Coenzyme
n., pluriel : coenzymes
Définition : petite molécule nécessaire au fonctionnement d’une enzyme
En photo : Complexe de la succinate déshydrogénase avec les cofacteurs, la flavine, les centres fer-soufre et l’hème à l’intérieur de la mitochondrie Source : modifié par Maria Victoria Gonzaga, d’après les travaux de Richard Wheeler, CC BY-SA 3.0.
Table des matières
Les enzymes peuvent décomposer de grandes molécules compliquées en petites molécules plus simples, elles peuvent combiner de petites molécules ou des atomes pour former de grands métabolites. Par conséquent, les enzymes jouent un rôle important dans l’organisation biochimique et cellulaire. Les enzymes sont similaires aux catalyseurs par leur capacité chimique à accélérer les réactions sans être elles-mêmes modifiées ou consommées. Ces réactions biologiques comprennent le transfert de groupes carboxyle, l’hydrolyse de liaisons peptidiques, la rupture de liaisons carbone et la conversion de substances en leurs isomères optiques. Dans ces réactions, les enzymes peuvent fonctionner seules ou non, les enzymes peuvent avoir besoin de l’aide d’un cofacteur. Une holoenzyme ou une enzyme active est un complexe composé de deux parties : la partie protéique ou apoenzyme, et la partie cofacteur. La partie protéique ou l’apoenzyme ne peut pas fonctionner seule et doit être activée par le cofacteur. Un cofacteur peut être un activateur, qui est généralement un cation. Il peut également s’agir d’une molécule organique de structure complexe, appelée coenzyme. L’activité catalytique des enzymes dépend principalement de la présence de composés non protéiques appelés coenzymes. Les cofacteurs sont fortement liés aux apoenzymes ; par conséquent, les coenzymes ne peuvent pas être isolés des apoenzymes sans dénaturer les protéines enzymatiques.
Définition des coenzymes
Les coenzymes jouent un rôle essentiel dans plusieurs voies biochimiques telles que la décomposition des macronutriments en molécules plus petites (Catabolisme) ou la formation de nouveaux composés biologiques dans l’organisme (Anabolisme).
Qu’est-ce qu’un coenzyme ? Parfois, un coenzyme est appelé co-substrat parce qu’il se lie à l’enzyme avec le substrat au début d’une réaction chimique et qu’ils quittent l’enzyme altérée à la fin de la réaction. Cependant, on les appelle coenzymes parce qu’ils se lient à l’enzyme avant les autres substrats. De plus, les coenzymes sont reconvertis par d’autres enzymes présentes dans la cellule en leur forme originale pour être réutilisés. Un coenzyme est généralement une forme de vitamine activée qui est essentielle aux voies biochimiques. Les coenzymes forment des complexes avec les enzymes. Ces complexes convertissent les nutriments en formes utiles d’énergie. Ils produisent des biomolécules qui sont considérées comme la base de notre vie.
Certains nutriments agissent comme cofacteurs et coenzymes. D’autres sont décomposés à l’aide de coenzymes. Par conséquent, il est essentiel de maintenir l’apport alimentaire en oligo-éléments pour produire l’énergie nécessaire à la vie.
Les enzymes qui nécessitent la présence de coenzymes pour fonctionner ne seront pas en mesure de maintenir les processus métaboliques normaux ou de maintenir l’activité des processus biochimiques naturels qui maintiennent les fonctions normales de la cellule activées telles que la croissance, la différenciation, la division et la réparation des cellules.
De plus, les coenzymes fonctionnent pour maintenir l’intégrité de certaines protéines régulatrices et des structures hormonales.
Certaines vitamines agissent comme des coenzymes participant aux processus biochimiques tels que le catabolisme, l’anabolisme et la production d’énergie. Les vitamines A et K sont deux vitamines liposolubles qui agissent comme coenzymes ou cofacteurs, tandis que toutes les enzymes hydrosolubles peuvent agir comme cofacteurs ou coenzymes. En plus de leur action en tant que cofacteurs, les vitamines jouent un rôle essentiel dans plusieurs processus vitaux tels que la production d’hormones, l’intégrité du collagène dans les os, la coagulation du sang et une bonne vision.
Exemples de coenzymes
Les coenzymes ne sont pas spécifiques aux substrats, au lieu de cela, elles agissent comme un transporteur vers les produits de la réaction. Les coenzymes sont régénérés pour être réutilisés. Un exemple important de coenzymes est le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) qui est utilisé pour activer l’enzyme lactique déshydrogénase.
Dans la déshydrogénation du pyruvate en lactate, le NAD lui-même est réduit en acceptant un atome d’hydrogène pour les réactions catalytiques, tandis que certaines enzymes nécessitent le phosphate de nicotinamide adénine dinucléotide (NADP) qui est de même réduit .
Pour la synthèse des stéroïdes, la coenzyme NADP est nécessaire. L’enzyme réduite est, ensuite, ré-oxydée en transférant l’hydrogène introduit le long d’une chaîne d’accepteurs d’hydrogène pour être combinée avec l’oxygène moléculaire formant une molécule d’eau.
Le NAD+ est la première molécule qui se lie à l’enzyme et c’est la dernière molécule à se détacher du complexe. Par conséquent, il s’agit de l’étape limitant la vitesse de la réaction biochimique. En tant que tel, il est considéré comme un coenzyme et non comme un substrat.
Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP) aident les enzymes qui éliminent l’hydrogène (déshydrogénases) à contribuer au processus catabolique des acides aminés, des graisses et des glucides, ainsi que les enzymes participant à la synthèse des stéroïdes, des graisses et d’autres métabolites.
Types de coenzymes
Certaines enzymes contiennent un cofacteur » intégré » appelé groupes prosthétiques comme les flavoprotéines et certaines enzymes contenant de la pyridoxine et de la biotine. Les flavoprotéines sont des enzymes qui contiennent du métal. Elles transfèrent des atomes d’hydrogène à leur groupe prosthétique à partir de leurs coenzymes, comme le NAD réduit. Dans ce cas, le flavine adénine dinucléotide (FAD), qui est un dérivé de la riboflavine, agit comme un groupe prosthétique lorsqu’il accepte l’hydrogène. Ensuite, le coenzyme Q ré-oxyde la flavine pour poursuivre dans la chaîne de transport d’électrons et produire une molécule d’eau. La biotine joue un rôle dans la synthèse des acides gras ; on s’attend donc à ce qu’elle ait une fonction dans les hormones dérivées des acides gras, comme la prostaglandine.
Il existe de nombreux autres exemples de coenzymes impliquées dans plusieurs réactions biochimiques. Un autre exemple est celui des coenzymes qui participent à l’élimination du dioxyde de carbone (décarboxylation) d’un composé pour aider à la décomposition des glucides pour la production d’énergie, comme la forme active de la vitamine B1, la thiamine. D’autres transportent de l’hydrogène pour servir dans les réactions d’oxydation qui produisent de l’énergie à partir de nutriments très énergétiques. Les formes coenzymes de la vitamine B12 appelées pyridoxal phosphate (PLP) et pyridoxamine phosphate (PMP) agissent comme cofacteurs pour environ 120 enzymes, par exemple les synthétases, les racémases, les enzymes de clivage, les décarboxylases et les transaminases. Le PLP et le PMP participent à différents processus métaboliques des acides aminés.
Le coenzyme A est essentiel au métabolisme des acides gras, des acides aminés, des glucides et d’autres molécules biologiques. Il contient de l’acide pantothénique (PA), qui est une forme de vitamine B. Le PA participe également à la synthèse des acides gras en tant que cofacteur de la protéine porteuse d’acyle. Les formes coenzymes de la vitamine B12 participent à la synthèse de la méthionine (acide aminé).
La biocytine est le coenzyme de la biotine. Elle participe à plusieurs réactions de carboxylation des acides gras et des acides aminés pour faciliter leur métabolisme. En outre, la biocytine joue un rôle dans la formation de l’urée. La forme coenzyme du folate porte une unité carbonée qui est nécessaire à la conversion de l’acide aminé en bases pyrimidine et purine nécessaires à la formation de l’ADN et de l’ARN.
L’acide ascorbique est un cofacteur des hydroxylases. Celles-ci hydroxylent la lysine et la proline pour maintenir l’intégrité de la structure du collagène ; de plus, elles hydroxylent les cholestérols pour la formation des acides biliaires, ainsi que l’hydroxylation de la tyrosine pour former l’hormone noradrénaline.
La forme aldéhyde de la vitamine A, le rétinol, sert de cofacteur aux apoprotéines présentes dans l’œil. Les apoprotéines sont responsables de la vision en faible lumière. Elles sont également impliquées dans la vision en lumière vive et en couleur dans la rétine.
Tableau 1 : Vitamines comme exemples de coenzymes.
| Vitamines solubles dans l’eauth].Vitamines solubles dans l’eau | Coenzyme | Fonction de la coenzyme | |
|---|---|---|---|
| vitamine B1
(thiamine) |
pyrophosphate de thiamine | réactions de décarboxylation | |
| vitamine B2
(riboflavine) |
. | mononucléotide de la flavine ou flavine adénine dinucléotide | oxidation-.réactions de réduction impliquant deux atomes d’hydrogène |
| vitamine B3
(niacine) |
nicotinamide adénine dinucléotide ou nicotinamide adénine dinucléotide phosphate | oxidation-.réactions de réduction impliquant l’ion hydrure (H-) | |
| vitamine B6
(pyridoxine) |
pyridoxal phosphate | variété de réactions incluant le transfert de groupes amino | |
| vitamine B12
(cyanocobalamine) |
méthylcobalamine ou désoxyadénoxylcobalamine | réactions de réarrangement intramoléculaire | |
| biotine | biotine | réactions de carboxylation | |
| acide folique | tétrahydrofolate | porteur d’unités à un-carbone tels que le groupe formyle | |
| acide pantothénique | coenzyme A | porteur de groupes acyles | . de groupes acyles |
| vitamine C (acide ascorbique) | none | antioxydant ; formation de collagène, une protéine présente dans les tendons, les ligaments et les os |
Crédit : Données issues de Chemistry Libretexts, CC By NC-SA
Fonctions des coenzymes
Les minéraux et les vitamines jouent un rôle important dans les voies anaboliques et cataboliques qui conduisent à la synthèse de biomolécules telles que les lipides, les acides nucléiques, les protéines et les glucides en tant que coenzymes ou cofacteurs.
- Vitamines comme coenzymes : La forme métabolite de la vitamine A, l’acide rétinoïque, fonctionne comme régulateur de gènes, elle est donc très importante pour le développement normal des cellules. La vitamine K est une coenzyme pour les enzymes qui déplacent les groupes -CO2 (g-carboxylases). Le groupe carboxylique libéré se lie au calcium, cette étape est importante pour la formation de l’ostéocalcine, une protéine importante pour le remodelage osseux. De plus, elle est importante pour la formation de la prothrombine, qui joue un rôle crucial dans la coagulation du sang.
- Les minéraux comme cofacteurs et catalyseurs : Les minéraux peuvent fonctionner dans les processus biologiques en tant que cofacteurs et catalyseurs. Lorsque les minéraux agissent comme catalyseurs, ils ne s’intègrent pas à une enzyme ou à son substrat. Cependant, ils accélèrent la réaction biochimique entre l’enzyme et son substrat. Par ailleurs, lorsque les minéraux agissent en tant que cofacteurs, ils deviennent une partie de la structure de l’enzyme ou de la protéine qui est essentielle au déroulement de la réaction biochimique. Les minéraux qui agissent comme cofacteurs comprennent le manganèse, le sélénium, le magnésium et le molybdène. Certains minéraux, comme le cobalt, l’iode, le calcium et le phosphore, agissent comme cofacteurs pour certaines protéines non enzymatiques. D’autres, comme le cuivre, le zinc et le fer, agissent comme cofacteurs pour les protéines non enzymatiques et enzymatiques.
Déficience en vitamines
Dans des conditions normales, la vitesse de réaction est directement proportionnelle à la concentration en enzyme. Par conséquent, la concentration élevée du substrat et de l’enzyme entraîne un taux élevé de renouvellement du produit, similaire aux réactions chimiques catalysées, les réactions enzymatiques sont réversibles. Cependant, dans des conditions normales, les réactions enzymatiques ne se déroulent que dans un seul sens puisque les produits sont régulièrement consommés par l’enzyme suivante dans la voie des réactions biochimiques. En cas de carence en vitamines, les coenzymes nécessaires aux réactions biochimiques font défaut, par conséquent, les produits des réactions s’accumulent dans l’organisme et peuvent conduire à l’inversion de la réaction.
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