Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie II. LES VITAMINES I. GENERALITES : Le terme « vitamine » vient du latin « vita » qui signifie vie et du suffixe amine (toutes les vitamines ne possèdent pas pour autant le radical amine). Les vitamines ont été découvertes par le biochimiste polonais Kazimierz Funk qui, le premier, isola la vitamine B1 dans l'enveloppe de riz en 1912. Une vitamine est une substance organique, sans valeur énergétique propre, indispensable au métabolisme des organismes vivants et donc de l'homme, et que l'organisme en question ne peut pas synthétiser en quantité suffisante à sa survie. Elle doit être apportée régulièrement et en quantité suffisante par l'alimentation. Chez l'être humain, trois vitamines sont synthétisées par des bactéries intestinales : les vitamines K, B8 et B12. Un apport insuffisant ou une absence de vitamine provoquent respectivement une hypovitaminose ou une avitaminose qui sont la cause de diverses maladies [scorbut(vit C), béribéri(vit B1), rachitisme(vit D), etc…]. En revanche, un apport excessif de vitamines liposolubles (A et D essentiellement) provoque une hypervitaminose, très toxique pour l'organisme. Vitamines 1 sur 17 Dr DAHMANI CLASSIFICATION : On distingue, selon leur solubilité, deux groupes de vitamines : Vitamines liposolubles (insolubles dans l'eau) : A, D, E et K Sont stockables dans l'organisme car absorbées avec les graisses et par conséquent leur élimination par l’organisme est lente. Ainsi, une prise exagérée de ces vitamines peut être nuisible pour l’organisme. Vitamines hydrosolubles (solubles dans l'eau) : B1, B2, B5, PP, B6, B8, B9, B12, C Ne sont pas stockables et les apports excédentaires sont éliminés par la voie urinaire. De ce fait, elles doivent être apportées régulièrement par l’alimentation. III. Conservation des vitamines : La plupart des vitamines sont détruites par la chaleur, l'air et les rayons ultraviolets. Par exemple, la cuisson d'un aliment élimine environ 50 % des vitamines. Par ailleurs, les vitamines hydrosolubles partent en grande partie dans l'eau de cuisson. Ainsi, une soupe ou un potage, pour lequel on garde l'eau, ou la cuisson à la vapeur, avec laquelle les aliments ne trempent pas dans l'eau, permettent de garder une plus grande quantité de vitamines. Vitamines 2 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie IV. METABOLISME : IV.1. Absorption : Les vitamines sont principalement apportées par l’alimentation. Elles sont libérées des aliments au niveau de l’estomac puis absorbées au niveau de l’intestin grêle, principalement au niveau du duodénum et du jéjunum. Seules les vitamines C et B12 sont absorbées au niveau de l’iléon. La vitamine K2 est absorbée au niveau du côlon. L’absorption intestinale des vitamines peut se faire soit par : Diffusion passive selon un gradient de concentration de la vitamine de part et d’autre de la membrane de l’entérocyte. C’est le cas des vitamines D, E, B6 et le bêta-carotène ; Diffusion facilité l’absorption est facilitée par un transporteur membranaire. C’est le cas pour la vitamine B3 ; Diffusion active à l’aide d’un transporteur localisé au niveau de la membrane cellulaire contre un gradient de concentration (consommation d’énergie). C’est le cas des vitamines A, K, B1, B2, B5, B8, B9, B12, C. IV.2. Distribution : Dans le plasma, les vitamines peuvent circuler sous différentes formes : Libre (vitamine C) Liées à une protéine spécifique (A, D, B8, B12) Liées à une protéine non spécifique comme l’albumine (B9) Vitamines 3 sur 17 Dr DAHMANI Liées aux lipoprotéines HDL ou LDL (E, K, bêtacarotène) A l’intérieur des globules rouges (B1, B2, B3, B5, B6) IV.3. Stockage : Les vitamines peuvent être stockées dans : Le foie : vit A, E, B9 et B12 Les graisses : vit D et E Les muscles : vit E IV.4. Elimination : Les vitamines peuvent être éliminées par les selles ou les urines. Les vitamines liposolubles sont préférentiellement éliminées par les selles (la vitamine A peut être également éliminé par les urines). Les vitamines hydrosolubles sont majoritairement éliminées par les urines sauf les vitamines B9 et B12 qui sont éliminées par les selles. V. Vitamines natives et vitamines actives La plupart des vitamines, sauf les E, C et K4, doivent, pour être actives, être transformées. Cette activation peut avoir lieu dans tous les tissus (vitamines B2, B3, B8) ou préférentiellement dans certains organes (foie et rein pour la D). Vitamines 4 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie VI. Fonctions biochimiques des vitamines : VI.1. Rôle plastique : Certaines vitamines interviennent sur la composition et la structure des tissus (réparation, durée de vie, fonctions) et sur leurs caractéristiques physiques (élasticité, souplesse…). Par exemple, les vitamines C et D interviennent dans le métabolisme de l’os. La vitamine C préserve l’intégrité et l’élasticité de la peau, des muqueuses, des vaisseaux sanguins. La vitamine A soutient le métabolisme des tissus de la rétine, mais aussi de la peau et des muqueuses. VI.2. Rôle hormonal : La vitamine D agit sur des cellules cibles par liaison à des récepteurs, comme une hormone stéroïde. Par exemple, la vitamine D liée à son récepteur permet la synthèse d’une protéine spécifique de transport du calcium appelée Calcium binding protein (CaBP). Ces CaBP assurent la régulation du niveau de calcium dans l’os mais aussi l’intestin, les reins... La vitamine A a elle aussi un rôle hormonal sur la différentiation cellulaire et le métabolisme des tissus épithéliaux. VI.3. Rôle de transporteurs : Les vitamines interviennent dans des réactions qui transfèrent de l’hydrogène sous forme de protons (H+) et d’électrons (e-), d’un donneur à un accepteur. Plusieurs vitamines jouent ce rôle : les vitamines E, K, B2, B3, B5 et C. Vitamines 5 sur 17 Dr DAHMANI Ainsi : - Les vitamines E et C neutralisent les radicaux libres ; - Les vitamines B2 et B3 interviennent dans la production d’énergie. Les vitamines interviennent aussi dans le métabolisme des unités monocarbonées. Il s’agit du transfert de radicaux comportant un atome de carbone dans leurs structures, comme le groupe méthyle (CH3). Ce processus intervient notamment dans le recyclage d’une substance toxique lorsqu’elle est en excès, l’homocystéine. Il est également nécessaire à la synthèse et à la stabilisation du support du code génétique, l’ADN. Lorsque le métabolisme des unités à un carbone est perturbé, la réplication de l’ADN, sa réparation et la régulation de l’expression génétique peuvent être altérés, ce qui pourrait favoriser le cancer. Les vitamines B6, B9, B12 ainsi que la choline (et son produit de dégradation la bétaïne) interviennent dans ce processus. VI.4. Rôle de coenzyme : Les vitamines A, K, B1, B2, B3, B5, B6, B8, B9, B12 et C jouent un rôle de coenzyme crucial pour le métabolisme des macronutriments. Par exemple, les vitamines du groupe B interviennent dans la dégradation des glucides, des lipides et des acides aminés. La vitamine B6 à elle seule intervient dans plus de 60 systèmes enzymatiques qui concernent le métabolisme des protéines. Vitamines 6 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie VI.5. Rôle de protection : Les vitamines C et E bloquent la synthèse de composés cancérogènes appelés nitrosamines qui se forment lorsqu’on inhale la fumée de cigarettes ou qu’on avale dans certaines conditions des nitrates (eaux polluées) ou des nitrites (ajoutés aux charcuteries). Les vitamines C, E, B2 et les caroténoïdes ont des propriétés antioxydantes. Elles neutralisent des substances très agressives appelées radicaux libres, issues du métabolisme de l’organisme, et qui se forment à tout instant. Les radicaux libres peuvent aussi être favorisés par les polluants (tabac, pesticides, médicaments, ozone…). A ce titre, les vitamines antioxydantes interviennent dans la prévention des maladies associées au stress oxydant (athérosclérose, cancers, diabète…). La vitamine E stabilise les membranes des cellules en protégeant les acides gras qu’elles renferment de l’oxydation. Certains composés vitaminiques comme la B1 et la B6 pourraient s’opposer à la formation de substances directement impliquées dans le vieillissement, qu’on appelle produits de glycation avancés (AGE). Les AGE se forment en partie dans l’organisme en présence de sucre et de protéines ; une autre partie est apportée par certains aliments transformés et chauffés. Des études préliminaires suggèrent que les vitamines B1 et B6 aident à contrôler le niveau des AGE. VII. Etude des vitamines VII.1. Vitamine A : (Rétinol) La vitamine A est très sensible à l'oxydation, à la lumière, et à l'air mais stable à la chaleur. Les provitamines A sont beaucoup moins fragiles. La quasi totalité (90%) de la vitamine A absorbée est stockée dans le foie. La vitamine A existe sous deux formes : le rétinol et le bêtacarotène Elle existe sous forme d'ester de rétinol dans les aliments d'origine animale, celui-ci est transformé dans l'intestin en rétinol qui est la forme active de la vitamine A. Une fois que le rétinol aura atteint les cellules cibles il sera transformé en plusieurs dérivés actifs, les plus importants étant le rétinal et l'acide rétinoïque. La provitamine A désigne certains caroténoïdes dont le bêta-carotène est le chef de file. Il existe environ 560 caroténoïdes mais seule une dizaine de ces caroténoïdes dont le bêta-carotène peuvent donner naissance à la vitamine A (rétinol). Ils ont pour la plupart ainsi que pour le bêta-carotène des propriétés anti oxydantes que ne possède pas la vitamine A. Rôle : Favorise une bonne vision : en cas de carence en vitamine A le sujet est atteint de xérophtalmie (trouble de la vision qui entraîne la cécité) D'autre part les caroténoïdes grâce à leur propriété antioxydante protègent le cristallin et préviennent ainsi les cataractes et les dégénérescences maculaires La croissance des os. Vitamines 7 sur 17 Dr DAHMANI Vitamines 8 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Elle préserve la santé de la peau et protège l’organisme contre les infections. Prévention des maladies cardiovasculaires grâce aux propriétés anti- oxydantes (oxydation des LD L) Effet anticancéreux : les sujets qui consomment plus de bêta-carotène et vitamines A que la moyenne ont un risque de cancer inférieur de 40% par rapport aux autres. VII.2. Vitamine D : (calciférol) Elle est dégradée assez rapidement par la lumière, l'oxygène et les acides. Synthèse : une première hydroxylation (au niveau du foie) sur le carbone 25 par la 25-hydroxylase donne naissance au 25-hydroxy-cholécalciférol qui est la f orme circulante inactive. Une deuxième hydroxylation (au niveau du rein) sur le carbone 1 catalysée par l’1-alpha-hydroxylase donne naissance au 1,25 dihydroxy-cholécalciférol ou vitamine D3 active : le calcitriol. Rôle : La vitamine D est une hormone hypercalcémiante et minéralisante. Par ses différentes actions, elle va maintenir un pool phosphocalcique disponible pour la minéralisation osseuse. - au niveau intestinal : Elle entraine une augmentation de l'absorption intestinale du calcium et du phosphore. Vitamines 9 sur 17 Dr DAHMANI - au niveau osseux : les os et les dents L'os contient 99 % du calcium présent dans l'organisme. La vitamine D stimule la résorption osseuse (en stimulant les ostéoclastes : les cellules qui remodèlent l'os) et entraîne une minéralisation osseuse de façon indirecte par augmentation de la calcémie (en stimulant les ostéoblastes : les cellules qui construisent l'os). -au niveau rénal : Elle entraine une réabsorption dans les urines du phosphore, et seulement 1 % du calcium filtré. - au niveau du placenta : La vitamine D contrôle le transport du calcium, ce qui contribue au mécanisme de minéralisation du squelette fœtal. Pathologie : Une carence en vitamine D provoque chez l’enfant (6mois – 2 ans) le rachitisme et Chez l’adulte l’ostéomalacie. A forte dose, la vitamine D provoque une intoxication à la vitamine D. L'intoxication à la vitamine D résulte toujours de l'administration de doses excessives de vitamines D ou de ses métabolites (intoxication aiguë). La vitamine D étant liposoluble, elle peut s'accumuler dans l'organisme (intoxication chronique). Vitamines 10 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie L'intoxication par la vitamine D ne peut être dû, ni à une exposition solaire excessive (la synthèse endogène est régulée en fonction des besoins), ni à une alimentation trop riche. VII.3. Vitamine E : (Tocophérol) Il existe plusieurs formes de vitamine E dont la plus active biologiquement est l’α-tocophérol. La vitamine E est peu sensible à la chaleur, à la lumière et aux acides mais très sensibles à l'oxydation et aux bases. Le principal effet de la vitamine E est son action antioxydante. Elle contribue à neutraliser les radicaux libres qui peuvent s'accumuler dans les tissus gras de l'organisme. VII.4. Vitamine K : (Phylloquinone) Elle est lentement dégradée par l'oxygène de l'air et plus rapidement par la lumière. Elle est stable à la chaleur mais dégradée par les alcalins La vitamine K est un facteur anti-hémorragique ou de coagulation. En effet quatre facteurs de la coagulation sont vitamine K-dépendants (le facteur II ou Prothrombine, le facteur VII ou proconvertine, le facteur IX ou antihémophilique B et le facteur X ou Stuart). Vitamines 11 sur 17 Dr DAHMANI VII.5. Vitamine B1 : (Thiamine) La forme active est le TPP : thiamine de pyrophosphate Elle joue le rôle de coenzyme dans : Les réactions de décarboxylation oxydative des acides a-cétoniques (transformations de l'acide pyruvique en acétyl-CoA, de l'a-cétoglutarate en succinyl-CoA, de la leucine en isovaléryl-CoA et de la valine en isobutyryl-CoA). Les réactions de transcétolisation des sucres, qui consiste en un échange de deux groupes carbonés entre deux sucres. VII.6. Vitamine B2 : (Riboflavine) La vitamine B2 est le précurseur de deux (02) coenzymes : - la flavine adénine dinucléotide (FAD) - la flavine mononucléotide (FMN). La vitamine B2 joue un rôle important dans la transformation des aliments simples (glucides, lipides et protéines) en énergie : les réactions d'oxydoréduction (= transfert d'électrons ou d'hydrogène) menant à la synthèse d'ATP. De plus la vitamine B2 a une fonction anti- oxydante et participe à la régénération du glutathion, le détoxifiant majeur de l'organisme. Elle résiste à la chaleur (Pasteurisation, cuisson, stérilisation), à la congélation et au salage. Cependant elle est dénaturée par les ultraviolets. VII. 7. Vitamine B3 : (vitamine PP) Elle résiste à la chaleur, à la lumière et à l'oxydation. La vitamine B3 est le précurseur de deux coenzymes : Vitamines 12 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie - NAD (nicotinamide adénine dinucléotide) - NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate). Ils sont impliqués dans un grand nombre de réactions biochimiques aboutissant à la production d'énergie (glycolyse, phosphorylation oxydative, dégradation des lipides). La vitamine B3 a une action vasodilatatrice périphérique. Elle intervient dans le mécanisme de réparation de l'ADN endommagé par des rayonnements, des polluants, des toxiques, des médicaments, des radicaux libres. Un déficit en vit B3 est responsable de la pellagre. VII.8. Vitamine B5 : (Acide pantothénique) La vitamine B5 est le précurseur du coenzyme A Elle est nécessaire au métabolisme des glucides, lipides et protéines et participe à la synthèse de certaines hormones stéroïdes. La vitamine B5 est impliquée dans le développement et le fonctionnement du système nerveux central. Ses propriétés hydratantes, sont utilisées en cosmétologie capillaire car la B5 accroît l'élasticité des cheveux et contribue à contrer leur chute. VII.9. Vitamine B6 : (pyridoxine) La vitamine B6 est le précurseur du phosphate de pyridoxal, un coenzyme impliqué dans plusieurs systèmes enzymatiques liés au métabolisme des acides aminés. Réaction de: transamination (AA), racémisation (AA) et décarboxylation (AA). Vitamines 13 sur 17 Dr DAHMANI VII- 10 - Vitamine B8 : (Biotine) Connue aussi sous le nom de vitamine H. La biotine est un coenzyme qui participe au métabolisme des acides gras, des glucides et des acides aminés et à la synthèse des vitamines B9 et B12. Elle est stable à la chaleur et en solution aqueuse, elle est peu sensible à l'oxydation. Elle est détruite par les rayons ultraviolets. La biotine est le coenzyme des carboxylases enzymes chargées d'incorporer le gaz carbonique (CO2) principalement dans la réaction de carboxylation du pyruvate en oxaloacétate (cycle de KREBS) et transformation de l’acétyl COA en malonyl COA (biosynthèse des acides gras). VII. 11. Vitamine B9 : (Acide folique) La vitamine B9 est détruite par la chaleur, l'oxydation Elle est surtout emmagasinée dans le foie La forme active est le THF tétrahydrofolate substrat commun à plusieurs coenzymes qui participent au transfert des groupements monocarbonés. Elle intervient dans : - La biosynthèse des bases puriques et pyrimidiques ; - La biosynthèse de la méthionine à partir l’homocystéine (méthylation) ; - Le catabolisme de l’histidine. Un déficit en acide folique se traduit par des troubles hématologiques « anémie mégaloblastique » par anomalie de la division cellulaire au cours de l’hématopoïèse, par divers troubles neurologiques peu spécifiques et par des troubles digestifs. Vitamines 14 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie La déficience en acide folique chez la femme enceinte augmente le risque d'avortement ou de malformations du tube neural notamment (spina bifida) et de décollement placentaire (supplémenter durant 4 premières semaines). VII.12. Vitamine B12 : (Cobalamine) Elle est sensible à la lumière, Elle est détruite à la chaleur en milieu acide ou basique mais résiste à la chaleur en milieu neutre. Elle résiste à l'oxydation. La vitamine B12 est le cofacteur de deux types de réactions enzymatiques : - l'isomérisation. - la transméthylation Ces réactions sont importantes dans : La réplication L'hématopoïèse L'intégrité du système nerveux L'efficacité du système immunitaire La synthèse de méthionine à partir de l’homocystéine Transformation du méthylmalonyl-CoA en succinylCoA. La carence en vitamine B12 a deux causes principales : Un apport alimentaire insuffisant ; Une mal absorption digestive. Elle se manifeste cliniquement par macrocytaire et un atteinte neurologique. Vitamines 15 sur 17 une VII.13. Vitamine C : (Acide ascorbique) La vitamine C est extrêmement sensible à l'oxygène de l'air, aux températures élevées (cuisson, vapeur), pasteurisation (lait enrichi), à la lumière, à l'ionisation et au pH neutre ou alcalin La vitamine C est un puissant anti- oxydant : elle bloque la production de radicaux libres, et protège les acides gras insaturés de la membrane des cellules, en agissant directement à l'intérieur des cellules et indirectement en régénérant la vitamine E, principal anti- oxydant de la membrane cellulaire. Elle participe à la synthèse de certains neurotransmetteurs comme la noradrénaline. Le déficit en vit C provoque le scorbut. anémie Dr DAHMANI Vitamines 16 sur 17 Dr DAHMANI Université Mouloud MAMMERI - Faculté de Médecine - Laboratoire de Biochimie Vitamines 17 sur 17 Dr DAHMANI