Coenzyme

Définition

Une coenzyme est une petite molécule organique nécessaire pour qu'une enzyme remplisse sa fonction. Les coenzymes sont un certain type de cofacteurs, qui diffèrent d'activateurs en ce qu'il s'agit d'un composé organique et non inorganique. De nombreuses vitamines sont un précurseur d'une coenzyme.

Une molécule de coenzyme Q10 :

Une coenzyme Q10 sous la représentation d'une molécule met en évidence son groupement fonctionnel.

Explications

Les coenzymes sont des cofacteurs organiques non-protéiques, thermostables qui, avec une apoenzyme, constituent l'holoenzyme ou la forme catalytiquement active de l'enzyme. Sans coenzyme, la réaction enzymatique ne peut avoir lieu. La coenzyme fonctionne souvent comme une sorte d'interrupteur marche/arrêt dans une cellule.

Voir aussi l'ubiquinone et l'ubidécarénone.

Propriétés et rôle

Les coenzymes sont un type de cofacteur, une molécule qui se lie à une apoenzyme pour former une holoenzyme capable de catalyser des réactions chimiques. Les coenzymes sont souvent des molécules complexes que notre corps ne peut généralement pas synthétiser. Pour cette raison, beaucoup d'entre eux doivent être ingérés avec le régime. Une grande partie des coenzymes sont dérivées de vitamines hydrosolubles.

En faisant varier la concentration de la coenzyme, la réaction chimique qui facilite l'enzyme est retardée ou accélérée. Elles ont généralement une faible masse moléculaire (au moins par rapport à l'apoenzyme) et jouent un rôle clé dans le mécanisme de la catalyse, par exemple, en acceptant ou en donnant des électrons ou des groupes fonctionnels qui transportent d'une enzyme à l'autre.

Contrairement aux enzymes, les coenzymes sont modifiées au cours de la réaction chimique; par exemple, NAD⁺ est réduit à NADH quand il accepte deux électrons (et un proton) et par conséquent s'épuise; Lorsque NADH libère ses électrons, NAD⁺ est récupéré, ce qui peut à nouveau agir comme une coenzyme.

Mécanisme d'action

Le mécanisme d'action de base des coenzymes est le suivant :

• La coenzyme se lie à une enzyme.
• L'enzyme capture son substrat spécifique.
• L'enzyme attaque ce substrat en transférant certains de ses électrons. En fait, la liaison du substrat et de l'enzyme produit une nouvelle substance. Cette substance est instable, ce qui provoque sa séparation en différentes parties : enzyme, produit et la forme réduite de la coenzyme, qui a été laissé avec quelques électrons (en oxydant le substrat, il est réduit) en présentant une plus grande force d'attraction moléculaire.
• L'enzyme cède à la coenzyme lesdits électrons provenant du substrat.
• La coenzyme accepte lesdits électrons et est libérée de l'enzyme.
• La coenzyme réduite va à la chaîne de transport d'électrons, dans laquelle ATP et H₂O (respiration cellulaire) sont générés, en "laissant" leurs électrons au moyen de navettes, elle revient à son état initial.

Cette dernière étape est essentielle pour ne pas épuiser la dotation en coenzyme d'une cellule puisque les enzymes ainsi que celles qui agissent ne peuvent pas effectuer la réaction chimique sans l'aide de sa coenzyme.

Cofacteur et coenzyme avec une apoenzyme donnant une holoenzyme :

Les molécules cofacteur et coenzyme avec une apoenzyme produisent une holoenzyme.

Certaines coenzymes sont fortement et durablement liées à leur enzyme, constituant en pratique un groupe prosthétique; tel est le cas du FMN pour l'enzyme NADH déshydrogénase ou FAD pour la succinate déshydrogénase.

Chaque coenzyme est spécialisée dans l'acceptation et le transport d'un type spécifique d'atomes; certains acceptent des hydrogènes, d'autres groupes acétyle, amino, etc. Cependant, les coenzymes ne sont pas spécifiques aux enzymes auxquelles elles sont liées, de sorte que la même coenzyme peut se lier à un grand nombre d'enzymes différentes et c'est pourquoi le nombre de coenzymes différentes est relativement faible.

Principales coenzymes

Liste des principales coenzymes :

• FAD (flavine-adénine dinucléotide) : transfert d'électrons et de protons.
• FMN (mononucléotide flavine) : transfert d'électrons et de protons.
• NAD⁺ (nicotine adénine dinucléotide) : transfert d'électrons et de protons.
• NADP⁺ (nicotine-adénine dinucléotide phosphate).
• Coenzyme A : transfert de groupes acétyle pour l'acétyl-CoA (par exemple, dans la décarboxylation de l'acide pyruvique) et de groupes acyle en général.
• Coenzyme Q : transfert d'électrons dans la chaîne respiratoire.
• Coenzyme B 12 : transfert de groupes méthyle ou d'hydrogène entre molécules.
• TPP (pyrophosphate de thiamine) : transfert de groupes aldéhyde; il fait partie, entre autres, du complexe pyruvate déshydrogénase.
• vitamine C.
• PLP (phosphate de pyridoxal) : transfert de groupes amino.
• PMP (phosphate de pyridoxamine) : transfert de groupes amino.
• FH₄ (acide tétrahydrofolique) : transfert des groupes formyle, méthényle et méthylène.
• biocytine : transfert de dioxyde de carbone.
• acide lipoïque : transfert des hydrogènes, des groupes acyle et de la méthylamine.

Coenzymes et vitamines

De nombreuses vitamines, ou leurs dérivés, agissent comme des coenzymes :

• La vitamine B1 ou la thiamine : son dérivé, le pyrophosphate de thiamine est essentiel pour le métabolisme énergétique des glucides.
• Vitamine B2 ou riboflavine : ses dérivés sont des co-nucléotides à fort pouvoir réducteur tels que FAD et FMN.
• Vitamine B3 ou niacine : ses dérivés sont des nucléotides de coenzyme avec un grand pouvoir réducteur tel que NAD⁺ ou NADP⁺.
• La vitamine B5 ou l'acide pantothénique : son dérivé principal est la coenzyme A (Co-A), avec une grande importance dans divers processus métaboliques.
• Vitamine B6 ou pyridoxine : ses principaux dérivés sont les coenzymes PLP (pyridoxal phosphate) et PMP (pyridoxamine phosphate), essentielles dans le métabolisme des acides aminés.
• Vitamine B7 ou biotine (vitamine H ou vitamine B8) : son dérivé, la biocitine, est essentiel pour le fonctionnement de nombreuses carboxylases (enzymes).
• Vitamine B9 ou acide folique (vitamine M) : son dérivé, FH₄ est essentiel dans la synthèse des purines.

Voir aussi le groupe prosthétique.

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