Coenzymes et Vitamines
publicité
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 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). -1Babarnab-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 11 CH2OH fonction alcool 1 + Site de phosphorylation 12 site d’isomérisation CH3 -2Babarnab-PROD. 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 11 12 CH2OH 1 CH3 CH3 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 O- Rétinyl Phosphate : - CH2O – P – OO 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 : 15 15’ Plan de symétrie Point de clivage par une DIOXYGENASE -3Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 Passage barrière intestinale Re-esterification et incorporation dans les chylomicrons Estérase Transport sanguin dans les Chylo 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 ?) -4Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 A B C D E liaison du ligand Domaines transactivateurs domaine de liaison à l’ADN -5Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 2H+,2eOpsine photons déshydrogénase 2H+,2e- 11-TRANS rétinAL 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. -6Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 : OH Ouverture du cycle sous l’effet des photons CH2 CHOLECALCIFEROL OH 25-OH CHOLECALCIFEROL CH2 OH 1-OH -7Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 : 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. -8Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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. -9Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 3). La vitamine E – le TOCOPHEROL : a). Structure : Cyclohexenyl + cycle Chromane + chaîne isoprénique saturée = « terpène saturé » C’est une molécule hydrophobe. CH3 CH3 CH3 O OH (fonction alcool) CH3 Estérification par acides gras b). Propriétés physiques : - Huileuse à l’état pur. - Soluble dans solvants organiques. - Sensible à la lumière et à l’oxydation. c). Sources : - Végétaux, germes de céréales, germes de blé. - Légumes verts. d). Métabolisme : Dans l’alimentation sous forme d’esters de tocophérols : tocophéryl acétate ou palmitate. Ensuite action d’une estérase pour l’absorption :, transport par chylomicrons. Mais contrairement aux 2 d’avant, il n’y a pas de protéine de transport spécifique. Comme le tocophérol est une molécule lipophile, sa localisation préferentielle est les membranes plasmiques. Elle s’ancre dans le feuillet externe des membranes pour jouer son rôle d’antioxydant. Exemple : présente au niveau de l’endothélium vasculaire, elle peut capter les radicaux libres (=singulets de l’O2) qui sont des composés instables qui oxydent les phospholipides membranaires et participent au vieillissement cellulaire. - 10 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. Le tocophérol intervient dans un cycle permettant de capter les radicaux libres : CH3 O A R OH ½ O2 CH3 R O B Oxydation Ouverture du cycle OH O =Fct° cétone 2H+, 2eRéduction Régénération du cycle A H2O OH OH CH3 R OH e). Propriétés principales : * Rôle de protection membranaire, action antioxydante ... * Maintient à l’état réduit du sélénium qui constitue le cœur actif de la glutathion peroxydase, qui est l’enzyme permettant de conserver le glutathion à l’état réduit. * Action commune au coenzyme Q qui transporte les e- dans la chaîne respiratoire. - 11 Babarnab-PROD. Cours du Pr. 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 CH3 CH3 CH2 CH C O Noyau NAPHTOQUINONE Terpène Saturé Chaîne latérale hydrophobe Ancre membranaire b). Propriétés physiques : Cristaux incolores à l’état pur. Surtout : molécule STABLE à la lumière et à l’oxydation. c). Sources : Dans les végétaux : légumes verts, tomates. Origine bactérienne : notre flore saprophyte assure une production endogène de vitamine K. Dans les abats : le foie, car stockée là. d). Métabolisme : Les mécanismes d’absorptions sont communs aux autres lipides. Mais il n’y a pas de mécanismes d’estérification car cette molécule est NON ESTERIFIABLE. L’absorption met donc en jeu les sels biliaires. Ensuite, stockage partiel hépatique. Donc, quand mauvais drainage de la bile, le premier signe est une carence en vitamine K. - 12 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. * 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 CH2 ... NH – CH – CO – ... CH γ carboxytransférase + Vitamine K CH2 NH – CH – CO * 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. - 13 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. * 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 : Site actif du coenzyme * Pyridoxine : CH2OH OH CH3 Site de phosphorylation Possibilité d’estérification CH2OH N * Pyridoxal : CHO R * Pyridoxamine : CH2 – NH2 R - 14 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 NH2 Acide Aminé 1 R – C – COOH Acide α cétonique 1 O NH2 Acide α cétonique 2 Acide aminé 2 * Transamination : génération d’autres acides aminés à partir d’un pool d’acides α cétoniques et d’acides aminés. * Plusieurs acides aminés donneurs dont 2 importants : L’alanine, dont l’enzyme spécifique est l’ALAT ⇔ alanine amino transférase. • L’acide aspartique : enzyme = l’ASAT ⇔ aspartate amino transférase. • - 15 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. * 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 Cu N N 2+ OH CH3 N – (CH2)4 CH2–O– P - CH CO + + N TRANSAMINASE - 16 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. Etape 2 : Libération de la lysine et fixation de l’a.a n°1 au pyridoxal : R1 – CH – COOH N N NH2 – (CH2)4 CH OH Cu2+ N NH CH2–O– P - CH3 CH CO + + N TRANSAMINASE Etape 3 : Cycle catalytique : a). Avec l’ALANINE comme acide aminé donneur : CH3 CH – COOH CH3 + H ,e - C – COOH H2O CH3 + H C – COOH N N CH CH O + NH2 R R CH2 Acide Pyruvique Pyridoxamine Phosphate R - 17 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. b). Formation du glutamate et régénération du pyridoxal phosphate : H2O NH2 + COOH CH2 COOH Condensation (CH2)2 R (CH2)2 C O C – COOH COOH N Acide Oxoglutarique CH2 R COOH COOH H2O (CH2)2 (CH2)2 Acide Glutamique CH – COOH CH – COOH NH2 N + CH CHO R Pyridoxal phosphate Se recombine à la lysine en attendant un nouvel acide aminé R * 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 NH2 R – CH2 – NH2 + CO2 CO2 - 18 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. Ainsi : Histidine Tryptophane Histamine 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 CH3 N CH3 N CH3 +N CH2 H CH2 – CH2OH S b). Propriétés physiques : - Sous forme de cristaux à l’état pur - Sensible à la lumière - Solubilité intermédiaire, légèrement dans l’alcool 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 niveau du système nerveux central. Elle subit une phosphorylation ou une pyrophosphorylation lors de sa séquestration cellulaire. (note : pyrophosphorylation = fixation de 2 phosphates.) - 19 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 : CH3 – CO – COOH + CoASH + NAD+ CH3 – CO ~ SCoA = Acétyl CoA + CO2 + 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 : O 10 OH N NH2 1 N N NH CH (CH2)2 9 5 N C NH COOH 6 COOH ... 7 8 Noyau PTERINE + Acide Paraminobenzoïque + (n) Acide GLUTAMIQUE Acide ptéroïque L’acide glutamique établit des liaisons amides avec d’autres glutamates, on peut avoir jusqu’à une dizaine d’acides glutamiques. Ces chaînes servent à séquestrer l’acide ptéroïque dans les cellules. On parle d’acide ptéroïque monoglutamique (= acide folique) ou polyglutamique. - 20 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 : OH H N N NH2 1 N R H 6 5 7 N H 8 H Note : un inhibiteur compétitif de la DHFR, le méthotrexate, bloque la synthèse de vitamine B9. C’est un antimitotique utilisé en chimiothérapie. b). Propriétés physiques : - photosensible + + peu soluble : faiblement dans l’eau et insoluble dans l’alcool. c). Sources : - Principalement végétales : légumes verts (brocolis + +, épinards, salades, tomates). Abats : foie car lieu de stockage. d). Métabolisme : - Dans l’alimentation, la vitamine B9 est sous forme « polyglutamate ». - L’absorption nécessite l’action d’une conjugase présente sur la bordure en brosse. Elle clive les liaisons amides ce qui aboutit à la formation de l’acide ptéroyl monoglutamate, seule forme assimilable. (le stockage cellulaire se fait sous la forme « polyglutamate »). - Le transport sanguin est assuré par la FBP (= « folate binding prot »). - 21 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. - 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 FBP RFC RFC Invagination RFC Vésicules H+ H+ H+ RFC 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. - 22 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 * 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. - 23 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. Hydroxyméthyl transférase CH2 – COOH NH2 CH2OH – CH – COOH CH2OH THF NH2 Sérine Précurseur du méthyl –THF Glycine THF CH3 – THF b). Synthèse de la méthionine : A partir de l’homocystéine : COOH SH – CH2 – CH2 – CH N5 méthyl THF THF COOH CH3 – S – (CH2)2 – CH NH2 NH2 Méthionine synthase + Méthyl Cobalamine S – adénosyl méthionine Donneur de méthyl pour les méthylations de l’ADN c). Synthèse de bases nucléotidiques : synthèse du thymidilate : Thymidilate synthétase Déoxyuridilate Méthylène THF Thymidilate DHF ADN DHFR THF Le 5 Fluoro-uracil (= 5 FU) bloque cette réaction, c’est un antimitotique utilisé en chimiothérapie. - 24 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 4). La vitamine B12 – les COBALAMINES : a). Structure : * Formule simplifiée : Groupement R N N Co+ N Tétrapyrol N P Ribose Diméthyl benzymidazol * 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 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. - 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 VB12 Méthyl-cobalamine ADO-cobalamine - 26 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 Méthionine SAM Méthionine SYNTHASE Méthyl-cobalamine SAH Méthyl-THF Homocystéine CH3 pour méthylation de l’ADN, des lipides et protéines Méthylène THF 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 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. • 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 H COOH COOH H Succinyl-CoA Méthylmalonyl CoA Mutase + ADO cobalamine 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 Site de phosphorylation CH3 β alanine Acide Pantoïque (=alcool) (= alanine où le NH2 est porté par le carbone β) - 28 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 ADP ATP 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 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. * Structure du Coenzyme A : Site actif CH3 CH2OH — C — CHOH — CO — NH — CH2 — CH2 — CO — NH — CH2 — CH2 — SH CH3 Thioéthanolamine NH2 O O P N N O Adénine O P N N O CH2 O O O Ribose 3’ Phosphate O O P 3’ O OH O e). Rôles métaboliques : • transport d’acyls (d’acides gras) : Thiokinase Acide gras CH3–(CH2)n–COOH Acyl~SCoA CH3–(CH2)n–CO~SCoA ATP + CoASH AMP + PPi β - Oxydation … (Voir la phase d’activation des acides gras) - 30 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. • Décarboxylation oxydative des acides aminés et dérivés : (voir Vit.B1) ⇒ permet la production d’acétyl CoA. CH3 – CO – COOH + CoASH + NAD+ CH3 – CO ~ SCoA = Acétyl CoA + CO2 + 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). CH2 – (CHOH)3 – CH2OH CH3 CH3 N N O Site de Phosphorylation NH N O - 31 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. * La riboflavine est le précurseur de 2 coenzymes : Riboflavine ATP Riboflavine kinase Phosphorylation du ribitol ADP FMN flavine mononucléotide ATP Riboflavine kinase L’ATP permet de donner une adénosine (=adénine + ribose + phosphate). PPi FAD flavine adénine dinucléotide = flavine ribityl pyrophosphoryl ribosyl adénine * Formule du FAD : NH2 N N CH2 – (CHOH)3 – CH2O – P –O~ P – O – CH2 CH3 CH3 N N N N O O NH N OH O OH - 32 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. b). Propriétés physiques : - 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 FMN ou FAD CH3 N CH3 N N O NH O 2H+, 2e -- Ribitol FMNH2 ou FADH2 CH3 N CH3 N Réduction H N O NH H O (Lors de cette réduction, il y a une étape intermédiaire). - 33 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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 Désamination des acides aminés : AA acide urique désamination Oxy cycle de KREBS 2). Vitamine B3 – Les Coenzymes Nicotiniques – Vitamine PP : a). Structure : COOH Noyau Pyridine. Acide Nicotinique N CO–NH2 Nicotinamide N - 34 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 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. CO–NH2 + N O O P O Ammonium Quaternaire CH2 O OH OH NH2 N N O P N N O O CH2 O O OH 2’ O O P O = NADP+ O - 35 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. b). Propriétés physiques : - 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+ Glutamine ATP Acide Glutamique AMP+PPi NAD+ - 36 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. e). Rôles métaboliques : 2 fonctions métaboliques : • Voies oxydatives : intervention du NAD+ : Catabolisme Substrat RED AH2 Substrat OXY NAD+ A NADH, H+ Mode de transport des électrons : H H CO–NH2 H H Réduction du NAD + N CO–NH2 H + H H H N H Ammonium Tertiaire NAD+ + NADH, H R R + AH2 Le NADH,H+ transporte 2 électrons mais il reste un H+ libre. 1° Oxydation de l’éthanol : CH3 – CH2OH + NAD+ Ethanol déshydrogénase CH3 – CHO + NADH, H+ Acétaldéhyde 2° Oxydation des ACYLS : intervention dans la 3ème réaction de la β-oxydation. - 37 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. • Voies réductrices : intervention du NADP+ : anabolisme Substrat OXY A NADPH, H+ Substrat RED NADP+ AH2 1° Synthèse des stéroïdes 2° Synthèse et élongation des acides gras : ⇒ Réduction des acides gras insaturés : R – CH = CH – CO~SCoA NADPH, H+ Acyl-Coa Réductase NADP+ 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 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. 3). Vitamine C – l’acide ASCORBIQUE : a). Structure : CH2OH CH2OH CHOH CHOH 2H+, 2e - O O O OH OH O 2H+, 2e - O O Déhydroascorbate = Acide déhydroascorbique Acide Ascorbique (forme réduite) (forme oxydée) b). Propriétés physiques : - cristaux jaunes à l’état pur molécule stable sous forme cristalline c). Sources : - - fruits frais, agrumes épinards, choux, kiwi … d). Rôles métaboliques : 1° Rôle Scavenger : propriétés antioxydantes en captant des radicaux libres. 2° Coenzyme de la proline hydroxylase qui est l’enzyme transformant la proline en hydroxyproline : Collagène Collagène Hydroxyproline Proline Proline hydroxylase + Vitamine C Complexation des fibres 3° Rôle inducteur dans l’expression de la proline hydroxylase - 39 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-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 : O CH3 CH3 O O CH3 × 10 O 2H+, 2e - 2H+, 2e - OH CH3 CH3 O CH3 O × 10 OH Dihydroxyubiquinone - 40 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant. * 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 CH – (CH2)4 – COOH CH2 S S ACYLS ou Acides α-cétoniques Réduction (ouverture du pont) CH2 – CH2 – CH – (CH2)4 – COOH SH S CO R * Rôle : - Transport d’ Acyls Intervient dans des réactions de décarboxylation oxydative des acides α-cétoniques 3). La Carnitine : CH3 CH3 – N+ – CH2 – CH – CH2 – COOH CH3 OH Carnitine Acyl transférase 1 Acyl CoA + Carnitine Acyl Carnitine Estérification par Acyl (transport des acides gras) Mitochondrie CoASH - 41 Babarnab-PROD. Cours du Pr. Jean-Louis Guéant.
