Cofacteurs organiques et groupes prosthétiques

Certains cofacteurs organiques ne sont pas libérés après chaque réaction mais restent liés à l'enzyme — de manière étroite, voire covalente — tout au long de la catalyse. Ces groupes prosthétiques, tels que l'hème, les flavines FAD et FMN, l'acide lipoïque et la biotine liée de manière covalente, deviennent des composants permanents de l'enzyme fonctionnelle plutôt que des co-substrats dissociables.

Definition

Un cofacteur organique est une molécule non protéique, contenant du carbone, nécessaire à l'activité enzymatique ; lorsqu'un tel cofacteur est lié de manière étroite ou covalente à l'enzyme et reste attaché tout au long du cycle catalytique, il est appelé groupe prosthétique, par opposition à une coenzyme dissociable qui se comporte comme un co-substrat.

Scope

Ce sujet distingue les coenzymes dissociables des groupes prosthétiques fortement liés et examine les principaux groupes prosthétiques organiques — l'hème et d'autres tétrapyrroles, les flavines liées, l'acide lipoïque et la biotine liée de manière covalente — ainsi que la chimie qu'ils apportent. Il s'agit d'un aperçu de référence de la biochimie des cofacteurs organiques, et non d'un guide clinique.

Core questions

• Qu'est-ce qui distingue un groupe prosthétique d'une coenzyme dissociable ?
• Comment le groupe hème permet-il la liaison de l'oxygène et la catalyse redox ?
• Comment un cofacteur lié de manière covalente, tel que le lipoïle ou le biotinyle, achemine-t-il les intermédiaires au sein d'un complexe enzymatique ?
• Pourquoi certaines flavoenzymes lient-elles leur flavine de manière covalente ?

Key concepts

• Coenzyme dissociable versus groupe prosthétique lié
• Hème et autres cofacteurs tétrapyrroliques
• Flavines liées de manière covalente (FAD/FMN)
• L'acide lipoïque comme bras oscillant
• Biotine liée de manière covalente dans les carboxylases
• Canalisation du substrat au sein des complexes multi-enzymatiques

Mechanisms

Les groupes prosthétiques restent associés à l'enzyme et contribuent à une chimie définie. Le groupe hème — une fer-porphyrine — lie et active l'oxygène et soutient le transfert d'électrons et l'oxygénation, la chimie sous-jacente aux hémoprotéines et aux enzymes à hème (Poulos, 2014). Les groupes prosthétiques flaviniques (FAD et FMN), parfois liés de manière covalente, confèrent aux flavoprotéines leur polyvalence redox caractéristique à un et deux électrons (Macheroux et al., 2011). L'acide lipoïque, lié de manière covalente à un résidu de lysine, agit comme un long « bras oscillant » qui transporte les intermédiaires de réaction entre les sites actifs des complexes 2-oxo acide déshydrogénase (Reed, 2001 ; Solmonson & DeBerardinis, 2018). La biotine liée de manière covalente joue un rôle similaire de transporteur mobile dans les carboxylases. En maintenant le cofacteur lié, l'enzyme peut positionner et canaliser les intermédiaires réactifs plutôt que de les libérer, complétant ainsi la vision plus large de la manière dont les cofacteurs liés et les sites métalliques modulent la catalyse (Holm et al., 1996 ; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

L'hème et les groupes prosthétiques apparentés sont à la base du transport de l'oxygène, de la respiration et du métabolisme des xénobiotiques, tandis que les transporteurs liés de manière covalente tels que l'acide lipoïque sont essentiels à la décarboxylation oxydative dans le métabolisme énergétique ; cette biochimie éclaire donc le métabolisme et la pharmacologie. Cet article décrit des mécanismes et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

History

La distinction entre les coenzymes se dissociant librement et les groupes prosthétiques fermement attachés a été établie tôt en enzymologie et affinée à mesure que les structures des hémoprotéines, des flavoprotéines et des grands complexes 2-oxo acide déshydrogénase étaient résolues. Les travaux traçant l'acide lipoïque aux complexes déshydrogénase et les études structurales des enzymes à hème illustrent comment les cofacteurs liés permettent une catalyse canalisée et multi-étapes (Reed, 2001 ; Poulos, 2014 ; Macheroux et al., 2011).

Seminal works

• poulos-2014
• reed-2001
• macheroux-2011
• holm-1996

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre une coenzyme et un groupe prosthétique ?

Les deux sont des cofacteurs organiques, mais une coenzyme se dissocie et est régénérée comme un co-substrat, tandis qu'un groupe prosthétique reste lié de manière étroite ou covalente à l'enzyme tout au long du cycle catalytique.

Pourquoi l'acide lipoïque est-il appelé un bras oscillant ?

Il est lié de manière covalente à l'enzyme par une liaison flexible, ce qui lui permet d'osciller physiquement entre les différents sites actifs d'un complexe multi-enzymatique, transportant les intermédiaires de réaction de l'un à l'autre sans les libérer.