2016-2017 Biochimie Biochimie – UE 1: Sciences biologiques, pathologiques, sémiologie Métabolisme de l'hème Semaine : n°4 (du 26/09/16 au 30/09/16) Date : 29/09/16 Heure : de 11h15 à 12h15 Binôme : n°79 Professeur : Pr. Brousseau Correcteur : N°88 Remarques du professeur :La biosynthèse de l'hème n'est pas à savoir par cœur. PLAN DU COURS TABLE DES MATIÈRES III) Structure de la Myoglobine et de l'Hémoglobine ............................................................................2 A)Structure et fonction de la myoglobine .............................................................................................2 1)Structure primaire : ................................................................................................................2 2)Structure secondaire :.............................................................................................................2 3)Structure tertiaire :..................................................................................................................2 4)Fonction : ...............................................................................................................................2 B)Structure et fonction de l'Hémoglobine ............................................................................................2 1)Structure primaire: ................................................................................................................2 2)Structure secondaire :.............................................................................................................3 3)Structure tertiaire : .................................................................................................................3 4)Structure quaternaire : ............................................................................................................3 5)Fonction :................................................................................................................................3 C)Encrage de l’hème à l'apoprotéine.....................................................................................................3 IV) Biosynthèse et catabolisme de l’hème.................................................................................................4 A) Biosynthèse de l’hème........................................................................................................................4 B) Anomalies de la biosynthèse de l'hème : porphyries........................................................................6 1)Porphyries aiguës....................................................................................................................6 2)Autres Porphyries : manifestations cutanées .........................................................................6 3)Biologie .................................................................................................................................7 C) Catabolisme de l’hème.......................................................................................................................7 1) Anomalies du catabolisme ....................................................................................................8 1/8 2016-2017 Biochimie III) Structure de la Myoglobine et de l'Hémoglobine A) Structure et fonction de la myoglobine La myoglobine est une protéine que l'on retrouve dans les muscles et tissus dont la fonction est de stocker l'oxygène. 1) Structure primaire : – Chaîne polypeptidique unique. – 153 acides aminés. 2) Structure secondaire : – 8 segments en hélice α notés de A à H. – 7 coudes β (inter-membranaires) ou régions intermédiaires notés de AB à GH en fonction de leur position vis à vis des hélices. – Acides aminés notés en fonction : De leur position dans le segment ( ex : E7 au lieu de AA 124). De leur positions dans les coudes β ou les régions intermédiaires ( ex : CD2). En région aminoterminal : NA1 et NA2. En région carboxyterminal : HC1 et HC5. 3) Structure tertiaire : – Repliement et rapprochement dans l'espace des segments des hélices α (protéine globulaire). – Acides aminés hydrophiles exposés à la surface. – Formation d'une crevasse hydrophobe où se loge l’hème (sauf groupement Pr). 4) Fonction : – Localisée dans le muscle. – Affinité pour l'O2 supérieur à celle de l'hémoglobine. – Transfère de l'O2 du milieu extra-cellulaire à la mitochondrie ( respiration). B) Structure et fonction de l'Hémoglobine 1) Structure primaire: On va avoir 2 chaînes α et 2 chaînes β qui sont plus courtes que celle de la myoglobine mais avec une organisation dans l'espace comparable. – Chaîne α : 141 AA – Chaîne β : 146 AA 2/8 2016-2017 2) Biochimie Structure secondaire : – Segments en hélices α ; coudes β, régions intermédiaires. – Nomenclature identique à celle de la myoglobine. – Chaîne α : 7 segments (absence du segment D). – Chaîne β : 8 segments. 3) Structure tertiaire : Très comparable à la myoglobine. – 4) Structure quaternaire : – Tétramérique, indispensable à la fonction biologique de l'hémoglobine. – Interactions réversibles ente les monomères (ioniques, polaires, hydrophobes). – Adulte → HbA : α2β2 (98%) → HbA2 : α2δ2 (2%) – Fœtus → HbF : α2γ2 5) Fonction : – Localisée dans les globules rouges. – Transporte l’oxygène des poumons aux tissus. – Participe au transport inverse du CO2. – Participe pour 35% à la régulation du pH sanguin (pouvoir tampon ). C) Encrage de l’hème à l'apoprotéine Quelque soit la chaîne de myoglobine concernée (α ou β), le mode de fixation est le même car c'est toujours le même AA de la même chaîne qui joue le même rôle. L'histidine proximale F8 a un atome d'azote avec un doublet d'électrons libre. Au centre de l'hème l'ion Fe2+ possède des orbitales vacantes. 4 sont liées à des azotes de l'hème et on utilise une de ces orbitales pour ancrer l'hème à la partie protéique de la molécule. La dernière orbitale vacante du Fer va fixer l’oxygène et cette liaison sera stabilisée par une liaison hydrogène entre l'oxygène et l'histidine E7 distale. 3/8 2016-2017 Biochimie IV) Biosynthèse et catabolisme de l’hème A) Biosynthèse de l’hème La biosynthèse de l'hème est importante car un certain nombre de maladies génétiques l'affectant peuvent faire l'objet de diagnostique en laboratoire. L'hème est synthétisé à partir de 2 précurseurs simple : le glycocolle et le succinate CoA. Ils vont être transformés en 4 noyaux pyrrole associé à 4 ponts méthyle. Étape 1 : 8 succinates CoA + 8 glycoclles sont condensés par la aminolévulinate δ synthétase pour former 8 acides α-amino-βcetoadipique en libèrant au passage 8 molécules de CoA-SH. Puis il y a une décarboxylation immédiate pour libérer la fonction carboxylique afin de former 8 molécules d'acides δaminolevullinique (ALA). Important : L’hème exerce un rétro-contrôle négatif sur cette première étape par action sur la δ-aminolévullinique (ALA). Étape 2 : Formation du cycle par condensation 2 à 2 des molécules d'ALA. Cette condensation est réalisée par déshydratation par le porphobilinogène synthase. Ainsi on a la formation de 4 porphobilinogènes (PBG). L'intoxication aux métaux lourds inhibe la porphobilinogène synthase donc la synthèse de PBG. Ainsi on aura une accumulation d'ALA qui est toxique pour le SNC. Le dosage urinaire de l'ALA participe au diagnostic de l'intoxication au Pb. 4/8 2016-2017 Biochimie Étape 3 : - Condensation de 4 molécules de PBG via la PBG désaminase, et formation de l'hydroxyméthylbilane. - Isomérisation du dernier cycle via une cosynthétase sinon formation d' uroporphyrinogène I - Cyclisation pour l'obtention de l'Uroporphyrinogène III Étape 4 : L'uroporphyrinogène décarboxylase transforme l'uroporphyrinogène III en Coproporphyrinogène III → 4 substituant Méthyle apparaissent à la place des groupements acétiques. Cette étape libère 4 CO2 Étape 5 : Remplacement de deux groupements Propanoïques par deux groupements Vinyl via la Coproproporphyrinogène oxydase qui réalise une décarboxylation et une oxydation. Ainsi la Coproporphyrinogène III devient une Protoporphyrinogène IX. 5/8 2016-2017 Biochimie Étape 6 : Création de double liaisons avec la protoporphyrinogène oxydase qui permet ainsi la formation de protoporphyrine IX. Étape 7 : L’hème synthase ou ferrochélatase introduit l’ion Fe 2+ dans la potoporphyrine IX. Ainsi l'hème est formé. B) Anomalies de la biosynthèse de l'hème : porphyries Ce sont des maladies héréditaires à transmission autosomiques dominantes ou récessives. Elles sont causées par un déficit enzymatique à l'origine d'une accumulation de substrat de l'enzyme concernée. 1) Porphyries aiguës – Douleurs abdominales intenses ; vomissements ; constipations ; asthénies ; myalgies ; tachycardies, HTA ; troubles psychiatriques ( anxiété, confusion, irritabilité, délire, émotivité, dépression, désorientation ). – Coloration des urines à la lumière : brun rouge « porto » virant au noir. – CI : anesthésiques, barbituriques, analgésiques => inducteur enzymatique qui entraînent une aggravation. 2) Autres Porphyries : manifestations cutanées – Fragilité mécanique de la peau. – Photo-sensibilité : bulles, hyperpigmentation, macules atrophiques sur les régions exposées (dos, mains). 6/8 2016-2017 3) – Biochimie Biologie Dosage du PBG ; ALA ; porphyrines dans les urines, les selles et le sang. C) Catabolisme de l’hème Clivage oxydant du cycle réalisé par l'hème oxygénase qui ouvre le cycle au niveau du pont α entre le cycle A et le cyclee B. L'ancrage à la partie protéique est conservé. Ce clivage oxydant créer des fonctions cétones et conduit à une réorganisation des doubles liaisons. Obtention de la Choléglobine de couleur verte. L'oxygénase libère l'ion Fe2+ qui devient l'ion Fe3+. Sans le fer, l’hème est libre et linéaire, on obtiens de la biliverdine (bleu-vert). Réduction du pont γ central retrouvé sous la forme d'un CH2 et nouvelle réorganisation par la biliverdine réductase en formant la bilirubine libre (jaune orange ) très lipophile et très toxique pour le SNC. Au delà de 25mg/L cela se manifeste par un ictère « jaunisse » (coloration jaune des téguments). Il faut donc l'éliminer rapidement en la rendant hydrophile par liaison à l'acide glucuronique. Cette fixation est réalisée au niveau des groupements propanoïques par l'enzyme UGT (UDP glucuronosyl transférase). Ainsi formation de la bilirubine conjuguée hydrophile non toxique. Élimination par voie intestinale via des réactions assurées par des bactéries qui vont donner les pigments biliaires donnant leurs couleurs aux selles. 7/8 2016-2017 Biochimie 1) Anomalies du catabolisme 8/8