Bioénergétique: Enzymes et Coenzymes - Notes de Cours - PDF

Bioénergétique Enzymes Coenzymes Livres de référence : 1 Biochimie et biologie moléculaire de Christian...

Bioénergétique Enzymes Coenzymes Livres de référence : 1 Biochimie et biologie moléculaire de Christian Moussard Pr. Jean-Paul Feugeas Biochimie de Lubert Stryer  Bioénergétique 1 - Rappels de thermodynamique, écriture d’une réaction 2 - Variation d’énergie libre standard DG0’ 3 - Variation d’énergie libre DG 4 - Conséquences pratiques 5 - Energie libre d’activation 6 - Variation d’énergie libre et potentiel redox 2  Bioénergétique 1 – Rappels de thermodynamique - 1er principe, « conservation » de l’énergie …variation d’énergie = quantité d'énergie échangée.. - 2ème principe, tendance à l’augmentation du « désordre » Tendance à l’augmentation de l’entropie -> cause d’irréversibilité L’entropie d’un système isolé ne peut pas diminuer. Elle augmente si transformation irréversible, ou reste constante si réversible - Enthalpie / Energie libre d’un système G ~ Energie d’une molécule qui peut être libérée lors de sa transformation La variation d’énergie libre est négative en cas de réaction « spontanée » 3 - Ecriture d’une réaction biochimique 𝑉1 = 𝑘1 𝐴 𝐵 substrats V1 produits A+B C+D produits V2 substrats 𝑉2 = 𝑘2 𝐶 𝐷 A l’équilibre V1=V2 et 𝑘# 𝐶 𝑒𝑞 𝐷 𝑒𝑞 𝐾!" = = 𝑘$ 𝐴 𝑒𝑞 𝐵 𝑒𝑞 𝐾!" = constante caractéristique d’une réaction donnée 4  2 - La variation d’énergie libre standard DG0’ k1 A+B C+D k2 Dans les conditions standard (P=1 atm, [A]i=[B] i=[C] i=[D] i=1 M, 25°C) et à pH 7 R, constante des gaz parfaits = 8,314 J.mol–1.K–1 ∆𝑮𝟎" = −𝑹𝑻𝒍𝒏𝑲𝒆𝒒 T, température (298°K) 𝑘# 𝐶 𝑒𝑞 𝐷 𝑒𝑞 𝐾!" = = 𝑘$ 𝐴 𝑒𝑞 𝐵 𝑒𝑞 ∆𝑮𝟎& = constante caractéristique d’une réaction donnée - Si ∆𝑮𝟎& < 0 (k1>k2) -> réaction exergonique dans les conditions standard - Si ∆𝑮𝟎& > 0 (k1 réaction endergonique dans les conditions standard 5  k1 A+B C+D k2 𝑘# 𝐶 𝑒𝑞 𝐷 𝑒𝑞 𝐾!" = = 𝑘$ 𝐴 𝑒𝑞 𝐵 𝑒𝑞 𝑲𝒆𝒒 0 -> endergonique ∆𝑮𝟎& 𝐶 𝑒𝑞 𝐷 𝑒𝑞 < 𝐴 𝑒𝑞 𝐵 ! 𝑒𝑞 (à l équilibre) 𝒅𝒓𝒐𝒊𝒕𝒆 𝒅& é𝒒𝒖𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 ∆𝑮𝟎& = −𝑹𝑻𝒍𝒏𝑲𝒆𝒒 𝐾!" 1 𝑲𝒆𝒒 > 1 𝐞𝐭 ∆𝑮𝟎& < 0 -> exergonique 𝐶 𝑒𝑞 𝐷 𝑒𝑞 > 𝐴 𝑒𝑞 𝐵 ! 𝑒𝑞 (à l équilibre) 6  3 - La variation d’énergie libre DG Dans les conditions non « standard » 𝑪 𝑫 ∆𝑮 = ∆𝑮𝟎" + 𝑹𝑻𝒍𝒏 𝑨 𝑩 → ∆𝑮 varie suivant ∆𝑮𝟎& et en fonction des concentrations relatives des réactants - Si ∆𝑮 < 0 -> réaction exergonique - Si ∆𝑮 > 0 -> réaction endergonique 7  4 – Conséquences, applications 1) On peut classer les réactions selon leur ∆𝑮𝟎/ Le « thermomètre bioénergétique » de quelques réactions exergoniques ∆𝑮𝟎& (kJ.mol-1) Exemples de réaction -61,9 Phosphoénolpyruvate -> Pyruvate +Pi composés riches -49,3 1,3-Bisphophoglycérate -> 3-Phosphoglycérate + Pi -32,2 ATP -> AMP + PPi en énergie -31,4 Acétyl-CoA -> Acétate + CoA -30,5 ATP -> ADP + Pi L’ATP, en position plutôt intermédiaire, « monnaie d’échange » énergétique -25 -20,9 Glucose-1-phosphate -> Glucose + Pi composés relativement -15,9 Fructose-6-phosphate -> Fructose + Pi pauvres en énergie -13,8 Glucose-6-Phosphate -> Glucose + Pi -9,2 Glycérol-3-phosphate -> Glycérol + Pi 0 Pi = phosphate inorganique = PO43- PPi = pyrophosphate = diphosphate= (P2O7)4- 8  Ex. de réaction exergonique : ATP -> ADP + Pi L’adénosine triphosphate, ATP, est la molécule universelle de l’énergie utilisable dans les systèmes biologiques ATP3- ADP2- ADP3- ionisation Hydrolyse 3 résonnance Od- d- O P Od- H+ O d- Pi 9  2) ∆𝑮 peut être plus négatif que ∆𝑮𝟎/ /ex : Hydrolyse de l’ATP ATP -> ADP + Pi Dans les cellules [ADP][Pi]/[ATP] ~ 1/500 '& 1 1 ∆𝐺 = ∆𝐺 + 𝑅𝑇𝑙𝑛 = −30,5 + 8,3 x 298 x ln ~ – 50 𝑘𝐽. 𝑚𝑜𝑙(# 500 500 -> réaction d’hydrolyse de l’ATP plus exergonique dans la cellule que dans les conditions standard. 3) ∆𝑮 peut être négatif alors que ∆𝑮𝟎/ est positif /ex : Lactate + NAD+ ➝ Pyruvate + NADH,H+ ∆𝐺 '& = 27 𝑘𝐽. 𝑚𝑜𝑙(# Dans les globules rouges : Glycolyse -> [pyruvate] -> [lactate] Mais dans le foie: [lactate] -> [pyruvate] -> néoglycogénèse Bien que le ∆𝐺 '& soit positif 10  4) La réversibilité d’une réaction augmente si ∆𝑮𝟎/ 𝐬 / 𝐚𝐩proche de zéro 𝑪 𝑫 ∆𝑮 = ∆𝑮𝟎" + 𝑹𝑻𝒍𝒏 𝑨 𝑩 Plus ∆𝑮𝟎& est proche de zéro, plus les rapports de concentration sont déterminants pour le signe de ∆𝑮. -> Le sens des réactions est conditionnée par le flux des métabolites 5) Une réaction endergonique est possible si elle est couplée à une réaction exergonique hexokinase Exemple : Glucose + Pi Glucose-6-phosphate ∆𝑮𝟎& = 𝟏𝟑, 𝟖 ATP ADP + Pi ∆𝑮𝟎& = −𝟑𝟎, 𝟓 ∆𝑮𝟎& = − 𝟏𝟔, 𝟕 11 Autre exemple de couplage : Production d’ATP par phosphorylation dite liée au substrat lors de la glycolyse 1,3-bisphosphoglycérate (1,3 BPG) Phosphoglycérate kinase ADP ATP 3-phosphoglycérate (3PG) = couplage de 2 réactions : Réaction exergonique : 1,3 BPG -> 3PG + Pi Réaction endergonique : ADP + Pi -> ATP 12  5 – Energie libre d’activation DG# Etat initial Etat final DG# DGD A+B A-B C+D Etat de transition DG = DG# + DGD Beaucoup de réactions fortement exergoniques sont lentes -> l’état initial est séparé de l’état final par un état de transition d’énergie libre élevée DG# = différence d’énergie libre entre l’état initial et l’état de transition ~ l’énergie qu’il faut apporter pour activer la réaction. 13  Energie Etat de transition libre A-B A+B DG# « barrière » d’énergie DG C + D Intérêt biologique : La barrière de l’énergie libre d’activation évite la décomposition rapide des molécules complexes, riches en énergie libre (protéines, acides nucléiques…) 14  6 – Variation d’énergie libre et potentiel redox Les réactions d’oxydo-réduction : Oxydation = perte d’électron(s) / Réduction = gain d’électron(s) Oxydant ou forme oxydée (ox) = peut recevoir 1 ou plusieurs électron(s) Réducteur ou forme réduite (red) = peut céder 1 ou plusieurs électron(s) Couples d’oxydo-réduction red1 ox1+ + e- Couple redox 1 e- + ox2+ red2 Couple redox 2 red1 + ox2+ ox1+ + red2 Les électrons sont transférés (seuls ou avec H), du réducteur le plus fort, qui sera oxydé, à l’oxydant le plus fort qui sera réduit. 15  Le potentiel redox E0’ E0 : Evalue en volts le pouvoir réducteur (ou oxydant) d’un couple rédox par comparaison avec un couple de référence 2H+/H2 dans des conditions standardisées ox + H2 2H+ + red -> mesure du courant électrique créé entre 2 électrodes mettant en jeu le couple 2H+/H2 et le couple rédox à étudier E0’ = idem pour des concentrations égales de formes réduites et oxydées en tenant compte de leur stœchiométrie et à pH 7 (et non pas 0 !) (-> la valeur pour le couple 2H+/H2 passe de 0 à -0,42) Si E°’ positif et élevé -> oxydant fort Si E°’ négatif et bas -> réducteur fort 16  Le “ thermomètre redox ”, exemples Réducteur 𝑬𝟎& Exemples de couples redox -0,67 Succinate/a-cétoglutarate -0,42 2H+/H2 -0,32 NAD(P)+/NAD(P)H,H+ -0,19 Pyruvate/Lactate -0,10 FAD/FADH2 , FMN/FMNH2 0 0,03 Fumarate/Succinate 0,04 Coenzyme Q/ Coenzyme QH2 0,25 Cyt c (Fe3+)/Cyt c(Fe2+) 0,82 O2/H2O Oxydant 17  Différences de potentiel redox E°’1 red1 + ox2+ red2 + ox1+ E°’2 Le sens privilégié de la réaction peut être prédit par la différence de potentiel rédox : DE°’ = E°’2 - E°’1. La réaction se fait dans le sens de l’oxydation du couple ayant le E°’ le plus faible = dans le sens de la réduction du couple avec le E°’ le plus fort. - 0,32 Par exemple : NADH,H+ + ½ O2 H2O + NAD+ DE°’ = 0,82 – (- 0,32) = + 1,14 v 0,82 Il y a proportionnalité (négative) entre la différence des potentiels rédox et la variation d’énergie (enthalpie) libre qui permet aussi de prédire le sens privilégié d’une réaction DG°’ = - n x F x DE°’ = - 2 x 96500 x 1,14 = - 220 kj = - 220/4,18 kcal = - 52,6 kcal Nombre d’électrons Constante de Faraday (charge globale d’1 mole de 18 charges élémentaires)  Les enzymes 1 - Définition et propriétés 2 - Cinétique enzymatique - La vitesse initiale de réaction - Influence de la concentration du substrat sur la vitesse initiale - Le modèle de Michaelis-Menten 3 - Le site actif des enzymes 4 - Facteurs influençant la réaction enzymatique - Les facteurs physicochimiques - Les effecteurs 5 - Les enzymes allostériques 6 - Classification des enzymes 7 - Régulation du métabolisme par les enzymes 19  1 - Définition et propriétés catalyseurs biologiques des réactions biochimiques - Augmentent la vitesses de réaction en diminuant l’énergie d’activation - Ne modifient pas l’équilibre final - Intacts à la fin de la réaction ~ Protéines Spécificité de substrat Spécificité d’action Régulables Par exemple Saccharose + H2O ➝ Glucose + Fructose 20  2 – Cinétique enzymatique - La vitesse initiale de réaction (Vi) E une enzyme qui catalyse la réaction S->P courbe [P] = f(t) V la vitesse de réaction [P] 𝐝𝐒 𝐝𝐏 V nulle 𝐕=− = 𝐝𝐭 𝐝𝐭 V décroissante Vi ~ constante temps Condition initiale Vi proportionnelle à [S] pour une quantité de E donnée 21  - Influence de la concentration du substrat sur la vitesse initiale -> notion de vitesse maximale, Vmax Courbe Vi = f([S]) Mesure des Vi pour différentes Hyperbole équilatère qui tend concentrations de S asymptotiquement vers Vmax [P] Vi 6 Vmax 5 6 saturation 5 4 4 3 3 2 [E] constante 2 1 1 [S] temps 22  - Le modèle de Michaelis-Menten Un complexe ES est un intermédiaire de la réaction v1 = k1 x [E] x [S] v3 = k3 x [ES] v2 = k2 x [ES] On observe que S disparaît aussi vite que P apparait v1 - v2 = v3 Donc les vitesses d’apparition et de disparition de ES sont égales et [ES] constante (état stationnaire) v1 = v2 + v3 23  v1 = v2 + v3 (état stationnaire) k1 x [E] x [S] = k2 x [ES] + k3 x [ES] k1 x [E] x [S] = (k2 + k3) x [ES] [E] x [S] k2 + k3 = = KM [ES] k1 Constante de Michaelis Menten 24  Equation de Michaelis Menten de la courbe vi = f([S]) Vi = k3 [ES] [E] [S] KM = [ES] [ET] = [E] + [ES] [E] = [ET] - [ES] ([ET] - [ES])[S] [ET] [S] KM = = - [S] [ES] [ES] [ET] [S] [ET] [S] KM + [S] = [ES] = [ES] KM + [S] Vmax k3 [ET] [S] Vmax [S] Vi = Vi = KM + [S] KM + [S] 25  KM = concentration de S correspondant à Vi = Vmax/2 (demi-saturation) En effet, si Vi = Vmax/2 -> KM varie en sens inverse de l’affinité de E pour S Vmax [S] Vi = KM + [S] [S] > KM vi proportionnelle à [S] vi = Vmax proportionnelle à [E] 26 Application au dosage de S Application au dosage de [E]  3 – Le site actif des enzymes = région où le substrat s’associe à l’enzyme (liaisons faibles) Poche hydrophobe dans la protéine mais avec quelques aa polaires (liaisons hydrogènes) Modèle « clef – serrure » -> spécificité des enzymes pour leur substrat 27  Les groupes catalytiques sont dans le site actif = chaînes latérales de quelques aa Mécanismes d’action = baisse de l’énergie de l’état de transition en s’associant transitoirement avec S - augmente la concentration locale de S - oriente les molécules de façon propice à la réaction État de transition = énergie libre maximale 28 Exemple : catalyse de la transformation d'un groupement amide (liaison peptidique) en groupement carboxylique par une enzyme. His 29  4 - Facteurs influençant la réaction enzymatique - Les facteurs physicochimiques Température = « énergie » qui apporte une contribution cinétique mais qui peut aussi dénaturer l’enzyme dénaturation thermique contribution cinétique V température 30 optimale  Exemple: température optimale pour l’ADN polymerase Chez l’homme : ~37°C Chez Thermophilus aquaticus (bactérie thermophile) : ~ 72°C ! 31  pH Détermine la charge des chaînes latérales 32 Exemple de l’importance du pH Estomac Intestin 33  - Les effecteurs: inhibiteurs et activateurs Inhibiteurs : Inhibiteurs compétitifs (IC) Analogues structuraux du substrat - augmentent la KM, mais ne modifient pas la Vmax 34 - déplacés du complexe ES par un excès de S  Exemple d’inhibiteur compétitif utilisé en thérapie: inhibiteur de l’alcool déshydrogénase Intoxication à l’éthylène glycol (antigel, lave vitre..) -> Insuffisance rénale , décès Ethylène glycol (CH2OH-CH2OH) Affinité x 1000 Alcool déshydrogénase - 5-OH-4-methylpyrazole Glycoaldéhyde (CH2OH-CHO) Cristaux d’oxalate NB: l’ethanol a été utilisé aussi (rein, cerveau, cœur) Intoxication par le méthanol Méthanol -> formol ->-> cécité même antidote 35  Inhibiteurs non compétitifs (INC) se fixent de façon non covalente en un site différent du site actif Ne modifient pas la KM, mais diminuent la Vmax Vmax sans INC Vmax avec INC Inhibiteurs mixtes : INC et C -> modifient KM et Vmax 36 Activateurs -> agissent sur la conformation (NB: pas d’activateurs dans la cinétique michaelienne) - Activation par des ions métalliques /ex: les kinases sont activées par le Mg2+. - Activation par protéolyse limitée proenzyme -> enzyme (ex:. les enzymes digestifs) - Activation par modification covalente Phosphorylation / déphosphorylation 37  5 - Les enzymes allostériques « autre » « forme » -> enzymes multimériques régulées par leur conformation « du ligand sur lui même» Exemple typique: effet homotrope positif du substrat -> Courbe sigmoïdale Vmax Vmax/2 K0,5 La vitesse s’accélère car les première fixations du substrat favorisent les suivantes = effet coopératif positif 38 Effet homotrope positif du substrat Transition allostérique Conformation T Conformation R S Tendue Relachée Faible affinité pour S Forte affinité pour S 39 Historique Ajustement induit D. Koshland, 1958 40  Deux modèles d’activation homotrope Le modèle concerté (MWC) Le modèle séquentiel symétrique D. Koshland (1966) S S J Monod J Wyman JP Changeux (1965) -> coopérativité mieux expliquée 41 Effecteurs hétérotropes: positifs (activateurs) «effet d’un ligand sur un ou négatifs (inhibiteurs) autre ligand » Activateur: déplace T ↔ R vers R -> déplace courbe vers la gauche + Activateur Inhibiteur: déplace T ↔ R vers T + Inhibiteur -> déplace courbe vers la droite K0,5 42  Inhibition compétitive allostérique également possible N-(Phosphonacetyl)-L-aspartate The T-to-R state transition in ATCase. Aspartate transcarbamoylase exists in two conformations: a compact, relatively inactive form called the tense (T) state and an expanded form called the relaxed (R) state PALA binding stabilizes the R state but is a compétitive inhibitor 43 Modèle MWC avec Activateur et Inhibiteur 44  Importance biologique des enzymes allostériques Enzymes des étapes clefs du métabolisme, Réactions souvent « irréversibles », régulées par des effecteurs en « amont » ou « en aval » Exemple la PFK, enzyme tétramérique (cf. glycolyse): ATP Fru-6-P ATP - PFK insuline/glucagon + + ADP ADP Fru-1,6-biP Fru-2,6-biP 45 46 47  6 – Classification des enzymes Glu-6-P /ex G6PDH, Glucose-6-phosphate déshydrogénase EC 1.1.1.49 6-phosphoglucono-d-lactone 1er chiffre : appartenance à l’une des 6 classes (seulement 6 classes !) 1. oxydoréductases -> transfert d’électrons ; 2. transférases -> transfert d’atome ou de groupement d’atomes ; 3. hydrolases -> coupure de liaison par l’eau ; 4. lyases (synthases) -> coupure de liaison d’une autre façon ; 5. isomérases -> isomérisation ; 6. ligases (synthétases) -> création liaison avec consommation ATP 2nd chiffre = appartenance à une sous-classe. /ex nature du donneur d’e- —C—OH 3ème chiffre = appartenance à une sous-sous-classe. /ex nature de l’accepteur d’e- 4ème chiffre = numéro d’ordre 48  7 – Régulation du métabolisme par les enzymes Les réactions clefs sont souvent des réactions « limitantes » conditionnées par : 1) Disponibilité en substrat S et en coenzyme CoE 2) L’activité catalytique de l’enzyme - Régulation « michaelienne » (très rapide) - Régulation allostérique (très rapide) - Modification covalente, clivages (rapide) …. (cf facteurs régulant l’activité enzymatique) 3) La quantité d’enzyme : - Régulation transcriptionnelle « lente » induction ou répression (/ex par hormone) - Régulation par dégradation protéique Extracellulaire ou intracellulaire (cf protéasome, lysosomes..) 49  Exemple d’une protéine de contrôle : la calmoduline Activation par fixation de la Propagation de l’activation à tous les Tyrosine kinase calmoduline monomères par autophosphorylation 50  l’opéron lactose des bactéries un exemple historique d’une régulation transcriptionnelle (Jacob, Lwoff, Monod, 1965) Le lactose induit l’enzyme qui le catabolise Avec lactose Sans lactose 51 Bioénergétique Enzymes Coenzymes 52  Les coenzymes Définitions et propriétés Coenzymes d’oxydoréduction - NAD et NADP - FAD et FMN - Acide lipoïque - Ubiquinone - Hèmes - Centres Fe-S Coenzymes de transfert d’atomes - Biotine - Acide tétrahydrofolique - Coenzymes B12 - Coenzyme A - Pyrophosphate de thiamine 53 - Phosphate de pyridoxal  Définitions et propriétés Cofacteurs organiques indispensables à certains enzymes Holoenzyme = Apoenzyme + Coenzyme Les coenzymes - ne sont pas de nature protéique (et on exclue aussi les métaux cf organiques) - retrouvent leur état initial après la réaction - entrent dans la stoechiométrie des réactions. - transfèrent une entité en s’y associant transitoirement 54 Les coenzymes proviennent souvent de « vitamines » : Ils ont souvent des noyaux cycliques non synthétisables par la cellule humaine /ex les vitamines B 55  Coenzyme libre ou lié - libre = cosubstrat (CoS) - lié = groupement prosthétique (GP) apoEnz 1 AX A AX A CoS CoS(X) apoEnz-GP apoEnz-GP(X) BX B BX B apoEnz 2 Les coenzymes libres : Les coenzymes liés : - sont faiblement fixés à ApoEnz - sont fixés à ApoEnz par liaisons - impliquent 2 réactions covalentes, différentes (2 apoEnz) - Impliquent 1 réaction (1 apoEnz) 56  Deux catégories de coenzymes suivant les enzymes associées - Coenzymes d’oxydoréduction = cofacteurs des oxydoréductases -> Transportent e ou H - Coenzymes de transfert d’atomes (groupements carbonés) -COO, -CH3, -R-CO, acide aminés … 57  Coenzymes d’oxydoréduction = cofacteurs des oxydoréductases Rappel : les oxydoréductases comportent 4 groupes : oxydase L’accepteur est l’oxygène déshydrogénase L’accepteur est différent de l’oxygène hydroperoxydase L’accepteur est le peroxyde d’hydrogène oxygénases L’oxygène est fixé directement sur un substrat hydroxylase désaturase dioxygenase 58  Les coenzymes pyridiniques NAD et NADP Coenzyme de type cosubstrat La forme réduite transporte 2 électrons et 1 proton. L’oxydo-réduction a lieu sur le noyau pyridine du nicotinamide Le Nicotinamide Adénine Dinucléotide (NAD) Forme Forme oxydée réduite Le Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate (NADP) Forme Forme oxydée réduite 59  Les réactions qui utilisent le NADH,H+ ou le NADPH,H+ sont différentes Catabolisme oxydatif des Voie des pentoses phosphates glucides, AG, aa NAD+ NADH,H+ NADP+ NADPH,H+ Chaîne respiratoire Synthèse des acides gras (-> ATP) Le phosphate en 2’ est un marqueur qui permet aux enzymes de distinguer entre les e- à utiliser pour 60 l’anabolisme et ceux pour le catabolisme énergétique  Les coenzymes flaviniques : FMN (flavine mononucléotide) FAD (flavine adénine dinucléotide) Coenzyme de type groupement prosthétique d’oxydoréductases -> flavoprotéines La forme réduite transporte 2H (2 e- et 2 H+) Dérivent de la riboflavine (vitamine B2) « jaune » = colorant E101 dans confitures, gâteaux, bonbons. L’oxydo-réduction a lieu sur le noyau isoalloxazine (flavine) Forme Forme oxydée réduite 61  Les réactions : - moins répandues que pour coenzymes pyridiniques - même enzyme qui catalyse la réaction dans les deux sens Expl 1 : FMN dans le complexe I de la chaîne respiratoire Espace H+ intermembranaire UQ libre UQH2 libre Fe2+- S 2e- Fe3+- S Membrane UQ liée UQH2 liée interne Fe2+- S Fe3+- S X 3 FMN 2e- FMNH2 Matrice NADH NAD+ Mitochondriale H+ 62 62 Expl2 : FAD dans le complexe II de la chaîne respiratoire (réaction qui est aussi une étape du cycle de Krebs) Membrane interne UQ libre UQH2 libre 2e- Fe3+- S Fe2+- S Matrice FADH2 Mitochondriale FAD 2e- succinate fumarate (Krebs) 63  L’acide lipoïque ou coenzyme lipoïque - acide gras à 8 atomes de carbone avec pont S-S entre C-6 et C-8. - groupement prosthétique de déshydrogénases : PDH et aKGDH Lipoamide oxydé Lipoamide réduit (acide lipoïque) (acide dihydrolipoïque) Liaison amide ApoEnz Transporte 2H (2e- 2H+) 64  /ex: Acide lipoïque et PDH 5 coenzymes !! NAD FAD Acide lipoïque (lié à l’enzyme) Coenzyme A Thiamine pyrophosphate (TPP) 65  Ubiquinone (UQ) ou coenzyme Q noyau quinonique chaîne latérale terpénique (C5H8)n. Cosubstrat, transporte 2H (2e-) dans la chaîne respiratoire (-> mitochondrie -> cœur, cerveau) Hydrophobe 66  Les coenzymes héminiques Hème = groupement prosthétique Noyau tétrapyrrolique - de cytochromes - de la catalase 2 H2O2 → O2 + 2 H2O - de peroxydases AH2 + H2O2 → A + 2 H2O Transporte un électron Fer-> 6 valences de coordination 67 UFR SANTE Importance biologique Groupement prosthétique - des cytochromes Chaîne respiratoire mitochondriale -> production d’ATP Cytochromes P450 (foie) -> métabolismes - de la myoglobine et de l’hémoglobine Hb -> transport de l’oxygène Fe++ (pas Fe+++) se lie réversiblement à un O2 68 68  Les centres Fer - Soufre Groupement prosthétique contenant Cys + Fe + S -> Protéines à fer non héminique Le Fer est lié à la protéine par des atomes de soufre (provient de Cys ou S seul) Chaque Fe transporte 1 e- Présents dans les complexes de la chaîne respiratoire 69  Les coenzymes Définitions et propriétés Coenzymes d’oxydoréduction - NAD et NADP - FAD et FMN - Acide lipoïque - Ubiquinone - Hèmes - Centres Fe-S Coenzymes de transfert d’atomes - Biotine - Acide tétrahydrofolique - Coenzymes B12 - Coenzyme A - Pyrophosphate de thiamine 70 - Phosphate de pyridoxal  Coenzymes de transfert de groupement d’atomes Biotine -> transfert de COO- Groupement prosthétique de carboxylases (pyruvate carboxylase, acétyl- CoA carboxylase…) Imidazole thiophène 71  Acide tétrahydrofolique (THF) -> transfert de CH3, CH2, CH ptéridine glutamate THF aminobenzoate Coenzyme de type cosubstrat dérivé par réduction de l’acide folique Transfert de groupements monocarbonés (se lient à N5 et/ou N10) —CH3 , —CH2— , —CH= Impliqué dans le métabolisme des acides aminés et des nucléotides 72  /ex THF =coenzyme de la thymidilate synthase thymidilate synthase dUMP dTMP < Méthylène-THF DHF NADPH,H+ Gly THF Ser NADP+ uracile thymine 2,4-dicéto- 2,4-dicétopyrimidine 5-méthylpyrimidine 73  Les coenzymes B12 (cobalamines, vitamine B12) -> transfert de CH3 Groupement prosthétique; contient du cobalt qui est l’élément actif (liaisons de coordination) CH3 74 Exemple : Coenzyme B12 = cofacteur de l’homocystéine méthyltansferase qui a aussi THF comme coenzyme thymidilate synthase dUMP dTMP < NADPH,H+ Méthylène-THF DHF NADPH,H+ Gly THF NADP+ Ser NADP+ Méthyl-THF Met Homocystéine méthyltransferase HomoCys = méthionine synthase Si carence en « B12 » et/ou « folates » -> ↓ GB, ↓GR, démence.. 75  Le coenzyme A -> transfert de R-CO- CoA-SH Cosubstrat, transporteur de groupement acyles (R-CO- provenant de R-COOH) et en particulier acétyles (CH3-C=O) CH3-CO-CoA Liaison thioester « riche en énergie » Entrée dans le cycle de Krebs Co-enzyme de la PDH et de l‘aKGDH 76 Le pyrophosphate de thiamine (TPP) (vitamine B1) -> Transfert de R-HCO Pyrimidine-pont méthylène-thiazole -chaîne éthanolique estérifiée par un groupement pyrophosphoryle. Groupement prosthétique transporteur de groupement aldéhyde (sous forme R-C-OH) Co-enzyme de la PDH et de l‘aKGDH Si carence -> « béri-béri » (↑ lactate, pyruvate, défaillance cardiaque, neurologique) 77  Le phosphate de pyridoxal -> transfert d’acides aminés Phosphate de pyridoxal Groupement prosthétique : liaison entre le groupement aldéhydique et le NH d’un résidu lysine (de l’apoenzyme) Transporteur d’acides aminés (le groupement aminé de l’aa déplace la lysine) -> intervient pour - les transaminations (aminotransférases) - décarboxylations (décarboxylases) - désaminations non oxydatives (déshydratases) Si carence (vit B6) : troubles neuropsychiques, dermatologiques, 78 hématologiques..