques :

• Dans la chaîne respiratoire : pour l’entrée des électrons • Dans les réactions d’oxydation des acides gras : première étape de la β-oxydation :

R – CH2 – CH2 – CO~SCoA

FAD

AcylCoA déshydrogénase FADH2

R – CH = CH – CO~SCoA

• La dégradation des bases puriques: Xanthine Hypoxanthine acide urique

• Désamination des acides aminés : AA désamination Oxy cycle de KREBS

2). Vitamine B3 – Les Coenzymes Nicotiniques – Vitamine PP : a). Structure :

COOH Noyau Pyridine.

N

Acide Nicotinique

CO–NH2 Nicotinamide

N

- 34 -


Le Nicotinamide est le précurseur des coenzymes nicotiniques. (C’est une vitamine mais ce n’est pas un coenzyme nicotinique). Métabolisme complexe qui permet de transformer cette molécule en coenzymes :

• NAD+ = Nicotinamide adénine dinucléotide • NADP+ = phosphorylation en 2’ du Ribose.

O

OH

CH2 O

CO–NH2

OH

N +

P

O

O

CH2

OH

N

N

N

O O O P O

O

- 35 -

Babarnab-PROD.

Ammonium Quaternaire

N

H2

N

O

O 2

’

O

P O O = NADP+



- molécule stable à la lumière et à la chaleur - solubilité intermédiaire

c). Sources :

- synthèse par la flore intestinale - céréales - abats, poisson

d). Métabolisme : L’alimentation nous apporte le nicotinamide :

Nicotinamide

Désamidase

NH2

Nicotinate

(= acide nicotinique) ATP PPi

Nicotinate mononucléotide

ATP PPi Désamido-NAD+

Acide Glutamique

AMP+PPi

ATP Glutamine NAD+

- 36 -


e). Rôles métaboliques : 2 fonctions métaboliques :

• Voies oxydatives : intervention du NAD+ :

Substrat RED Substrat OXY Catabolisme

NAD+ AH2 A

NADH, H+ Mode de transport des électrons :

N

CO–NH2 H H

H

H H N +

CO–NH2 H

H

H H

Réduction du NAD+ NAD+

A

Le NADH, 1° Oxydati

2° Oxydati

Baba

- 37 -

R NADH, H+

+ H2

H+ transporte 2 électrons mais il reste un H+ libre.

on de l’éthanol :

CH3 – CH2OH + NAD+

Ethanoldéshydrogén

CH3 – CHO + NADH, H+ Acétaldéhyde

on des ACYLS : intervention dans la 3ème réaction de la β-o

rnab-PROD. Cou

R

ase

xyd

rs du

Ammonium Tertiaire

ation.

Pr. Jean-Louis Guéant.

• Voies réductrices : intervention du NADP+ :

Substrat OXY anabolisme

NADPH, H+

Substrat RED AH2 A NADP+

1° Synthèse des stéroïdes 2° Synthèse et élongation des acides gras : ⇒ Réduction des acides gras insaturés :

R – CH = CH – CO~SCoA

Acyl-Coa Réductase

NADP+

NADPH, H+

R – CH2 – CH2 – CO~SCoA f). Carences : Elles entraînent le syndrome DDD ⇔ dermatite, diarrhée, démence. ⇒ La pellagre. Histoire du maïs : Le maïs contient des facteurs « anti-nutritionnels » qui empêchent l’absorption du nicotinamide. Faut le traiter avant de le consommer.

- 38 -


3). Vitamine C – l’acide ASCORBIQUE : a). Structure :

O

CHOH

CH2OH b). Propriétés phy

- cristaux jau- molécule sta

c). Sources :

- fruits frais, - épinards, ch

d). Rôles métabol

1° Rôle Scaven

2° Coenzymehydroxyproline

3° Rôle inducteur d

OH

2H+, 2e - CHOH

CH2OH

Acide A(forme

Babarnab-PRO

O

siques :

nes à l’état ble sous fo

agrumes oux, kiwi …

iques :

ger : propr

de la pro :

Collagèn

ans l’expre

O

O

scorbique réduite)

Proline

D.

- 39 -

pur rme cristalline

iétés antioxydantes en captant des radica

line hydroxylase qui est l’enzyme

e Collagèn

ssion de la proline hydroxylase

2H+, 2e -

Déhydro= Acide déh

(forme

O

P Hydroxy

Cour

O

O

ux l

trans

e

ascydro oxy

proli

C

s du

ibres.

forman

orbate ascorbidée)

ne

omple

Pr. Jea

H

t la proline en

que

roline hydroxylase+

Vitamine C
xation des fibres
n-Louis Guéant.

f). Carences : SCORBUTE :

- altérations du tissu conjonctif - syndrome hémorragique, gingivorragies - problème de cicatrisation, atteintes cutanées, oedèmes

III. Les Autres Coenzymes : (≠ vitamines !!!)

1). Le Coenzyme Q – L’Ubiquinone :

* Structure :

CH3

O CH3

O

O

2H+, 2e -

O CH3

CH3

Dihydrox

- 4

Babarnab-PROD.

CH3

× 10

O

2H+, 2e -

CH3

O

O

y

0

H

OH × 10

ubiquinone

-


* Rôle : Présent dans le feuillet interne de la membrane mitochondriale, l’ubiquinone joue le rôle de transporteur d’électrons dans la chaîne respiratoire.

2). Acide Lipoïque :

* Structure : CH2

CH2 CH – (CH2)4 – COOH

S S

Réduction (ouverture du pont)

ACYLS ou Acides α-cétoniques

CH2 – CH2 – CH – (CH2)4 – COOH

S SH

CO

R * Rôle :

- Transport d’ Acyls - Intervient dans des réactions de décarboxylation oxydative des acides α-cétoniques

3). La Carnitine :


- 41 -

Acyl CoA + Carnitine Acyl Carnitine Mitochondrie

CH3 – N+ – CH2 – CH – CH2 – COOH CH3 OH

Carnitine Acyl transférase 1

Estérification par Acyl (transport des acides gras)

CH3

CoASH

Documents

Coenzymes et Vitamines - aup1perdu.nancy.free.fraup1perdu.nancy.free.fr/bioch/Coenzymes_et_Vitamines.pdf · Comme cette molécule est sensible aux U.V, sous l’effet de la lumière