Cours de biochimie des coenzymes et vitamines PACES (première année de médecine)

Thèmes abordés

Cours de biochimie des coenzymes et vitamines PACES, coenzymes, réactions biochimiques, vitamines, coenzymes du complexe

Résumé du document

- Enzyme = pouvoir catalytique + spécificité de réaction, de substrat, de coenzyme.
- Métabolisme régulé par contrôle du tx des enzymes (gène), de leur activité (enzymes, cofacteurs) et de la disponibilité du substrat (carence).
Cofacteurs : enzyme sans cofacteur = apoenzyme / enzyme complet = holoenzyme
. Métaux = cations métalliques (Zn2+, Mg2+, Ni2+...), liaisons de coordinence dative, association forte : ex : anhydrase carbonique (Zn2+, stable, site catalytique, liaison à 3 His + 1 H2O).
. Coenzymes = petites molec orga, non protéiques, gpements fonctionnels distincts des aa constituant enzyme, dérivés de vitamines, liaison à enzyme ou interaction si co-substrat, participent de façon stoechimétrique à réaction, non responsables de spécificité des enzymes, certains non synthétisés par organisme, transformation réversible (gpement prosthétique au sein.

Extraits

[...] liaisons de coordinence dative, association forte ex : anhydrase carbonique stable, site catalytique, liaison à 3 His + 1 H2O) Coenzymes = petites molec orga, non protéiques, gpements fonctionnels distincts des aa constituant enzyme, dérivés de vitamines, liaison à enzyme ou interaction si co-substrat, participent de façon stoechimétrique à réaction, non responsables de spécificité des enzymes, certains non synthétisés par organisme, transformation réversible (gpement prosthétique au sein de l'enzyme, cosubstrat 2 réactions successives), thermostables contrairement aux enzymes II] Classification Réactions chimiques Pas de coenzyme pour hydrolases, facultatif pour lyases et isomérases Hydrolyse = rupture enchaînement covalent de 2 atomes avec fixation éléments de H2O Addition ou élimination de gpes = sans participation de H2O ex : décarboxylation aa Isomérisation = remaniement interne par déplacement d'éléments constitutifs ex : mutase (méthylmalonyl CoA Succinyl CoA) Toujours coenzyme pour oxydo-réductases, tansférases et ligases Oxydo-réduction Ared + Box Aox + Bred ex : métabolisme oxydatif de l'éthanol Transfert de gpe (gpe R d'une molec A à ex : glucokinase (ATP=donneur gpe phosphate) Liaison de 2 substrats au dépens de hydrolyse ATP = formation liaison entre 2 atome avec élimination H2O ex : asparagine synthétase Co-Enzymes De transfert (phosphate, nucléotides, éléments carbonés et aminés) = ATP et nucléosides phosphates, CoE ac folique, cobamide B12, pyrophosphate de thiamine, pyridoxal-phosphate, biotine, S-adenosyl méthionine, phosphoadénosine phosphosulfate D'oxydo-réduction = nicotinamide adénine dinucléotide (phosphate) NAD/NADP, flavine mononucléotide FMN et flavine adénine dinucléotide FAD, ac lipoïque, ac ascorbique, glutathion, CoE Q10 Activateurs aa) = ATP et nucléosides phosphates, CoE A Précurseurs vitamines Vitamines = nécessaires en faible qté aux mammifères sup, pas réserves d'NRJ, non stockées pas tjrs des amines, parfois précurseurs des coenzymes Vitamines liposolubles = D et A (hormones) + K (post-trad) + E (anti-oxydant mais pas ox/red) Vitamines hydrosolubles = B et C B1 thiamine (thiamine pyrophosphate), B2 riboflavine (FAD/FMN), B3 niacine (NAD/NADP), B5 ac panthoténique (CoE B6 pyridoxine (phosphate de pyridoxal), B8 biotine, B9 folates (carences), B12 hydroxycobalamine (carences), C acide ascorbique III] Coenzymes ATP (transfert+activation) Adénine (base purique) + β-D-ribose + unité triphosphate + complexé à du Mg2+ Liaisons = anhydride phosphorique, ester phosphorique, βN-osidique Pas de vitamine précurseur, régénération de ATP à partir ADP grâce à créatine-phosphate (ex : oxydation glc et AG ds mitochondrie par complexe ATP synthase) Fonctions Transport NRJ (agent de couplage énergétique) = hydrolyse liaison anhydride phosphorique ATP + H2O ADP + Pi, ADP et Pi plus stables et mieux hydratés charges négatives pour ATP provoquent répulsion électrostatique) Couplage chimio-chimique = ligase Couplage chimio-mécanique = interaction myosine/actine muscle, liaison et hydrolyse ATP Couplage chimio-osmotique = maintien concentrations salines intracellulaires (pompes Na/K ATPase ATP et Mg2+) Activation de biomolec XMP/XDP aa) Acides gras = Acyl-AMP des 2 étapes indispensables à fixation AG Acides aminés = Aminoacyl-AMP, étape indispensable pr synthèse prot, préalable au transfert d'un aa sur ARNt Transfert de phosphate ou d'adénosine monophosphate (AMP) sur R-OH/R-COOH Coenzyme des kinases = réactions de phosphorylation (glucokinase, tyrosine kinase) Source de 2nd messager AMPc = réaction catalysée par adénylate cyclase, activateur de voie signalisation (kinases), idem GMPc Autres coenzymes nucléotidiques UTP = Uridine triphosphate = activation oses, épimérisation oses, biosynthèse glycannes substrat des glycosyl-transférases) GTP = guanosine triphosphate CTP = cytidine triphosphate Coenzyme A (transfert+oxydation) CoE de transfert et d'activation de gpment acyl CoE d'acylation R-COOH Nucléotide ADP (adénine/βDribose/gpes phosphoryl) + unité panthoténate B5 (acide alcool, β-Ala) + unité βmercaptoéthylamine (cystéamine) Liaisons = 1 β-N-osidique + 3 esters + 1 anhydrides phosphoriques + 2 amides Synthèse = 1 vitamine (acide panthoténique B5) + ATP + 1 Cys Besoins en acide panthoténique couverts par alimentation (viande, poisson, légumes, céréales, oeuf), pas de carence Site réactif = gpment thiol CoA-SH Liaison à gpment acyl = thioester (CH3-CO-S-CoA), Acétyl-CoA + H2O Acétate + + CoA, exergonique étape associée régénération du THF Réserve pour plusieurs mois (foie), besoins couverts par alimentation (légumes verts, haricots, jaune d'oeuf), carences dues à malnutrition et résections intestinales anémie mégaloblastique Cible thérapeutique = méthotrexate analogue structural de ac folique, inhibiteur compétitif de dihydrofolate réductase inhibition régénération THF et synthèse ADN Cobalamine vitamine B12 = structure complexe, famille de composés, CoE de transfert essentiel à synthèse d'un constituant de l'ADN, carences fréquentes Noyau corrine (tétrapyrrolique, atome de Co, gpment + nucléotide (base/ose/phosphate = 5,6-diméthyl-benzimidazol ribose phosphate) formes selon nature de R : Thérapeutiques vit B12 = -OH (hydroxycobalamine), -CN (cyano-cobalamine) CoE actifs = -CH3 (méthyl-cobalamine), désoxyadénosyl (5'-désoxy-adénosyl-cobalamine) Forme active cobamide coenzyme B12, site réactif Co2+-5'désoxyadénosine Réactions Transfert de gpment méthyl régénération de THF à partir de 5'-méthyl THF combiné à synthèse de Met à partir d'homocystéine par méthionine synthase Transposition (isomérisation par méthylmalonyl CoA mutase) échange entre 2 gpes attachés à des C adjacents (Méthylmalonyl CoA Succinyl CoA) Plusieurs années de réserve, depuis viande, poisson, fromage, oeuf grâce à une prot intrinsèque, carences dues à malnutrition ou maladie auto-immune anémie mégaloblastique Coenzymes du complexe «Pyruvate déshydrogénase 2 voies métaboliques énergétiques essentielles = glycolyse (de glc à ac pyruvique) + cycle de Krebs (de ac pyruvique à CO2) du cytoplasme à la mitochondrie pour production ATP en transformant acide pyruvique en acétyl-CoA Complexe Pyruvate déshydrogénase) = multi-enzymatique 3 composantes Pyruvate déshydrogénase = décarboxylation (TPP) Dihydrolipoyl transacétylase = transfert (acide lipoïque) Dihydrolipoyl déshydrogénase 4 coenzymes = TPP, acide lipoïque, CoA, FAD/FADH2 et NAD+/NADH,H+ 4 étapes : Décarboxylation CH3-CO-COOH par TPP Transfert radical acétyl sur acide lipoïque Transfert radical acétyl sur CoA Régénération acide lipoïque oxydé Réaction globale (décarboxylation oxydative) : CH3-CO-COOH CH3-COOH + CO2 Pyrophosphate de Thiamine (TPP) = CoE de transfert Thiamine (hétérocycle pyrimidine, hétérocycle thiazole, pont méthylène) + gpment pyrophosphate Origine = vit B1 (thiamine), besoins couverts par alimentation (viande, oeuf, poisson, pain, haricots secs), pas de réserve, carences = béribéri, alcoolisme Site réactif = C2 du cycle thiazole Acide lipoïque = CoE d'oxydoréduction et de transfert Chaîne hydrocarbonée 8C + 2 atomes S 2 formes (réduite/oxydée) Origine = exogène (alimentaire) ou endogène, pas de carence décrite Pyridoxal phosphate (PLP) et métabolisme des aa Structure = noyau pyridine polysubstitué + fonction aldéhyde (liaison à apoenzyme) + ester phosphorique (liaison à apoenzyme, interactions) Origine = vitamine B6 pyridoxamine pyridoxine pyridoxal Site réactif = fonction aldéhyde = libération de la Lys de apoenzyme + liaison à apoenzyme (fonction amine Iaire du substrat, interaction ionique entre gpment phosphate et NH3+ de apoenzyme) Implication dans métabolisme des aa = transamination entre acide α-aminé et acide α-cétonique + décarboxylation Transaminases mécanisme : ac aspartique + ac α-cétoglutarique ac oxaloacétique + ac glutamique Besoins en vit B6 couverts par alimentation (poisson, viande, riz), carence rare (alcoolisme) Autres coenzymes Acide ascorbique (vitamine = CoE d'oxydo-réduction Lactone + structure ène-diol, configuration furane série L Origine = glc (pas chez l'homme sf si défaut voie synthèse) ou alimentation Site réactif = fonctions ène-diol et 2 cétones, agent réducteur (cofacteurs métalliques à état réduit, cofacteur d'hydrolase prolyl-hydrolases) Collagène = structure I (Gly-X-Y)n, 1/3 de Pro ou OH-Pro + II-III (hélice gche α) + IV (super hélice dte) hydroxylation de Pro = modif post-trad, prolyl-4-hydrolase cofacteurs ac ascorbique Fe2+ et ac α-cétoglutarique Besoins couverts par alimentation (fruits, réserve 3-4 mois), carence = scorbut (hémorragies souscutanées, faiblesse musculaire) Glutathion = CoE d'oxydo-réduction (forme réduite GSH, oxydée Pseudo tripeptide Glu-Cys-Gly (non codé par un gène, liaison amide γ entre COOH Cγ de Glu et NH2 de Cys) Voie de synthèse γ-Glutamylcystéine synthétase : Glu + Cys + ATP γ-Glutamylcystéine + ADP + Pi Glutathion synthétase : γ-Glutamylcystéine + Gly + ATP Gluthation + ADP + Pi Site réaction = fonction thiol SH Réduction par GSH : γ-G-SH + {H2O, Hb(Fe3+) . [...]

[...] } G-S-S-H + {H2O, Hb(Fe2+) . [...]

[...] COENZYMES ET VITAMINES Généralités Enzyme = pouvoir catalytique + spécificité de réaction, de substrat, de coenzyme Métabolisme régulé par contrôle du tx des enzymes (gène), de leur activité (enzymes, cofacteurs) et de la disponibilité du substrat (carence) Cofacteurs enzyme sans cofacteur = apoenzyme / enzyme complet = holoenzyme Métaux = cations métalliques Mg2+, Ni2+ . [...]