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Coenzymes
Définition - caractères
‰ Coenzymes d’oxydo-réduction
‰ Coenzymes
C
de
d transfert
t
f t
‰
Réactions chimiques cellulaires
‰
5 types de réaction dans une cellule
–
–
–
–
–
oxydo-réduction
oxydo
réduction ..…......................Oxydo-réductases
Oxydo-réductases
Oxydo
réductases
Transférases
transfert d’un groupement …...............Transférases
yy
Ligases
g
formation d'une liaison .…............Lyases
Lyases
rupture d'une liaison impliquant H2O…...Hydrolases
isomérisation .….......................................Isomérases
Isomérases
Toutes les réactions nécessitent un enzyme
T i types de
Trois
d réaction
é
i nécessitent
é
i
toujours
j
un
coenzyme
Deux types de réaction avec coenzyme facultatif
Une réaction ne nécessite jamais de coenzyme
suite
CLASSE
Oxydoréductases*
TYPE DE REACTION
Ared
Transférases*
A C
A—C
Ligases*
+
+
Box
B
EXEMPLES
Aox
A
+
+
Bred
B C
B—C
+
A
B
A—B
Définition
COENZYME : molécule organique
‰ dont les groupements fonctionnels sont
distincts des acides aminés constituant
l’enzyme
‰ qui fait partie de ll’enzyme
enzyme à un moment
donné
‰ qui participe à la réaction chimique
Caractères généraux
au nombre de 8 dont 5 qui les opposent
aux enzymes
ils ne sont pas de nature protéique
‰ ils
il sontt de
d faible
f ibl poids
id moléculaire
lé l i
‰ ils sont thermostables
‰ ils participent de façon stœchiométrique
à la réaction
‰ ils ne sont pas responsables de la
spécificité des enzymes
‰
suite
ilss rretournent
tourn nt toujours à leur
ur état
tat initial
nta
‰ ils
comportent souvent des structures
cycliques
y qu
ou
u hétérocycliques
y qu
conjuguées
njugu
riches en électrons mobiles
‰ certains dérivent de structures q
qui ne sont
pas synthétisées par l'organisme : vitamines
‰
Structure générale
Groupements
impliqués
dans la
liaison
à l'enzyme
Partie
réactive
impliquée
dans la
catalyse
‰
Deux parties dans la molécule
– éléments de liaison à l'enzyme
y
– partie réactive
suite
‰
Liaison "enzyme-coenzyme"
enzyme-coenzyme
deux possibilités
–
–
Interaction non covalente :
coenzymes = cosubstrats
Liaison covalente :
coenzymes = groupements prosthétiques
Apoenzyme + Coenzyme = Enzyme
Conséquences
Cosubstrats
Association
Enz-CoE
Association/
dissociation
Fonctiont
Group
pts
prosthétiques
hé i
Interaction
I
t
ti
non covalente
Liaison
Li
i
covalente
Oui
Non
Ré ti
Réactions
couplées
lé
. réaction principale
g
du CoE
. régénération
Ré ti unique
Réaction
i
modification de structure
puis retour à l'état initial
p
substrat
A-Y + B
‰
Cosubstrats
1ère réaction
E
A-Y + CoE
A + CoE-Y
è
2ème
réaction
é
régénération
é é é
E’
CoE Y + B
CoE-Y
B Y + CoE
B-Y
2 enzymes distincts
CoE-Y ne reste p
pas lié à
l’enzyme
les 2 réactions ne sont pas
forcément
forc
m nt ssimultanées
mu tan s
suite
produit
A + B-Y
‰
Group
G
pts prosthétiques
p sthéti
s
E
A Y + CoE
A-Y
CoE-Y + B
CoE
A + CoE-Y
CoE Y
B-Y + CoE
Au sein de l’enzyme
2 rréactions
act n simultanées
mu tan
→
réaction globale
CoE-Y reste fixé à l’enzyme
Coenzyme = support du transfert = transporteur
Classification
Fonctionnelle
F
ll d'après
d'
è lla nature des
d
composés transférés :
‰ Transfert d'électrons
Coenzymes d
d'oxydo-réduction
oxydo réduction
¾ hydrogène et e-
Transfert
T
f td
de groupements
t f
fonctionnels
ti
l
carbonés ou non
‰
Coenzymes de transfert
¾ phosphate-nucléotides
¾ éléments carbonés
¾ éléments aminés
¾ autres
E
S
P
È
C
E
S
T
R
A
N
S
P
O
R
T
É
E
S
Vitamine
‰
Vitamine
constituant nutritionnel indispensable
p
molécule organique nécessaire en petites quantités
aux mammifères supérieurs
ne sont pas des réserves d’énergie
ne sont pas stockées
ne sont pas toujours des amines
sont parfois des précurseurs de CoE
‰
Notions de
–
carence
Statut vitaminique
ALIMENTATION
Alimentation
mal équilibrée,
équilibrée
malnutrition,
malabsorption,
antibiotiques
Alimentation
saine
Complément
en vitamine
it i
HYPOVITAMINOSE
HYPOVITAMINOSE
MALADIE DE CARENCE
COUVERTURE DU BESOIN
EN VITAMINES
CORRECTION DES
TROUBLES
surdosage
HYPERVITAMINOSE
autres vitamines
ELIMINATION
URINAIRE
vitamines A et “D”
INTOXICATION
Maladies par carence vitaminique
Vitamine
Cobalamine (B12)
Thiamine (B1)
Nicotinamide
Coenzyme
Cobamide B12
TPP
CoE nicotiniques
Acide folique
q
THFA
Ac. ascorbique
Pantothénate
Coenz A
Pyridoxine (B6)
PLP
Riboflavine
CoE flaviniques
Biotine
Maladie
anémie pern.
pern
béri-béri
pellagre
anémie mégal.
g
scorbut
Classification
VITAMINES HYDROSOLUBLES
Vitamines du groupe B
B1 : thiamine
B2 : complexe riboflavine,
riboflavine folate,
folate nicotinate,
nicotinate pantothénate
B6 : pyridoxal
B12 : cobalamine
Vitamine A
V
Vitamine
C
rétinol
acide ascorbique
Vitamine E
Vitamine H
t
tocophérol
hé l
biotine
Vitamine K
phylloquinone
VITAMINES LIPOSOLUBLES
Coenzymes d'oxydo
d'oxydod oxydo-réduction
NATURE CHIMIQUE
Q
4 familles de composés
structure nucléotidique
‰ structure
t
t
li
lipidique
idi
‰ structure glucidique
‰ structure polypeptidique
‰
suite
6 COMPOSES PRINCIPAUX
coenzymes nicotiniques
‰ coenzymes flaviniques
‰ coenzymes
y
quinoniques
q
q
‰ acide L ascorbique
‰ acide lipoïque
‰ glutathion
‰
suite
5 MECANISMES REAC
REACTIONNELS
IONNELS
fixation d'un hydrogène sur le noyau pyridine
‰ système diènique-monoènique
‰ syst
système
m quinone-hydroquinone
qu non hy roqu non
‰ système dioxo-ène diol
‰ système pont disulfure-thiol
disulfure thiol
‰
NAD
CoE nicotiniques
q
NADP
‰
St
Structures
t
- Dinucléotide = 2 fois
base — sucre — P
BASE
» adénine
-
Groupts
phosphoryle
- Différence entre NAD
NADP
N
N
P
NAD NADP
NH2
O
- Sucre : β D ribose
O
OSE
- Bases
B s s:
» nicotinamide
N+
O
P
CONH2
BASE
N
O
N
O
OSE
O
P
NAD - NADP
‰
Liaisons
- 2 N osidique
N 1 de
d l'hé
l'hétérocycle
é
l pyridine
idi
N 9 de l'hétérocycle purine
liaison anhydride
liaisons ester
liaisons N osidique
N+
P
O
OSE
- 2 ester
-11 anhydride
phosphorique
BASE
O
BASE
P
N
O
OSE
NAD - NADP
Phosphate
Glycéraldéhyde 3P
NADH
d’après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc.
NAD - NADP
‰
Vitamine précurseur
vit PP ou nicotinamide
‰
H
Site réactif
H
CONH2
CONH2
C4 du cycle pyridine
‰
‰
Fonctionnement
fixation d'un hydrogène
et transfert d’un autre
sous forme H+
N+
NAD+
N
NADH + H+
Fonctionne comme un cosubstrat
NAD+ + 2 H+ + 2 e-
+ H+
NADH + H+
‰
Absorbance
NAD - NADP
Point intéressant : spectres
d’absorption ≠ des formes
oxydées
dé et réduites
éd
‰
Rôles : réactions d'oxydo-réduction
–
–
–
NADH
NAD
Longueur d’onde
NAD+ coenzyme associé aux oxydations,
participant donc aux voies cataboliques
[NADPH + H+] coenzyme associé aux réductions,
participant donc aux voies anaboliques
potentiel
i l E'° le
l plus
l faible
f ibl d
de tous lles couples
l
redox biologiques
CoE flaviniques FMN - FAD
‰
Structures
– Mono ou dinucléotide
- Bases :
» adénine
» diméthylisoalloxazine
- Sucre :
ribitol (polyol analogue du ribose)
β D ribose
-
Groupt(s)
phosphoryle
- Différence entre FAD
FMN
O
N
NH
BASE
CH2
POLYOL
OCH2
O
P
F
M
N
(CHOH)3
NH2
P
O
O
N
N
N
N
BASE
ON
O
OSE
N
F
A
D
FMN - FAD
‰
Liaisons
BASE
- 1 N osidique
N 9 de l'hétérocycle
l hétérocycle purine
N
POLYOL
- 2 ester
O
- 1 anhydride
phosphorique
p
p
q
P
liaison anhydride
liaisons ester
liaisons N osidique
O
BASE
P
N
O
OSE
FMN - FAD
‰
Vitamine précurseur
O
N
vit B2 ou riboflavine
‰
Site réactif
système diènique N1/N10
(isoalloxazine)
‰
N
N
H
N
O
O
NH
Fonctionnement
fixation de 2 hydrogènes
‰
FAD ou
FMN
NH
Lié ou non à enzyme
FADH2 ou
FMNH2
FAD + 2 H+ + 2 e-
FADH2
N
N
H
O
FMN - FAD
‰
Point intéressant :
spectres
p
d’absorption
p
≠ formes oxydées
y
colorées
et formes réduites incolores
‰
Rôles : réactions d'oxydo-réduction
y
chaîne respiratoire
Autres coenzymes d'oxydo
d'oxydod oxydooxydo-réduction
‰
‰
‰
‰
Quinoniques
Acide ascorbique
Acide lipoique
Glutathion
suite
‰
Coenzymes quinoniques
‰
Ubiquinone
Tocoquinone
Phylloquinone
- Acide L ascorbique
Dérivé d’ose
d ose
Lactone
Cycle avec motif ène-diol
Chaîne polyisoprènique
Cycle avec motif quinone
O
CH2OH
OH
HO
Cosubstrats
O
CH2OH
+ 2 H+ + 2e-
O
+ 2 H+ + 2e-
O
‰
Coenzyme à fonct
fonct° ène-diol
O
O
O
HO
O
OH
Cosubstrats
osu strats
Coenzymes à pont disulfure
Glutathion
Peptide à Cys → S-S intermoléc.
Acide lipoïque (thiooctique)
→ S-S intramoléculaire
Elément réactif des CoE d’oxydod’oxydoréduction
éd i
‰
‰
‰
‰
‰
‰
Coenzymes
Sites réactifs
Nicotiniques............... Æ
Flaviniques................. Æ
Quinoniques...............
q
Æ
Acide L ascorbique........ Æ
Acide lipoïque..............
p q
Æ
Glutathion................. Æ
C4 nicotinamide
diène ↔ monoène N1-N10
quinone ↔ hydroquinone
q
y
q
di oxo ↔ ène-diol
disulfure ↔ thiol x 2
disulfure ↔ thiol x 2
Coenzymes de transfert
‰ Elément
transféré
estt un groupe d’atomes,
d’ t
voire
i un groupt
fonctionnel
– n
n’est
est pas de ll’hydrogène
hydrogène, de l’oxygène
l oxygène ou de l’eau
l eau
–
‰3
–
–
–
–
grands groupes
transfert
f
d
de phosphate
h
h
ou de
d nucléotides
lé id
transfert d’éléments carbonés
transfert d’éléments
éé
aminés
é
autres
suite
9 COMPOSÉS
nucléotides
‰ pyridoxal phosphate
‰ coenzyme A
‰ thiamine
thi i pyrophosphate
h
h t
‰ biotine
‰ ac. foliques
‰ cobamide B12
‰ S adénosyl méthionine
‰ phosphoadénosine phosphosulfate (PAPS)
‰
suite
7 TYPES DE TRANSFERT
transfert de phosphate —PO
PO3H2
‰ transfert de nucléotides
‰ transfert d'élément
d élément monocarboné
—CH3, —CH2OH, —CHO, CO2
‰ transfert d'acyl
—CO—R
‰ transfert d'aldéhyde
y et de cétol
‰ transfert d'amine et de cétone
‰ transfert de sulfate
—SO
SO3H
‰
Coenzymes nucléotidiques
‰
St
Structure
t
base — sucre — P
NH2
O
O
NH2
- Bases :
puriques
p
q
N
N
HN
BASE
H2N
adénine, guanine
HN
N
BASE
NO
N
N
N
pyrimidiques
cytosine,
t i
uracile,
il th
thymine
i
- Sucre : β D ribose
- 1,
1 2 ou 3 groupes
phosphoryle
- Noms : ATP, GTP, CTP
P
γ
O
P
β
O
P
O
α
O
OSE
OSE
XMP
XDP
XTP
suite
‰
Liaisons
- liaisons
li i
N osidique
idi
N9 de l'hétérocycle purine
N1 de ll’hétérocycle
hétérocycle pyrimidique
BASE
N
γ
- 1 liaison
li i
ester
t
- 1 ou 2 liaisons
anhydride phosphorique
‰
Ionisation
BASE
P
β
O
P
N
α
O
P
O
liaisons N osidique
liaisons ester
liaison anhydride
OSE
suite
‰
Vitamine précurseur
‰
Site réactif
aucune
lla liaison
li is
i t
intervenant
t dans
d s
la catalyse est différente
selon les réactions
BASE
BASE
N
γ
P
β
O
P
N
α
O
P
O
OSE
fourniture d’énergie
g
activation de molécules
transfert de phosphate
t
transfert
f t de
d nucléotide
lé tid
suite
‰
Fonctionnement
Interaction
- liaison avec Mg
P O P
Mg
2+
ATP
/
Mg
N
O
- hydrolyse des liaisons
N
anhydride
h d id → variation
i ti
P
N
BASE
importante de l'enthalpie
O
N
N
libre
- Les raisons
1)) répulsion
p
des charges
g dans
O
O
O
l'ATP
—P—O—P—O—P—O
2) variation importante des
O
O
O
é
énergies
i d
de résonance
é
3) remaniements électroniques
importants qui modifient les interactions électrostatiques
(polarité, Mg, H2O)
suite
‰ Rôles
– transfert d'énergie : principe du couplage réactionnel
•
•
•
–
–
Couplage chimio-chimique : coE des ligases
Couplage chimio-mécanique : actine-myosine, dynéine…
Couplage chimio-osmotique : Na/K ATPase
réactions de phosphorylation : coE des kinases
réactions d’activation et transfert des biomolécules
•
•
•
des oses : UDP-oses et/ou GDP-oses
des acides aminés : aminoacyl-AMP
des lipides : acyl-AMP, CDP-choline
X
TP
X
DP
X
MP
Coenzyme A
Structure
‰
– p
partie nucléotidique
q
base : adénine
sucre : β D ribose
groupes phosphoryle
- chaîne composée de 3
éléments
ac. pantoïque acide alcool
ac
dérivé de l'acide butyrique
™ β alanine acide ω aminé
™
™
NH2
N
N
BASE
N
N
N
A
C
I
D
E
P
A
N
T
O
I
Q
U
E
O
P
O
P
O
O
OSE
OSE
O
P
β ALANINE
cystéamine amino thiol : fonction thiol —SH terminale
CYSTEAMINE
SH
suite
‰
Liaisons
liaisons N osidique
liaisons ester
liaison anhydride
liaison amide
- 1 liaison
li i
N osidique
idi
N 9 de l’adénine
- 3 liaisons ester
- 1 liaison anhydride
y
phosphorique
- 2 liaisons amide
Vitamine précurseur
acide pantothènique
‰
A
C
I
D
E
P
A
N
T
O
I
Q
U
E
CO
O
P
O
P
BASE
N
O
OSE
O
β ALANINE
NH
CO
P
CYSTEAMINE
NH
SH
Site réactif
fonction thiol
‰
Fonctionnement
formation de liaisons
thioester
‰
Rôle
- transfert des
groupements acyl
— CO — R
- acétyl - CoA
Acyl — AMP
A
A
MP
SH
CoASH
C—R
O
pan
nthétéine
‰
panthétéine
suite
A
Liaison
thioester
S — C—R
Acyl — CoA
O
Pyridoxal phosphate
‰
Structure
un noyau pyridine
idi substitué
b tit é
en 2 : CH3
CH2NH2 ou
en 3 : OH
en 4 : groupement "fonctionnel"
—CHO, —CH2OH, —CH2NH2
HO
en 5 : CH2OH phosphorylé ou non
‰
Liaisons
- liaison ester
- liaison à l'enzyme
covalente
l
(Lys)
(L )
» ioniques
»
CH2OH ou
CHO
CH2O—R
BASE
H3C
N+
H
P
R = ou
H
suite
‰
Acide aminé
Vitamine précurseur
vit B6
‰
Site réactif
NH2
CHO
fonction aldéhyde
— CHO
‰
F
Fonctionnement
ti
t
formation de liaison imine
CH
N
Liaison
imine
Acide aminé
suite
‰
Rôl
Rôle
coenzyme à tout faire des acides aminés
– transaminases
– isomérases
– décarboxylases
COOH
R—CH
NH2
acide
aminé
COOH
+ R’—C
O
acide
α cétonique
COOH
R—C
O
acide
α cétonique
COOH
+ R’—CH
NH2
acide
aminé
Transfert des composés
carbonés
‰
Transfert grpts acyl
– coenzyme A
– acide lipoïque
‰
Transfert d’un seul carbone
– CH3 et CH2OH
– CO2
‰
cobamide
S adénosyl méthionine
acide folique
phylloquinone
bi ti
biotine
Transfert de groupts aldéhyde ou cétol
– thiamine
hi i pyrophosphate
h
h
Elément réactif des CoE de
transfert
Coenzymes
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
Sites réactifs
N lé d
Nucléotidiques
XTP
P …………Æ Liaison
L
anhydride
h d d phosph
h
h
Liaison ester phosph
Coenzyme A ……………………… Æ Fonction thiol terminale
Thiamine PP ……………………… Æ C2 noyau thiazole
Biotine ………………………………. Æ Azote du motif uréido
Acides Foliques ……………….. Æ Azote N5 et/ou N10
S adénosylMet ………………… Æ Ion sulfonium S+
Coenzyme B12 …………………..Æ Co2+ -5 désoxyadénosine
Quelques exemples
CH2-CH2-NH2
HO
N-acétyl
transférase
N
H acétylCoA
ét lC A
Sérotonine
CH2-CH2-NH-CO-CH3
HO
Méthyl
transférase
N
H S adénosylMet
C ASH
CoASH
CH2-CH2-NH-CO-CH3
CH3O
N
H
Mélatonine
O
O
PAPS
HO3S O
S-DHEA
HO
DHEA
NADH + H+
NAD+
HO
Androstènediol
OH
Quelques exemples
Guanidinoacétate
H2N
COOH S-adénosyl
Met
CH2
NH
HN
Créatine
Phosphocréatine
COOH
H2N
Méthyl
transférase
ATP
CH2
N
HN
Phospho
transférase
CH3
Méthylmalonyl CoA
H
H3C C CO
ADP
+ Pi
COO-
COOH
CH2
N
HN
CH3
Succinyl CoA
Cobamide
SC A
S-CoA
H
P N
Méthyl
mutase
SC A
S-CoA
H2
CO C C
H2
COO-
Acide carbonique
H2O + CO2
H2CO3
Anhydrase
carbonique
Quelques exemples
Tyrosine
Dopa
H3N + COOHC
CH2
NAD+
NADH + H+
O2
Noradrénaline
+
+ NH
NH3
3
HC
CH2
CH2
Décarboxylase
y
Oxydase
CH2
CH2
Asc
HC OH
Oxydase
CO2
OH
OH
OH
OH
S adénosyl Met
CH3
Méthyl
transférasse
OH
Déhydroasc
O2
PLP
OH
OH
Dopamine
H3N+ COO -
+ NH
2
CH2
HO CH
OH
OH
Adrénaline