Coenzymes
Vue d'ensemble et classification

La définition générale précédente cache une diversité de définitions et souvent les termes des cofacteurs, coenzymes et groupes prosthétiques sont interchangeables ( définitions).

Les coenzymes agissent le plus souvent comme un transporteur temporaire de groupes chimiques, i.e. électrons, atomes ou groupes fonctionnels entre différentes molécules au cours d'une réaction.

• Le terme coenzyme peut être masculin ou féminin.
• Le terme cosubstrat est souvent considéré comme synonyme de coenzyme au sens strict.

Vue d'ensemble des coenzymes

Les coenzymes font partie des cofacteurs organiques qui se lient de manière temporaire à l'enzyme et aident à transférer des groupes chimiques pendant la réaction catalysée.

• La différence avec les groupes prosthétiques est que ces derniers sont fortement liés et de manière stable à l'enzyme, souvent de manière covalente.
• Mais ce n'est pas aussi simple : FAD (flavine adénine dinucléotide) est un groupe prosthétique qui peut, dans certains cas, agir comme un coenzyme.

1. De manière générale, les coenzymes sont :

• indispensables à l'activité de certaines enzymes, i.e. une enzyme peut être inactive sans sa coenzyme,
• faiblement liées à l'enzyme,
• régénérée à la fin de la réaction pour pouvoir participer à plusieurs cycles.

2. Les coenzymes, de faible masse moléculaire comparée à celle des enzymes, ont une structure relativement simple.

a. Les coenzymes sont souvent dérivées :

• de vitamines ou de leurs précurseurs, excepté la vitamine C et la vitamine A,
• d'autres nutriments organiques essentiels qui se trouvent en petites quantités dans l'organisme et qui contiennent souvent de l'AMP (Adenosine MonoPhosphate).

b. On peut citer :

• NAD (nicotinamide adénine dinucléotide),
• FAD (flavine adénine dinucléotide),
• l'ubiquinone (Q),
• la coenzyme A (CoA),
• la thiamine pyrophosphate (TPP),
• la biotine (vitamine b₇)…

3. La liaison apoenzyme/coenzyme (E-Co) est plus ou moins fragile : on peut les séparer par dialyse.

• La coenzyme est dialysable.
• L'apoenzyme protéique ne dialyse pas, mais perd son activité catalytique.
• Le mélange des deux fractions restaure l'activité.

a. Cette solidité est différente selon les coenzymes et peut avoir un rôle bien précis ( chaîne respiratoire).

• Les enzymes à NAD se séparent facilement de leur coenzyme.

La faiblesse de la liaison entre NAD et la NADH déshydrogénase (complexe I) permet au NAD de faire la navette entre les apoenzymes des déshydrogénases de spécificité différente.

• Les coenzymes flaviniques sont plus solidement liées.

b. Ces coenzymes interviennent l'un après l'autre dans la respiration cellulaire et ils se succèdent dans l'ordre de solidité croissante des cofacteurs NAD, FAD et cytochromes, i.e. ces derniers, rappelons-le, sont des groupes prosthétiques et non des coenzymes.

Nous pouvons utiliser une métaphore.

• NAD peut être considéré comme un taxi pour embarquer les électrons et les déposer d’une enzyme à l’autre.
• FAD pourrait être un bus qui suit un trajet régulier.
• Les cytochromes sont des stations fixes, quand ils sont incorporés à des complexes, i.e. III ou IV, ou des rails, cytochrome c, quand ils sont mobiles, qui transfèrent les électrons de proche en proche.

4. Les coenzymes sont des accepteurs et des transporteurs de radicaux libérés au cours de la catalyse :

• des des électrons, des protons (H⁺) dans les réactions d'oxydoréduction,
• des groupes fonctionnels comme des méthyles ($\ce{-CH3}$) ou des acyles ($\ce{R-C(=O)-}$).

a. La réaction générale est la suivante : $\ce{A-R +B->A +B-R}$ (échange de R entre A et B )

• $\ce{A-R +E-Co->A +E-Co-R}$ (prise en charge de R),
• $\ce{E-Co-R +B->B-R +E-Co}$ (transport sur B),
• $\ce{E-Co->E +Co}$ (dissociation de l’holoenzyme dans le cas d'un cosubstrat).

b. Toutefois, on peut trouver plusieurs coenzymes lors d'une réaction : le complexe multi-enzymatique pyruvate déshydrogénase, au carrefour de la glycolyse et du cycle de Krebs, comprend :

• cinq cofacteurs organiques, la thiamine pyrophosphate (TPP), le lipoamide et la flavine adénine dinucléotide (FAD) liées par liaison covalente, les cosubstrats nicotinamide adénine dinucléotide (NAD⁺) et coenzyme A (CoA),
• un cofacteur métallique ($\ce{Mg++}$).

Classification des coenzymes

Les coenzymes peuvent être classés selon plusieurs critères, i.e. fonction, nature chimique, origine, et les principaux sont les suivants (classification des coenzymes).

1. les coenzymes des oxydoréductases :

a. les coenzymes nicotiniques ou nucléotides pyridiniques :

• NAD (nicotinamide adénine dinucléotide),
• NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) ;

b. les coenzymes flaviniques ou nucléotides flaviniques, esters phosphoriques de la riboflavine (vitamine B2) :

• FMN (Flavin MonoNucleotide),
• FAD (Flavin Adenine Dinucleotide),

c. les ubiquinones ou coenzymes Q qui les rapprochent des vitamines K et C,

2. les coenzymes des transférases, mais aussi des lyases, des isomérases et des ligases :

• les ATP et autres nucléosides triphosphates comme la S-Adénosylméthionine (SAM),
• le pyridoxal phosphate (PLP), forme active de la pyridoxine (vitamine B6), contenu dans les aminotransférases (réactions de transamination, décarboxylation et de synthèse des acides aminés),
• la coenzyme A d'acylation (CoA), activateur des acides gras dans les réactions de dégradations, transporteur de groupe acyle ($\ce{R–C=O$}) ;
• l'acide folique (vitamine b₉), sous forme de tétrahydrofolate…
• la biotine (vitamine b₇),
• la thiamine (vitamine b₁), par le thiamine pyrophosphate (TPP) et le thiamine triphosphate (TTP),
• la 4'-phosphopantéthéine (dérivée de l'acide pantothénique ou vitamine B5).…