COMPLEXES ENZYMATIQUES ET RELATIONS VITAMINES-COENZYMES Les enzymes sont des protéines, certaines enzymes sont très simples car constituées d’une seule chaîne polypeptidiques, ce sont les holoprotéines, comme le lysozyme, mais la plupart des enzymes sont des hétéroprotéines : pour exercer leurs fonctions catalytiques ces protéines ont besoin d’un cofacteur, ce cofacteur va être un ion métallique ou un coenzyme. I) Ions métalliques Lorsqu’une enzyme nécessite un ion métallique, on appelle cette enzyme une metalloenzyme. L’ion métallique, le plus souvent un cation, est fourni essentiellement par l’alimentation, on parle d’oligoéléments. Les cations les plus fréquemment utilisées sont :

- le zinc Zn2+, qui agit en stabilisant la conformation du centre actif des enzymes comme la carboxypeptidase, l’anhydrase carbonique, les phosphatases alcalines

- le magnésium Mg2+ - le calcium - le sodium - le potassium

II) Coenzymes Quand une enzyme fonctionne avec un coenzyme, on a un complexe, dans ce complexe on va définir l’enzyme proprement dite que l’on appelle apoenzyme, à cette apoenzyme se fixe un coenzyme pour former un complexe actif : un holoenzyme. Un coenzyme n’est jamais de nature protéique. Souvent, ce sont des molécules organiques de petite taille par rapport à l’enzyme. Très souvent, ce sont des composés thermostables, contrairement aux enzymes qui sont thermolabiles. Enfin, les coenzymes ne sont jamais responsables de la spécificité enzymatique. On peut dégager 3 grandes familles : 2.1. Groupements prosthétiques On parle de groupement prosthétique quand le coenzyme est lié à l’enzyme de façon covalente. 2.2. Coenzymes vrais Dans ce cas, une très petite molécule va assister les chaînes latérales de l’enzyme lors de la catalyse (par exemple, le phosphate de pyridoxal), en revanche la liaison à l’enzyme est faible. 2.3. Cosubstrats Un cosubstrat est faiblement lié à l’apoenzyme, le cosubstrat va pleinement participer à la catalyse enzymatique (par exemple NAD+ qui va récupérer les protons).

III) Relations vitamines-coenzymes Les vitamines sont des substances organiques, certains organismes sont incapables d’en assurer la synthèse, elles doivent donc être apportées par l’alimentation. On les classe en se basant sur leur solubilité : on va différencier les hydrosolubles des liposolubles. Le plus souvent, ce sont les vitamines hydrosolubles qui sont à l’origine des coenzymes, toutefois certains coenzymes n’ont pas de caractère vitaminique, par exemple l’acide lipoïque, le coenzyme Q, les cytochromes… IV) Vitamines hydrosolubles 4.1. Vitamine B1 : thiamine La forme active est TPP (Thiamine Pyro Phosphate). Son rôle physiologique est le transfert d’une fonction aldéhyde : elle va donc intervenir dans les réactions catalysées par les transcétolases (chaînes des pentoses phosphates) et dans la décarboxylation des acides α-cétoniques (pyruvate, α-cétoglutarate). En absence de thiamine, il y a une accumulation des substrats concernés et une augmentation importante du taux de pyruvate, de certains composés de la voie des pentoses phosphates, et comme symptôme des fatigues extrêmes, anorexies et problèmes nerveux au niveau des membres. Cette carence en thiamine porte le nom de Beri Béri, maladie absente dans les pays occidentaux mais fréquente dans le sud-est asiatique car les populations s’y nourrissent de riz poli, trop raffiné. Certains poissons possèdent une enzyme, la thiaminase, qui détruit la thiamine. 4.2. Vitamine B2 : riboflavine Elle n’est efficace que sous deux formes : FMN et FAD. Ces deux molécules servent de groupements prosthétiques à des déshydrogénases, les flavoprotéines, dans lesquelles on trouve fréquemment des ions métalliques (Fer), d’où le nom de metalloflavoprotéines. On trouve ces molécules dans le cycle de Krebs, dans le complexe pyruvate déshydrogénase, α-cétoglutarate déshydrogénase, dans l’oxydation des acides gras… Les carences en B2 ne provoquent que des troubles minimes, de plus la B2 est trouvable partout, ce qui fait qu’on ne développe jamais de carence. 4.3. Acide nicotinique Il va donner la nicotinamide qui va être à la base de deux coenzymes essentiels : le NAD et le NADP, qui fonctionnent dans des réactions de déshydrogénation. Un déficit en acide nicotinique entraîne la pellagre, maladie se manifestant par diarrhées, stomatiques, et démences si le cas se prolonge, la pellagre se rencontre au Proche-Orient et en Afrique car les populations se nourrissent de maïs, et dans le maïs l’acide nicotinique est sous une forme complexée non disponible. Il existe un médicament, le isoniazide, qui peut entraîner la pellagre. 4.4. Acide pantothénique (B5) C’est la base du coenzyme A (CoA SH) et de l’ACP (acyl carrier protein), élément essentiel de la biosynthèse des acides gras. Son rôle est de transporter les groupements acyles ou acétyles au niveau du groupement SH. Il est présent dans tous les aliments.

4.5. Pyridoxine (B6) Cette vitamine va donner des coenzymes à pyridoxine qui vont être : pyridoxal et pyridoxamine. Les formes coenzymatiques sont les formes phosphatées de la pyridoxal et de la pyridoxamine. Ces deux coenzymes vont intervenir dans les réactions de transaminations des acides aminés, dans la glycolyse (formation d’une base de Schiff). Cette vitamine est nécessaire chez tous les animaux, mais on met en évidence un rôle sur le développement du système nerveux central, par exemple des nourrissons très carencés en B6 développent des crises d’épilepsie parfaitement corrigées par injection de B6. D’autre part, chez des adultes, on a détecté des carences en B6 après traitement avec isoniazide (anti-tuberculeux) parce qu’il y a complexe entre ce médicament et le phosphate de pyridoxal. Les carences sont rares avec des alimentations normales, sauf chez les alcooliques car l’éthanol est rapidement transformé en acétaldéhyde qui vient en compétition avec le phosphate de pyridoxal, ce qui cause une inactivation du phosphate de pyridoxal. 4.6. Biotine Très répandue dans la nature, elle transfère des groupements carboxyles, en effet elle intervient au niveau des carboxylases où la biotine est un cofacteur car la liaison est très forte. Les carences sont rares mais le blanc d’œuf renferme une protéine, l’avidine, qui se combine étroitement à la biotine et bloque son absorption, provoquant douleurs musculaires et hallucinations. 4.7. Acide folique Il est constitué (de gauche à droite) d’un acide glutamique, d’un acide para-amino-benzoïque et d’une ptéridine (base azotée). Cet acide folique, grâce à une enzyme appelée folate réductase, va être transformée en ATHF (acide tétrahydrofolique). Dans la forme réduite, on va avoir 4 hydrogènes supplémentaires qui vont se mettre en 5, 6, 7 et 8 sur le deuxième cycle. Le rôle de l’ATHF est de transporter des radicaux monocarbonés (groupements méthyles, groupements formyles…). Chez les microorganismes, la synthèse de l’acide folique nécessite l’acide para-amino-benzoïque, ce qui a permis la mise au point de sulfamides qui sont des analogues de l’acide para-amino-benzoïque, ces sulfamides vont entrer en compétition avec l’acide para-amino-benzoïque sur le site actif de l’enzyme qui synthétise l’enzyme. Les bactéries ne peuvent plus synthétiser l’acide folique, ce qui perturbe leur organisme, les sulfamides ont donc une action bactériostatique. Chez l’homme, l’acide folique joue un rôle considérable dans l’anémie mégaloblastique qui fonctionne avec la vitamine B12. L’acide folique se trouve dans tous les aliments, on ne développe donc pratiquement jamais de carence en acide folique. 4.8. Vitamine B12 On l’appelle parfois cobalamine, car elle possède un atome de cobalt au centre de sa structure. La vitamine B12 n’existe pas dans le monde végétal, ce qui veut dire que cette vitamine pose des problèmes aux végétariens et végétaliens. Elle existe dans les tissus animaux et est synthétisée au niveau des microorganismes que nous hébergeons. On stocke cette vitamine au niveau du foie, toutefois son absorption est assez complexe car elle nécessite la présence d’une glycoprotéine appelée facteur intrinsèque. Ce facteur intrinsèque

est sécrété au niveau de l’estomac. Cette vitamine B12, en collaboration avec la B6, transforme un acide aminé appelé homocystéine en méthionine, ce qui est indispensable car l’homocystéine en excès est très nocive pour les vaisseaux sanguins et les nerfs. Chez les végétaliens, il a donc carence en B12, donc l’homocystéine peut s’accumuler dans le sang et entraîner des problèmes cérébrovasculaires (AVC), d’autre part si la transformation en méthionine n’est pas suffisante, on va avoir un déficit en méthionine qui est pourtant nécessaire à la production de myéline, ainsi les transmissions nerveuses sont altérées. La vitamine B12 joue un rôle très important pour la transformation de l’acide folique en une forme particulière qui est indispensable à la formation d’ADN et d’ARN. Une carence en B12 se répercute sur la productions des globules rouges qui deviennent anormalement gros. Nos besoins en B12 sont assez faibles car elle est efficacement stockée au niveau du foie. Une carence en B12 peut intervenir plusieurs années après la consommation d’un produit animal. Des globules rouges trop gros entraînent une anémie pernicieuse ou mégaloblastique. Les sujets risquant ce type de carence sont les végétaliens stricts, les individus ayant subi une gastrectomie, les individus consommant des médicaments à hautes doses pour supprimer les acidités gastriques, les alcooliques… Cette vitamine est exclusivement synthétisée par les bactéries, si une viande possède la B12, c’est qu’il y a présence de bactéries capable de synthétiser la B12. Les végétaux sont exempts de B12 à moins d’être contaminés par ces bactéries. La levure alimentaire peut être une bonne source en B12 mais seulement si cette levure a d’abord été cultivée sur des milieux enrichis, on trouve dans le commerce des levures spécialement fabriquées qui ont assimilé la B12 pour les végétaliens. 4.9. Acide lipoïque (acide thioctique) On la trouve dans une grande variété de substances naturelles, c’est une molécule dont on connaît l’importance métabolique, en effet cet acide lipoïque intervient dans la décarboxylation de l’acide pyruvique (complexe pyruvate déshydrogénase) et des acides α-cétoniques. C’est un coenzyme de déshydrogénation car il échange des protons, c’est un antioxydant intéressant pour contrer les radicaux libres. 4.10. Vitamine C (acide ascorbique) C’est un dérivé cyclique des exoses, cette vitamine C va exister sous 3 degrés d’oxydation :

- forme réduite (acide ascorbique proprement dit) - forme semi-réduite (acide monohydroascorbique) - forme oxydée (acide déshydroascorbique)

La vitamine C doit être trouvée dans l’alimentation, les végétaux constituent une très grosses sources de vitamines C. La vitamine C est absorbée au niveau du duodénum, elle est très rapide à assimiler, par contre une prise d’aspirine diminue considérablement l’absorption en vitamine C. La vitamine C existe à 90% sous forme réduite et à 10% sous forme oxydée, la forme réduite est en effet protégée par le glutation. Dans le plasma, l’acide ascorbique se lie à l’albumine, nos leucocytes sont très riches en vitamine C mais également le cortex surrénal et l’hypophyse. Enfin, la vitamine C ne se stocke pas, si on en prend de trop on l’élimine immédiatement dans les urines, il est donc impossible de la stocker. Si l’apport cesse, en une dizaine de jours on n’a plus de vitamines C. Les besoins sont augmentés chez les fumeurs. La vitamine C agit comme un oxydoréducteur car la conversion de forme réduite à forme oxydée est très facile. Dans la biosynthèse du collagène, la vitamine C va favoriser les hydroxydation : la proline va devenir l’hydroxyproline, il en est de même pour la lysine qui

donne l’hydroxylysine, ce qui explique les carences qui ont permis de mettre en évidence la vitamine C comme le scorbut qui se manifestait par un déchaussement des dents, en effet les dents sont fixées sur des tissus bourrés de collagène. La dopamine peut être hydroxylée grâce à la vitamine C pour donner la noradrénaline. À partir du cholestérol, il va pouvoir y avoir fabrication d’acide biliaires. Enfin, l’action de la vitamine C est essentielle sur les radicaux libres, elle a donc une action d’antioxydant : la vitamine C sous sa forme réduite peut donner beaucoup de protons, et ces protons vont par exemple bloquer un ion superoxyde. La vitamine C sert à régénérer la vitamine E qui elle aussi joue un rôle essentiel d’antioxydant. La vitamine C est donc utilisée dans les fatigues passagères, elle stimule les défenses de l’organisme et leurs désinfections virales. Le problème, c’est qu’une absorption de doses trop fortes entraîne des troubles digestifs et des surexcitations. V) Vitamines liposolubles Elles ne peuvent être digérées que grâce à l’action de la bile. 5.1. Vitamine A Elle existe dans l’organisme sous forme de rétinol. Dans tous les aliments d’origine animale, la vitamine A est sous forme de rétinol ou d’ester de rétinol, alors que chez les végétaux on retrouve des carotènes (deux rétinols soudés entre eux). Ainsi, quand on absorbe un carotène, une enzyme va permettre la récupération de deux vitamines A. Elle a un rôle essentiel dans l’adaptation de l’œil à l’obscurité, une influence au niveau de la croissance des os et au niveau de l’absorption du fer. Les carences sont rares car les besoins sont couverts par une alimentation normale, c’est une vitamine que l’on peut stocker au niveau du foie. En cas de carence, on a des problèmes de vision nocturne (vision crépusculaire), si les carences sont très graves il y a kératinisation de la cornée (chez les nourrissons en Afrique par exemple). 5.2. Vitamine D Elle est produite par la lumière du soleil. S’il y a une exposition régulière au soleil, il n’y a aucun besoin d’apports additionnels. Elle est synthétisée grâce aux UV au niveau de la peau à partir d’un dérivé du cholestérol, on obtient ainsi un cholécalciférol qui est précurseur de la vitamine D. Les végétaux synthétisent l’ergocalciférol. Elle combat le rachitisme en permettant l’absorption du calcium et du phosphore pour faire un os de bonne qualité. Une carence en vitamine D, en cas de problème d’ensoleillement (par exemple chez les pays nordiques), entraîne du rachitisme, c’est pourquoi dans le lait et dans la margarine il y a des ajouts de vitamine D. On sait aussi que la capacité à synthétiser la vitamine D diminue avec l’âge, or avec l’âge se développe l’ostéoporose et l’ostéomalacie. Les populations noires émigrées dans les pays avec peu d’ensoleillement peuvent présenter des carences en vitamines D. Elle est présente dans l’huile de foie de morue, dans les œufs, dans le beurre, etc… Mais elle est citée pour pouvoir faire développer des hypervitaminoses, étant liposoluble elle va en effet s’accumuler facilement dans notre organisme. Les cas d’hypervitaminoses s’observent dans les cas thérapeutiques erronés : croissance ralentie, dans les cas extrême on assiste à une calcification des reins.

5.3. Vitamine E C’est un tocophérol et un puissant antioxydant naturel qui agit au niveau de nos membranes cellulaires. Elle agit au niveau des acides gras polyinsaturés, empêche leur peroxydation due aux radicaux libres, or des acides gras peroxydés déséquilibrent les membranes, la vitamine E ralentit ainsi les phénomènes de vieillissement cutané. Cette vitamine E est très souvent utilisée comme conservateur alimentaire pour éviter le rancissement des aliments (toujours dus aux radicaux libres). Les sources sont l’huile végétale, les céréales, le poisson, le beurre… Les carences sont donc extrêmement rares. 5.4. Vitamine K Elle appartient à la famille des quinones. On distingue deux types : les phyllokinones K1 (végétaux) et les ménaquinone K2 (bactéries). Le rôle de K1 est essentiel dans la coagulation sanguine au niveau du foie. Grâce à K1, le foie peut synthétiser la prothrombine qui, sous l’action de thromboplastine et de Ca2+, va donner la thrombine. Le foie synthétise également le fibrinogène que la thrombine va transformer en fibrine, ce qui va servir à fabriquer le caillot. La K2 favorise la fixation du calcium. On trouve la K1 dans les légumes verts et le soja, on trouve la K2 dans notre flore intestinal et dans les fromages, yaourts, etc. Chez les gens qui font des phlébites, des embolies pulmonaires, il est nécessaire d’administrer des anti-vitamines K (comme le coumarol) pour contrer son action coagulante. On a également la warfarine dans les raticides.