Cofacteurs
cofacteurs d'oxydoréduction
Hèmes et cytochromes: rôles

Rôles des hèmes

Les rôles des hèmes sont multiples.

Transport et stockage d’oxygène

Le Fe⁺⁺ de l'hème b fixe de manière réversible l'oxygène O₂ pour (Les protéines fixatrices de dioxygènes : myoglobine et hémoglobine) :

1. le transporter :

• dans le sang des vertébrés par l'hémoglobine (Hb) contenue dans les érythrocytes,
• dans les tissus de certains invertébrés, comme dans le plasma du lombric qui possède une hémoglobine extracellulaire géante de poids > 3 500 kDa, ou dans le liquide coelomique de certains mollusques,

2. le stocker dans le muscle par la myoglobine (Mb).

$\ce{Hb (hème b Fe++) + O2}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{oxyHb (hème b Fe++-O2) }$

Transport d'électrons

Les cytochromes b, c, a, a₃ jouent un rôle essentiel dans le transfert d’électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale ou la photosynthèse.

1. Dans la chaîne respiratoire mitochondriale, les complexes sont les suivants.

a. Le complexe II, i.e. succinate déshydrogénase (SDH) ou succinate-coenzyme Q réductase (SQR), contient un hème b, dont le rôle est obscur, mais qui ne ferait que stabiliser le complexe ou servir d'intermédiaire dans le transfert d'électrons ( mécanisme du complexe II).

b. Le complexe III ou coenzyme Q-cytochrome c réductase contient ( cycle Q) :

• le cytochrome b à deux hèmes b à spins différents, b_L et b_H pour conduire un électron au site Q_i,
• le cytochrome c₁ à hème c pour transmettre l'autre électron au cytochrome c dans l'espace intermembranaire mitochondrial (IMS), qui le transfère du complexe III au complexe IV.

c. Le complexe IV ou cytochrome c oxydase contient l'hème a à faible spin, et l'hème a3 à fort spin couplé à Cu_B, qui constitue le site actif de l’enzyme ( mécanisme complexe du complexe IV).

2. Dans la photosynthèse, les complexes sont les suivants.

a. Dans le complexe cytochrome b₆f (plastoquinol-plastocyanine réductase), on trouve :

• le cytochrome b₆ à deux hèmes b à spins différents, b_L et b_H ,comme pour le complexe III, pour conduire un électron au site Q_i,
• le cytochrome f, variante du cytochrome c, pour transmettre l'autre électron pour le transmettre à la plastocyanine.

b. PSII contient également un petit cytochrome b₅₅₉ qui ne participe pas directement au transfert d’électrons.

Catalyse enzymatique

Les hèmes activent de petites molécules, i.e. O₂, NO, CO, H₂O₂… souvent très stables ou peu réactives, pour permettre des réactions enzymatiques spécifiques.

Le tableau ci-dessous donne quelques exemples.

Enzyme / Protéine à hème	Petite molécule activée ou liée	Type de catalyse	Rôle principal
Cytochromes (b, c, a, f)	Électrons (pas de molécule liée directement)	Transfert d’électrons (oxydoréduction)	Transport d’électrons dans chaînes respiratoires ou photosynthétiques Désaturases des lipides( b5)
Catalases	H2O2 (formaldéhyde)	Décomposition en H2 et O2	Protection cellulaire contre le stress oxydatif
Peroxydases	H2O2	Oxydation de substrats à partir de H2O2	Défense contre les peroxydes, métabolisme
Cytochromes P450	O2	Hydroxylation (insertion d’oxygène)	Métabolisme des composés organiques, détoxification
Myoglobine / Hémoglobine	O2, CO, NO	Transport et liaison réversible	Stockage et transport d’oxygène, signalisation
Guanylate cyclase soluble (cGMP)	NO	Activation enzymatique via liaison	Signalisation cellulaire (messager secondaire)

Capteurs et régulateurs

Les hèmes sont utilisés ici, non pas pour transformer chimiquement les gaz comme O₂, NO ou CO, mais pour détecter leur présence et moduler une activité biologique enzymatique ou transcriptionnelle.

C’est une forme de signalisation moléculaire.

Protéine	Gaz détecté	Rôle du hème	Fonction régulée	Type de réponse
Guanylate cyclase soluble (cGMP)	NO	Liaison directe de NO sur Fe²⁺ du hème ➞ rupture de liaison His	Active la production de GMPc à partir de GTP	Signalisation (vasodilatation, neurotransmission)
NPAS2	O2, CO	Hème lié au facteur de transcription ➞ sensible aux ligands	Régule les gènes de l’horloge circadienne	Contrôle transcriptionnel
REV-ERBα/β	CO, NO	Facteurs de transcription nucléaires à hème	Régulation de gènes du rythme circadien et métabolisme	Répression/activation transcriptionnelle dépendante du ligand
PGRMC1 (progesterone receptor membrane component 1)	CO ? (possiblement)	Hème lié, rôle mal défini encore	Signalisation cellulaire, transport du stéroïde, possible rôle dans la régulation	?
CBS (cystathionine β-synthase)	CO, NO	Hème régule l’activité enzymatique selon les ligands	Métabolisme du soufre et régulation de la production de H2S	Inhibition ou activation enzymatique selon le gaz
HO-2 (hème oxygénase 2)	O2, CO	Hème à la fois substrat et capteur ➞ activité influencée par O2	Catalyse la dégradation du hème ➞ production de CO	Réponse à l’hypoxie/signalisation

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