Oxydoréduction (pour étudiants) - Moodle UM

Université de Montpellier
Faculté de Pharmacie
Réactions d’oxydation et de réduction
dans les processus biologiques
Séverine Denoyelle, MCF Chimie Thérapeutique
1. Généralités
capable : - de capter des e- de se réduire
capable : - de donner des e- de s’oxyder
catalyse une réaction
d’oxydation
catalyse une réaction
de réduction
Réaction d’oxydoréduction
2. Réactions catalysées par des enzymes
2.1. Généralités
Coenzyme
oxydée
Coenzyme
réduite
NAD+
NADH
NADP+
NADPH
FAD
FADH2
FMN
FNM
FMNH
FNMH22
2.2. Les coenzymes dérivées du nicotinamide : le NAD+ et le NADP+
agent oxydant :
agent réducteur :
O
O
NH2
O
O
P
P
O
N
O
NH2
OH OH
N
O
O
O
réduction
O
O
O
CH2
NH2
CH2
O
N
OH OH
2-
(OPO3 )
NAD+
(NADP+)
O
oxydation
P
O
N
O
O
N
N
P
CH2
OH OH
N
O
O
NH2
CH2
O
N
OH OH
(OPO32-)
NADH
(NADPH)
N
N
Rappel :
O
O
P
O
O
O
P
O O
P
O O
5'
pentose
Base
O
O
liaison osidique
2'
3'
HO
OH = ribose
H = déoxyribose
nucléoside
nucléotide monophosphate
nucléotide diphosphate
nucléotide triphosphate
NAD+ :
(nicotinamide adénine dinucléotide)
2.2.1. NAD+/NADH
oxydation du lactate en pyruvate par la lactate déshydrogénase :
la glycolyse :
+
D-Glu cose + 2Pi + 2ADP + 2NAD
glycolyse
+
2Pyruvate + 2NADH + 2H + 2ATP + 2H2 O
Pi = phosphate
2inorganique HPO4 ou
hydrogénophosphate
Détail du mécanisme de la réaction
d’oxydoréduction catalysée par la glycéraldéhyde
3-phosphate déshydrogénase (étape 6):
Site actif :
R
R
NAD
H
N
N
O
Enz
NH2 H
H
Cys
H
O
H
OH
O
His
N
H
N
N
NAD
N
H
Cys
CH2OPO3
H
His
NH2 H
(1)
H
2
Enz S
Enz
Enz S
D-Glycéraldéhyde
3-phosphate
(G3P)
O
H
OH
2
CH2OPO3
Thiohémiacétal
(2)
R
NADH
H
N
N
O
His
N
H2N H
H
H
O
Cys
H
O
O
Enz S
H
OH
P
O
O
O
(3)
Cys
O
Enz S
O
CH2OPO3
1,3-Bisphosphoglycérate
(1,3BPG)
H
OH
2
CH2OPO3
Intermédiaire
thioacyl-enzyme
P
O
2
(4)
Enz
His
O
H
H
H
N
N
NADH
N
H2N H
R
Enz
O
le cycle du citrate (cycle de Krebs) :
CO2-
-
H
C
H
O 2C
C
OH
H
C
H
CO2-
CoASH
citrate
H2O
Citrate
synthase
Acotinase
Acétyl CoA
Oxaloacétate
NADH + H+
NAD+
2R,3S-Isocitrate
NAD+
Isocitrate
déshydrogénase
Malate
déshydrogénase
NADH + H+
CO2
L-Malate
-Cétoglutarate
CoASH
H2O
Complexe de
l' -cétoglutarate
déshydrogénase
Fumarase
NAD+
NADH + H+
CO2
Fumarate
Succinyl CoA
Pi
FADH2
FAD
succinate
déshydrogénase
Succinyl-CoA
synthétase
Succinate
CO2H
C
H
H
C
H
CO2-
GDP
GTP
CoASH
2.2.2. NADP+/NADPH
la voie des pentoses phosphates :
Glucose 6-phosphate G6P
Glucose
6-phosphate
déshydrogénase
NADP+
NADPH + H+
6-Phosphoglucono-1,5-lactone
= voie du phosphogluconate ou voie des hexoses
Gluconolactonase
H2O
H+
monophosphates
Segment
oxydatif
6-Phosphogluconate
6-Phosphogluconate
déshydrogénase
NADP+
NADPH + H+
CO2
Ribulose 5-phosphate
Ribulose
5-phosphate
3-épimérase
Xylulose
5-phosphate
Glycéraldéhyde
3-phosphate
G3P
Ribulose
5-phosphate
isomérase
Ribose
5-phosphate
Fructose
6-phosphate
F6P
Segment
non oxydatif
Détails de la phase oxydative :
la réduction du glutathion :
O
SH
O
-O
N
H
NH3+
O
H
N
O-
O
GSH
(glutathion réduit)
H2O2
NADP+, FADH2
Glutathion
peroxydase
Glutathion
réductase
NADPH,H+, FAD
2H2O
NH3+
O
-O
N
H
O
O
S
NH3+
O
O
H
N
N
H
OO
S
O
-O
H
N
O
GSSG
(glutathion oxydé)
O-
2.3. Les coenzymes dérivées de la
riboflavine : le FAD et le FMN
2.3.1. FAD/FADH2
le cycle du citrate :
la réduction du glutathion : voir paragraphe NADP+/NADPH
2.3.2. FMN/FMNH2
la chaîne respiratoire du transport d’électrons :
la déshydrogénation du dihydroorotate :
3. Autres cofacteurs : les cytochromes
3.1. Les cytochromes a, b et c
Complexes
Cofacteurs
Succinate-ubiquinone
réductase
FAD
Cytochrome b560
Ubiquinone-cytochrome c
réductase
Cytochrome b562
Cytochrome b566
Cytochrome c1
Cytochrome c oxydase
Cytochrome a
Cytochrome a3
le transfert d’électrons de l’ubiquinol au cytochrome c :
la réduction de O2 en H2O :
-
la cytochrome c oxydase, dont les cofacteurs sont les cytochromes a et a3, est le
constituant terminal de la chaîne respiratoire de transports d’e-.
-
ce complexe protéique catalyse l’oxydation du cytochrome c ferreux.
-
la réduction d’O2 en deux molécules de H2O va alors se produire grâce à quatre
e- fournis par les cytochromes c lors de leur oxydation et deux paires de protons
pompés dans l’espace intermembranaire.
3.2. Les cytochromes P450
Exemple de structure d’un cytochrome P450 :
Ces enzymes sont de puissants oxydants capables de catalyser :
-
l’hydroxylation de liaisons C-H saturées grâce à une mono-oxygénation du
dioxygène O2, un atome d'oxygène étant transféré au substrat (RH) et l'autre
étant réduit en eau : RH + O2 + 2H+ + 2e- → ROH + H2O
-
l’époxydation de doubles liaisons.
-
l’oxydation d’hétéroatomes.
-
des réactions de déalkylation.
-
l’oxydation de cycles aromatiques….