Biochimie 4. Enzymes-2 Régulation + Coenzymes PDF

Biochimie et Métabolisme Pierre Maechler 4. Enzymes-2: Régulation + coenzymes Ref: Moussard 2ème et 3ème éditions: p.51-58, 64 1 Biochimie et Métabolisme (Pierre Maechler) 1. Introduction Introduction à la biochimie 2. Bioé...

Biochimie et Métabolisme Pierre Maechler 4. Enzymes-2: Régulation + coenzymes Ref: Moussard 2ème et 3ème éditions: p.51-58, 64 1 Biochimie et Métabolisme (Pierre Maechler) 1. Introduction Introduction à la biochimie 2. Bioénergétique Bioénergétique 3. Enzymes 1 Réaction enzymatique 4. Enzymes 2 Régulation + coenzymes 5. Énergétique cellulaire 1 Glycolyse 6. Énergétique cellulaire 2 Cycle de l’acide citrique et chaîne respiratoire 7. Adaptation métabolique Intégration tissulaire 2  Biochimie et Métabolisme Enzymes-2 Ref. Moussard 2ème et 3ème éditions: p. 51-58, 64 (seul. CoA)  Régulation métabolique (enzyme régulateur, réaction limitante, intégration des connaissances sur les propriétés des enzymes)  Coenzymes (définitions, propriétés)  Coenzymes d’oxydoréduction (oxydoréductase, NAD/NADP, FAD/FMN)  Coenzyme A (structure, origine, réactions)  Enzymes Régulation métabolique Adaptation de l’offre métabolique à la demande 4 M Adaptation de l’offre métabolique à la demande 5 Adaptation de l’offre métabolique à la demande Adaptation de l’offre métabolique à la demande 6  Régulation métabolique Adapter l’offre métabolique à la demande cellulaire:  Ajuster la concentration d’un métabolite spécifique au besoin cellulaire  Accélérer la production lorsque la demande est insatisfaite  Freiner la production lorsque la demande est satisfaite  L’enzyme régulant une voie métabolique catalyse la réaction limitante 7  Régulation métabolique Réaction limitante:  Dans une chaîne de réactions, les enzymes sont en excès, sauf pour la réaction limitante  L’étape régulatrice est en début de chaîne de réactions  La première réaction de la chaîne doit être spécifique de la voie métabolique  La première réaction spécifique est irréversible (en conditions cellulaires) 8  Régulation métabolique: réactions limitantes 1ère réaction Glycolyse 1ère réaction Cycle de l’acide citrique  L’étape régulatrice en début de chaîne  Première réaction doit être spécifique de la voie  La première réaction spécifique est irréversible 9  Régulation métabolique Vitesse de réaction limitante:  Fonction de la disponibilité en substrat (et en coenzyme associé)  Dépend de l’activité de l’enzyme  Dépend de la concentration de l’enzyme 10  Disponibilité en substrat: 1. Approvisionnement en précurseur A et flux métabolique 2. Compétition avec une éventuelle autre réaction 3. Approvisionnement en coenzyme CoE (et sa régénération) 11 M  Activité de l’enzyme: 1. Activation par protéolyse (irréversible, enzymes digestives) 2. Activation par fixation d’une protéine de contrôle (réversible) 3. Contrôle par phosphorylation / déphosphoprylation (covalent, réversible) 4. Contrôle allostérique (non covalent, réversible) 12 3. Phosphorylation / déphosphorylation:  Phosphorylation (sur serine, thréonine ou tyrosine) catalysée par une kinase (qui peut être elle-même phosphorylée…cascade!)  Déphosphorylation par une phosphatase  Le contrôle hormonal passe généralement par des réaction P/dé-P  La cascade d’activation permet l’amplification de la réponse signal 13 La cascade d’activation permet l’amplification du signal: exemple du métabolisme du glycogène Adrénaline 14  La cascade d’activation permet l’amplification du signal: exemple du métabolisme du glycogène Adrénaline Mobilisation glucose1P à ATP partir du glycogène ATP 15  4. Contrôle allostérique:  Activateurs (par métabolite amont /substrat, effecteur positif)  Inhibiteurs (par métabolite aval /produit, feedback négatif) 16 Les enzymes allostériques ont des effecteurs  Se lient sur les sites allostériques, ≠ site substrat  Effecteurs positifs (activateurs) ou négatifs (inhibiteurs)  Augmentation ou diminution de l’affinité (saturabilité) envers le substrat Affinité augmente Affinité diminue 17 M  La phosphofructokinase (glycolyse) est sous contrôle allostérique: +++ par ADP - - - par ATP Fructose-6P ATP * Sites allostériques Fructose-6P + ATP → Fructose-1,6bisP + ADP 18 La phosphofructokinase (glycolyse) est sous contrôle allostérique: +++ par ADP - - - par ATP 19 Inhibiteur non compétitif et effecteur allostérique négatif: quelles différences ? Effecteur allostérique Un Effecteur Module la K0.5 allostérique négatif est un: Effets sur une enzyme allostérique non-Michaelienne Effets physiologiques,  inhibiteur enzyme régulée  non-compétitif  réversible  d’enzymes allostériques 20  Régulation par activité de l’enzyme: 1. Protéolyse 2. Protéine de contrôle 3. Phosphorylation / déphosphorylation 4. Contrôle allostérique 21 M  Régulation par concentration de l’enzyme ou contrôle transcriptionnel dépend de:  Vitesse de synthèse et dégradation (turnover)  Facteurs de transcriptions (protéines régulatrices se fixant sur l’ADN, dans région « promoteur » du gène codant pour l’enzyme)  Induction si synthèse de l’enzyme est accélérée  Répression si synthèse est freinée  Facteurs de transcriptions eux-mêmes sous contrôle hormonal et/ou métabolique 22  Contrôle transcriptionnel: Exemple de contrôle hormonal/ métabolique 23 M  Résumé de la régulation métabolique Vitesse de réaction limitante:  Fonction de la disponibilité en substrat (et en coenzyme associé)  Dépend de l’activité de l’enzyme (protéolyse, fixation, P/dé-P, allostérique)  Dépend de la concentration de l’enzyme 24  Régulation métabolique Contrôle allostérique:  Régulation locale, cellulaire, aux concentrations de métabolites  Réponse immédiate (ordre ≤ à la seconde) 25  Régulation métabolique Contrôle par modification covalente:  Régulation physiologique, organisme, aux conditions nutritionnelle et métabolique  Réponse moyen terme (ordre seconde à minutes)  Permet l’amplification du signal hormonal 26  Régulation métabolique Contrôle transcriptionnel:  Régulation adaptative, cellulaire et/ou organisme, aux conditions de vie (alimentation, activité, périodes de vie, maladie, saisons)  Réponse long terme (heures - mois)  Permet l’économie des ressources 27  Régulation métabolique  Régulation adaptative aux conditions de vie (alimentation, activité, saisons)  Réponse long terme (heures - mois)  Permet l’économie des ressources 28  Régulation métabolique Contrôle Niveau Délai Allostérique Cellulaire ≤ à la seconde (local) Covalent Organisme Secondes à (type P/ dé-P) (physiologique) minutes Transcription cellulaire et/ou heures - mois organisme 29  Les coenzymes  Indispensable à l’activité de certaines enzymes  Ne sont pas des protéines  Retrouvent leur état initial  Participent à la stochiométrie de la réaction  Sont généralement dérivées de vitamines 30  Les coenzymes Transfèrent, par prise en charge transitoire, d’une molécule à une autre: Électrons Atomes Molécules 31  Les coenzymes Deux mécanismes: Cosubstrat (coenzyme libre), par ex. NAD Groupe prosthétique (coenzyme lié), par ex. FAD Deux fonctions: Oxydoréduction Transfert de groupements d’atomes 32  Mécanismes des coenzymes: cosubstrats  Faiblement fixés (liaisons non covalentes)  Participent à 2 réactions enzymatiques séquentielles couplées: 1. prise en charge facteur X 2. transfert facteur X 33  Mécanismes des coenzymes: groupes prosthétiques  Solidement fixés (liaisons covalentes)  Fonctionnent dans une double réaction couplée en 1 seule opération (prise en charge et transfert facteur X) 34  Coenzymes d’oxydoréduction Transfert d’équivalents réducteurs  Électrons e-  Atomes d’hydrogène H  Ion hydrure H- 1 équivalent réducteur = 1 e- transféré dans une réaction oxred (indépendamment du mode de transfert) 35  Coenzymes d’oxydoréduction Transfert d’équivalents réducteurs  Coenzymes pyridiniques (NAD & NADP)  Coenzymes flaviniques (FAD & FMN)  Coenzymes lipoïques  Coenzymes quinoniques  Coenzymes héminiques  Protéines avec centre Fer-Soufre 36  coenzymes d’oxydoréduction = cofacteurs des oxydoréductases oxydoréductases:  Oxydases (transfert sur oxygène)  Déshydrogénases (transfert e- sur substrat)  Hydroperoxydases (dégradent H2O2)  Oxygénases (oxygène fixé sur substrat) 37  Exemple:  enzyme E de type déshydrogénase  coenzyme d’oxydoréduction NAD  Métabolite réducteur AH2 E AH2 + NAD+ A + NADH+H+ L’enzyme E extrait des équivalents réducteurs du métabolite AH2 Le coenzyme réduit pourra lui-même transférer ses e- Donc: correspond à extraction + transfert d’énergie 38  Coenzyme NAD(P) Vitamine B3 (PP) ou niacine  Niacine (précurseur): désigne l’acide nicotinique et l'amide nicotinique, ou nicotinamide  NAD et NADP jouent un rôle essentiel pour le transfert d'électrons dans les voies métaboliques  La niacine est présente dans les aliments d'origine animale et végétale. 39  Coenzyme NAD(P) Vitamine B3 (PP pour pellagra preventive) La pellagre est une maladie résultant d’une carence en niacine (ou secondaire à l’alcoolisme) caractérisée par une dermatite, diarrhées, voire démence. 40  NAD Nicotinamide Adénine Dinucléotide 41 M NAD ≠ ADN !!  NAD Nicotinamide Adénine Dinucléotide Potentiel d’oxydoréduction du couple NAD+/NADH+H+: - 0.32 V 42 M  NAD Le spectre d’absorption du coenzyme NAD+/NADH est dépendant de l’état redox 43  NADH absorbe la lumière à 340nm E AH2 + NAD+ A + NADH+H+ Absorbance à 340 nm +AH2 NAD+ Vi +E Temps 44  Cinétique enzymatique: vitesse maximale La concentration de substrat influence la vi, on détermine la vitesse maximale vmax 45 M  NADH absorbe la lumière à 340nm E AH2 + NAD+ A + NADH+H+ Absorbance à 340 nm +AH2 NAD+ Vmax +E Temps 46  Mécanisme oxred du NAD !! à corriger p.57: NAD(P)+ 47 M  NAD Extraction et transfert d’équivalents réducteurs dans les réactions cataboliques 1er temps: NAD+ est un oxydant qui accepte les équivalents réducteurs extraits de substrats réduits AH2 2ème temps: NADH est réducteur et transfert ses équivalents réducteurs à la chaîne respiratoire 48  NAD Extraction d’équivalents réducteurs dans les réactions cataboliques et transfert sur la chaîne respiratoire (produit de l’ATP) Chaîne catabolisme EquRed respiratoire EquRed EquRed EquRed EquRed 49  NADP  Est principalement impliqué dans les voies biosynthèse  Agit principalement comme réducteur (NADPH)  Sous sa forme réduite donne ses équivalents réducteurs dans les réactions anaboliques 50  FAD Flavine Adénine Dinucléotide  FAD: dinucléotide formé de FMN & AMP (flavine mononucléotide & adénosine monophosphate)  Dérivé de la riboflavine (vitamine B2)  Groupe prosthétique de quelques déshydrogénases  Transfert des équivalents réducteurs à la chaîne respiratoire  Est localisé dans les mitochondries 51  FAD Flavine Adénine Dinucléotide Carence en Riboflavine: 52  FAD Flavine Adénine Dinucléotide 53 M FAD est localisé dans les mitochondries Mitochondrie E AH2 + FAD A + FADH2 Chaîne respiratoire ATP Potentiel d’oxydoréduction du couple FAD/FADH2: - 0.1 V 54  NAD & FAD Coenzymes transporteurs d’électrons impliqués dans les voies cataboliques (production de précurseurs et d’énergie) 55 M  NADP Coenzyme transporteur d’électrons impliqués dans les voies anaboliques (production de molécules complexes) 56 M  Coenzymes de transfert de groupes d’atomes  CO2  Groupes pluricarbonés  Autres 57  Coenzyme-A (CoA) 58 M  CoA  Transporte les groupes acyles, par ex. acetyle à 2 carbones  Dérivé vitaminique (acide pantothénique)  Formation d’acetyl-CoA est couplée à des réactions exergoniques  Acétyl-CoA est le carrefour des voies métaboliques 59 Coenzyme – Cofacteur – Cosubstrat - Coenzyme-A Co-co-co-coment? Classe Mécanisme Fonction Cosubstrat Oxred faible liaison (NAD, NADP) Coenzyme = Groupe Oxred (FAD) Cofacteur prosthétique Cosubstrat Transfert faible liaison groupe (CoA) NAD FAD NAD ATP CoA 61