– UE 7:biochimie–

2016-2017
Coenzymes dérivés de vitamines
– UE 7:biochimie–
Les coenzymes dérivés de vitamines (suite)
Semaine : n°13 (du 28/11/16 au
02/12/16)
Date : 02/12/16
Heure : de 8h00 à
9h00
Binôme : n°57
Correcteur : n°62
Remarques du professeur
•
Professeur : Pr. Briand
Diapos disponibles sur Moodle
PLAN DU COURS
I)
La vitamine B1 ou thiamine
II)
Coenzyme A
III)
La biotine ou vitamine B8
IV)
La vitamine B9 ou folacine
V)
La pyridoxine ou B6
VI)
Les transaminases
VII)
récapitulatif
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I)
Coenzymes dérivés de vitamines
La vitamine B1 ou thiamine
C’est la première vitamine à être synthétisée. Elle a permis d’éradiquer une maladie existante en
Amérique. C’est la cuticule de riz que les colons ont amené en Amérique qui est riche en vitamine B1.
La thiamine (vitamine B1) est la condensation d’un noyau thiazolum avec une base azotée. Cette
vitamine est transformée pour devenir active. Cette transformation consiste en l’ajout d’un
pyrophosphate ce qui nous donne un TPP (pyrophosphate de thiamine). L’enzyme intervenant est la
thiamine pyrophospho-kinase.
Le TPP joue le rôle de de groupement prosthétique :
•
Décarboxylation oxydative d’acides α-cétoniques
•
Coenzymes des trans-cétolases (inter-conversion de la voie des pentoses phosphates).
Le TPP fonctionne sur un mode à trois étapes :
•
Étape 1 : Le substrat (acide α-cétonique) va engager une liaison avec C2 du noyau thiazolum
•
Étape 2 : Rupture d’une liaison au sein du substrat entre la fonction carboxylique → départ de
CO2
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•
Coenzymes dérivés de vitamines
Étape 3 : L’aldéhyde activé qui résulte de la rupture de liaison va être transféré sur un
lipoamide quand il s’agit d’une réaction catalysé par une bêta carboxylase.
Comment fonctionne ce TPP ?
Toujours sur le même mode : nous avons thiamine pyrophosphate qui prend une activation de la
vitamine de la TPP
Ce TPP fonctionne sur un mode à trois étapes :
•
étape 1 : le substrat (Acide alpha cétonique) va engager une liaison avec le C2 du
noyau diazonium qui appartient au coenzyme
•
étape 2 : rupture d'une liaison au sein du substrat : dans le site actif du décarboxylase de l'acide
alpha cétonique → c'est la réaction de décarboxylation qui a lieu sur le pyruvate, sur l'alpha cétoglutamate dans le métabolisme du glucose et le cycle de Krebs
•
étape 3 : Cet aldéhyde activé qui résulte de cette rupture de liaison et qui reste attaché au
coenzyme un certain temps et porté par le TPP qui va être transféré sur la lipoamide quand c'est
une réaction réalisé par une décarboxylation d'acide alpha cétonique
le TPP est un support d'aldéhyde dans un état activé et ce sera toujours son rôle
TPP : coenzyme des trans-cétolases de la voie des pentose phosphates
Il transforme un premier substrat qui est un cétose et ce substrat :
•
étape 1 : engage une liaison entre le cétose avec ce noyau diazonium du coenzyme
•
étape 2 : rupture de liaison qui amène à la libération d'un aldose et à la formation de ce
complexe aldéhyde activé entre ce groupement des 2 carbones issu du cétose et le coenzyme
•
étape 3 : transfert de cet aldéhyde activé porté par le TPP sur le second substrat qui est un aldose
et qui sert d'accepteur
Dans les carences en vitamine B1 : défaut de fonctionnement des complexes de décarboxylation de l'acide
alpha cétonique et un défaut du métabolisme du pyruvate dans le fonctionnement de la PDH et donc une
accumulation de pyruvate et lactate et d'autre part on pourra diagnostiquer in-vitro de cette carence en
mesurant l'activité des trans-cétolases dans des tubes à partir de cellules sanguines car cette activité sera
déficitaire du fait de la carence de la vitamine B1
La capacité de transporter ou transformer les groupements acyl : Coenzyme A qui joue le rôle de cosubstrat qui dérive de la vitamine B5 et le lipoamide qui joue le rôle de groupement prosthétique
et qui dérive de acide lipoïque qui n'est pas en elle même une vitamine car on satisfait les besoin en
lipoamide par synthèse endogène
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II)
Coenzymes dérivés de vitamines
Coenzyme A
C'est un coenzyme qui joue le rôle de co-substrat dans la transformation et le transport des
groupements acyl, il dérive de la vitamine B5 (acide pantothénique) et l'activation de B5, pour qu'elle
joue le rôle de coenzyme, va être condensée d'une part en ADP et à ce métabolite de la cystéine qui est la
cysté-amine qui résulte de la décarboxylation de la cystéine. La particularité de la partie réactive de ce
coA est la présence et la réactivité de ce groupement thiol qui se trouve à l'extrémité de ce coA
B5 est aussi précurseur d'un complexe qui est acyl protéine qui participe a la synthèse des AG.
La lipoamide joue aussi le rôle de coenzyme mais a la différence du coA, joue un rôle de groupement
prosthétique et dérive de l'acide lipoïque dans laquelle on reconnaît aussi la présence de souffre comme
dans le coA qui va servir de support des groupement acyl qui seront transporté et transformé
Dans le cas de l'acide lipoïque, la transformation/ activation de l'acide consiste en la formation d'une
liaison amide entre la fonction carboxylique de l'acide lipoïque et un AA et plus précisément la chaine
latérale de la lysine du site actif de la coA.
Il y a une liaison covalente entre le coA et la coenzyme pour former l'holoenzyme à lipoamide
Les holoenzymes pour la plupart sont des transacétylase
La lipoamide liée à la coenzyme va servir de support à un acyl par son atome de Souffre qui va
former une liaison thioester. L’acyl est donnée par la thiamine pyrophosphate qui le porte sous forme
d’aldéhyde activé.
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Étape 1 : Grâce a la lipoamide le TPP va perdre son aldéhyde activé qui sera oxydé (perd un H qui est
transféré sur S) et formation d’un acide activé sous forme d’une liaison thioester entre l'autre atome S
de la lipoamide et l'acyl.
Étape 2 : L’acide lipoamide va permettre le transfert de l’acyl sur le CoA via l’énergie libérée pour
former les différents acyl coA. Le CoA sert de transporteur, c'est un co-substrat. On y trouve une liaison
thioester riche en énergie
Donc la rupture est libératrice d’énergie qui sera supérieure à celle de l'hydrolyse de l'ATP. De
nombreux acides sont transportés par le CoA dont l’acétate.
L’énergie libérée va permettre des réactions de condensation comme :
•
celle catalysée par la citrate synthase pour former le citrate dans le cycle de Krebs dans les
mitochondries
•
dans la biosynthèse de cholestérol
Dans d’autres cas, la rupture des liaisons riches en énergie va permettre la régénération des liaison
anhydride phosphorique au sein de nucléotide triphosphate pour rendre possible la formation de
GTP.
III)
La biotine ou vitamine B8
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La biotine joue un rôle important dans le transport et métabolisme d’unités mono-carbonées
complètement carboné comme le CO2. La biotine, précurseur de la biocytine, est formée d’un cycle
imidazoline, un cycle tétrahydrothiophène et un acide valérique.
Son activation consiste à la formation d’une liaison amide avec la chaine latérale d’une lysine. La partie
réactive est le NH du cycle imidazolidine. C'est au niveau de NH que les enzyme à biotine vont fixer des
molécules de CO2
Ce sont des carboxylases qui utilisent la biotine :
•
Pyruvate carboxylase dans la néoglucogenèse
•
Propionyl carboxylase dans le métabolisme des AA à nombre impair de C
•
Acétyl-CoA carboxylase dans la voie de la lipogenèse
On peut mettre en évidence un mécanisme constant en 2 étapes. Au sein de son site actif, le CO2 est
substrat. Sous action de l’hydrolyse de l’ATP, les carboxylases vont faire réagir l’atome d’azote et le
CO2 : l’enzyme est la carboxy-biotinyl-enzyme. L'enzyme est chargé d'un CO2 et reçoit à ce moment là
le substrat qui va subir une réaction de carboxylation (gagne un C). Le CO2 porté par le coenzyme est
activé et la réaction sera favorablement possible.
La structure de la biotine a en son centre la lysine qui porte la biotine. C’est un bras aliphatique flexible
qui va permettre au cycle imidazolidine de osciller entre le site carboxylase où se déroule la première
étape de la réaction sous l'action de l'ATP et où le CO2 est couplé au coA et dans l'étape du transfert du
carboxyle sur le substrat sur lequel le produit sera libéré par l'enzyme.
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IV)
Coenzymes dérivés de vitamines
La vitamine B9 ou folacine
Elle est formée par condensation sur une molécule d’acide para-amino-benzoïde, d’un noyau ptéridine et
d’un acide glutamique. Elle va être activée en deux étapes :
•
Étape 1 : Réduction au dépend du NADH2 sur 4 atome H du noyau ptéridine et donne le tétrahydro-folate (THF)
•
Étape 2 : Conjugaison sur la molécule d’acide glutamique d’un nombre variable d’autres acides
glutamiques (jusque 7 résidus d'acide glutamique). On les appelle les polyglutamates.
Les THF jouent le rôle de co-substrat et interviennent dans de nombreuses réactions qui
concernent le métabolisme des groupements méthyle. Les THF jouent un rôle important en
particulier dans le métabolisme des acide nucléique.
Ils jouent le rôle de transporteur d’unités mono-carbonés de différents niveaux oxydations.
IMPORTANT : le THF ne transporte pas d’unités mono-carbonées complètement oxydés : c’est la
biotine qui assure le transport de ces acides.
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Le chaînon mono-carbonées provient du métabolisme des AA (sérine, glycine, histidine). On va
transférer un groupement mono-carbonées sur le THF pour former ces différents intermédiaires chargés
d'un groupement méthyl sur le THF.
Par le jeu d’oxydoréductions qui mettent en jeu le NADP, les groupements mono-carbonées sont
convertis dans les niveaux d’oxydation pour aboutir à du méthyl.
•
Le THF intervient dans la synthèse des AA comme la cystéine et la méthionine.
•
Les bases puriques sont produites par l'organisme au dépend du THF.
Les THF ont un rôle dans la synthèse de la thymine qui est produite à partir de la base U par
méthylation et oxydation sous l'action de la thymidilate kinase. Le méthylène FH4 est donneur d’un
méthyle (unités mono-carbonées) et de deux H.
Cette réaction est essentielle pour les cellules à renouvellement rapide, dans laquelle la biosynthèse des
bases nucléique est fondamentale pour soutenir le renouvellement rapide.
La disponibilité en FH4 est donc cruciale à un niveau tel que le métabolisme est utilisé comme cible
thérapeutique en particulier dans les chimiothérapies anticancéreuses où il est nécessaire d’interférer
avec leur capacité à interférer avec les tissus et les cellules à former des bases.
On va donc cibler la FH2 réductase qui va assurer le recyclage de FH2 en FH4. Grâce au méthotréxate
mais aussi aux bactrim ou aux pyridine métamine dans les thérapeutique antibactérienne ou
antiparasitaire , on cible le FH pour interférer avec la capacité des cellules à produire cette baseté
nécessaire à la prolifération cellulaire
V)
La pyridoxine ou vitamine B6
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C’est le phosphate de pyridoxal qui joue un rôle dans le métabolisme des AA et dans le fonctionnement
de la glycogène phosphorylase.
On l’obtient à partir de l’alimentation où la B6 est présente sous forme :
•
Pyridoxine
•
pyridoxal
•
Pyridoxamine
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Elle va être transformée sous forme de pyridoxal au cours de la digestion, ainsi elle pourra servir
de précurseur de coA.
La réaction formant du pyridoxal est catalysée par la pyridoxal kinase obtenu par le transfert d'un
groupement phosphate sur ce pyridoxal au dépend de l'ATP sous l'action de cette kinase.
On a un schéma réactionnel commun pour le rôle de phosphate de pyridoxal . Le phosphate de pyridoxal
existe sous deux formes tautomères et c’est sous la forme protoné qu’il va interagir avec le coenzyme.
Il est donc groupement prosthétique du métabolisme des AA : transaminase, décarboxylases,
aldolases.
Le phosphate de pyridoxal engage une liaison de la base de Schiff entre lui et la fonction amine d’une
lysine du site actif de l’enzyme.
Cette base de Schiff est stabilisée par les interaction ionique entre la charge positive porté par l'atome
d'azote de la lysine du site actif de la lysine et par la charge négative du phénolate du phosphate de
pyridoxal.
En absence de substrat, on le retrouve donc sous la forme d’une aldimine interne (liaison de base de
schiff entre le groupement prosthétique du phosphate de pyridoxal et un AA de l'enzyme) : c'est sous
cette forme que se présente le groupement prosthétique.
Lorsque l’AA substrat se place dans le site actif, l’aldimine interne (base de schiff) est rompue et permet
la formation d’une nouvelle base de Schiff avec le NH2 de l’AA substrat : on parle d'une aldimine
externe (le groupement prosthétique du phosphate de pyridoxal n'est plus lié chimiquement à l'enzyme
mais elle reste associée au site actif par de nombreuses liaisons non covalentes).
Elles vont aussi catalyser la rupture de liaisons entre le carbone alpha du substrat et son atome H (c'est ce
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qui se produit dans le site actif des transaminases) une rupture de liaison entre le carbone alpha de l'AA et
sa fonction carboxylique (c'est ce qui se produit dans le site actif des décarboxylases), une rupture de
liaison entre le carbone alpha de l'AA et sa chaine latérale(c'est ce qui se produit dans le site actif des
aldolate).
Dans le site actif des décarboxylases des AA, la coenzyme va produire la rupture de la liaison et sa
fonction COOH ce qui amène à la libération d’un CO2 et la production d’une amine primaire.
Ce type de réaction a lieu :
•
dans la production de neuromédiateurs (histamine, dopamine)
•
dans la production des précurseurs de l’hème (acide δ-amino-lévulinique).
VI)
Les transaminases
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Le coenzyme produit une rupture de la liaison entre le carbone alpha et l’H dans une première
réaction.
Cela a pour conséquence la rupture de la liaison opposée : liaison entre la fonction aminé et l'atome
de carbone alpha de l'AA substrat. On va libérer un acide alpha-cétonique.
L‘AA perd donc sa fonction amine et libérée sous forme d'acide alpha-cétonique et la fonction amine
va rester associée au coenzyme : on parle de phosphate de pyridoxamine.
Puis cette transaminase va subir une 2ème réaction : l'enzyme porte sur son groupement prosthétique une
amine (phosphate de pyridoxamine) et l'enzyme va prendre un second substrat qui est cette fois un
acide alpha-cétonique et l’enzyme catalyse le transfert de cette fonction amine du coenzyme sur
cette acide alpha-cétonique pour former un nouvel AA.
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Le phosphate de pyridoxal est aussi le groupement prosthétique de la sérine aldolase dans laquelle
la sérine qui est associée au phosphate de pyridoxal sous forme d'une aldéhyde externe.
Elle va subir cette troisième type de rupture de liaison entre le C de l'AA de la sérine et la chaine
latéral, ce qui amène au départ de la chaine latérale (forme aldéhyde) qui va être transféré sur le THF et
la formation d’une glycine.
Le phosphate de pyridoxal, à côte de cette grande fonction de le métabolisme des AA, joue le rôle de
groupement prosthétique de la glycogène phosphorylase.
Chez les déficients, on a un défaut du métabolisme et donc une accumulation du glycogène qui résulte du
mauvais fonctionnement de l’enzyme qui est la glycogène phosphorylase.
Le phosphate de pyridoxal est essentiel pour l'utilisation des stock de glycogène pour le fonctionnement
de la glycogène phosphorylase.
C’est au niveau de groupement phosphate qui va être mis en jeu. Le site actif de la glycogène
phosphorylase prend comme substrat un phosphate inorganique et sous l’action d’une catalyse acide/base
et d'un échange de proton entre un phosphate inorganique, phosphate de pyridoxal et l'extrémité
réductrice du glycogène : c'est sur ces trois constituants que se fait la réaction de phosphorolyse du
glycogène dans la voie de glucose-1-phosphate .
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VII)
Coenzymes dérivés de vitamines
Récapitulatif
Il reprend :
•
chaque coenzyme dérivé de vitamine
•
les fonction essentielles qu'ils occupent dans le métabolisme
•
leur mode de fonctionnement en tant que co-substrat ou en tant que groupement prosthétique
•
le type de groupement transporté ou transformé par les enzyme qu'utilise chacun de ces
coenzymes
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