Coenzymes dérivées des vitamines

La plupart des vitamines hydrosolubles sont appréciées non pas pour elles-mêmes, mais parce que les cellules les convertissent en coenzymes. La thiamine devient le diphosphate de thiamine, la riboflavine devient le FAD et le FMN, la niacine devient le NAD+, la vitamine B6 devient le pyridoxal 5'-phosphate, le pantothénate devient la coenzyme A, et la biotine et le folate deviennent des coenzymes porteuses de groupes. Ce sujet établit un lien entre la nutrition et la chimie enzymatique.

Definition

Les coenzymes dérivées des vitamines sont des cofacteurs enzymatiques organiques que les cellules synthétisent à partir de vitamines alimentaires (principalement les vitamines du groupe B), chacun étant adapté pour transporter un groupe chimique spécifique ou une paire d'électrons pendant la catalyse.

Scope

Ce sujet examine les vitamines du groupe B et les coenzymes qui en sont dérivées, les groupes chimiques que chaque coenzyme transporte, et les réactions représentatives qu'elles permettent. Il explique pourquoi la disponibilité des micronutriments limite la fonction enzymatique. Il s'agit d'un aperçu de référence de la biochimie des coenzymes, et non d'un guide clinique ou diététique.

Core questions

• Quelle vitamine donne naissance à quelle coenzyme, et quel groupe chaque coenzyme transporte-t-elle ?
• Comment le pyridoxal 5'-phosphate mobilise-t-il la chimie des acides aminés ?
• Pourquoi une carence en vitamines se traduit-elle par une activité enzymatique altérée ?
• Comment ces coenzymes sont-elles biosynthétisées à partir de leurs précurseurs vitaminiques ?

Key concepts

• Diphosphate de thiamine (TPP) et décarboxylation des acides 2-oxo
• FAD et FMN dérivés de la riboflavine dans les flavoprotéines
• NAD+/NADP+ dérivés de la niacine
• Pyridoxal 5'-phosphate (PLP) et chimie des bases de Schiff
• Coenzyme A dérivée du pantothénate et transfert d'acyles
• Biotine et transfert de CO2 dans les carboxylases
• Tétrahydrofolate dérivé du folate et transfert d'unités monocarbonées
• Coenzymes dérivées de la cobalamine

Mechanisms

Chaque coenzyme dérivée d'une vitamine apporte une chimie définie. Le pyridoxal 5'-phosphate, dérivé de la vitamine B6, forme une aldimine (base de Schiff) avec les groupes amino des substrats et stabilise les intermédiaires carbanioniques, permettant la transamination, la décarboxylation et les réactions apparentées au sein d'une grande superfamille d'enzymes (Eliot & Kirsch, 2004; Mukherjee et al., 2011). Le diphosphate de thiamine stabilise un équivalent acyl-anion grâce à son cycle thiazolium réactif, favorisant la décarboxylation des acides 2-oxo. La biotine, liée de manière covalente aux enzymes carboxylases, transporte un groupe carboxyle activé pour le transfert de CO2 (Tong, 2013). Le tétrahydrofolate, dérivé du folate, transfère des unités monocarbonées à plusieurs états d'oxydation via le métabolisme des unités monocarbonées (Ducker & Rabinowitz, 2017). La riboflavine produit les coenzymes flaviniques FAD et FMN utilisées par les flavoprotéines, et la niacine produit la paire redox NAD+/NADP+ (Macheroux et al., 2011; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

Étant donné que ces coenzymes proviennent de vitamines, la biochimie présentée ici constitue la base moléculaire du lien entre le statut en micronutriments et la fonction enzymatique, tel qu'abordé en science de la nutrition. Cette entrée décrit des mécanismes et des voies métaboliques ; elle ne constitue pas une base pour un diagnostic individuel, une supplémentation ou une prescription diététique.

History

La reconnaissance que plusieurs vitamines sont des précurseurs de coenzymes est apparue lorsque les « co-ferments » de l'enzymologie précoce ont été identifiés chimiquement et associés aux vitamines découvertes lors d'études de carence. Des travaux structuraux et mécanistiques ultérieurs ont permis de cartographier la manière dont chaque coenzyme transporte son groupe particulier, comme en témoignent les descriptions détaillées des enzymes à pyridoxal-phosphate, des carboxylases dépendantes de la biotine et du métabolisme des unités monocarbonées médiatisé par le folate (Eliot & Kirsch, 2004; Tong, 2013; Ducker & Rabinowitz, 2017).

Seminal works

• eliot-2004
• tong-2013
• ducker-2017
• mukherjee-2011

Frequently asked questions

Pourquoi les vitamines B sont-elles si importantes pour le métabolisme ?

Les cellules convertissent les vitamines B en coenzymes dont de nombreuses enzymes ont besoin ; sans la coenzyme, les enzymes correspondantes ne peuvent pas fonctionner, de sorte que les vitamines agissent comme des précurseurs pour la machinerie catalytique essentielle.

Quelle chimie le pyridoxal 5'-phosphate fournit-il ?

Il forme une base de Schiff avec les substrats acides aminés et stabilise les intermédiaires carbanioniques résultants, ce qui permet aux enzymes de réaliser des réactions telles que la transamination et la décarboxylation sur les acides aminés.