Coenzyme

Les coenzymes (féminin ou masculin[1],[2]) sont des molécules organiques particulières, pouvant inclure des ions métalliques, ayant pour spécificité de servir de cofacteurs à certaines enzymes, en participant obligatoirement à la réaction catalytique. Deux types de coenzymes peuvent être distinguées : celles qui sont structurellement liées par une liaison covalente à l'enzyme au sein d'un complexe stable et qu'on qualifie de groupements prosthétiques, et celles qui se lient de manière transitoire à l'enzyme et participent au cycle catalytique.

Dans le cas des premières qui forment des complexes stables, la coenzyme fait partie intégrante de l'enzyme, la partie purement protéique est appelée apoenzyme ; tandis que la protéine associée à sa ou ses coenzyme(s) est appelée holoenzyme. La spécificité réactionnelle est portée par une structure de type holoenzymatique.

Les coenzymes sont impliquées directement dans la catalyse, par exemple :

Cette classification est contestable mais repose sur les fonctions (qui peuvent être regroupées autrement) et non sur la distinction groupement prosthétique/coenzyme libre. NAD est libre, FAD est lié mais les deux coenzymes ont le même rôle de transfert d'électrons et d'ions H+.

Autre possibilité de classement :

  • des coenzymes rédox (qui existent donc sous deux formes, réduite et oxydée) ;
  • des coenzymes de transfert de groupements ;
  • des coenzymes activateurs de substrats (qui peuvent être classés aussi dans les précédents).

Caractéristiques

Définition

Une définition possible du mot "coenzyme" :

  • molécule non protéique de faible masse molaire ;
  • strictement indispensable à l'activité enzymatique mais non responsable de la stéréospécificité ni de l'orientation de la réaction ;
  • de concentration cellulaire faible et donc toujours régénérée en fin de réaction par la réaction elle-même ou une autre réaction cellulaire ;
  • incluant éventuellement un ion métallique participant à la réaction (Fer II ou III, Cobalt…) ou d'autres éléments (Soufre…). Dans certains cas, des ions métalliques participent par chélation (ex. : ions Mg2+ dans l'ATP, dont ils stabilisent la structure).

Origine et biosynthèse

Les coenzymes sont indispensables à l'activité de l'enzyme. Ces composés organiques peuvent être :

Les organismes autotrophes (plantes, nombreux procaryotes) synthétisent tous les coenzymes nécessaires à leur métabolisme.

Participation à la catalyse

Il existe quelques dizaines de coenzymes connus, pour plusieurs milliers d'enzymes : la spécificité de la réaction dépend uniquement de l'apoenzyme et non du coenzyme. Les coenzymes substrats sont régénérés et retournent à leur état initial, soit au cours du cycle catalytique de l'enzyme lui-même, soit lors d'une seconde réaction enzymatique.

Dans leur structure chimique, les coenzymes sont souvent riches en électrons π (par un ou plusieurs noyaux aromatiques) qui contribuent à leur fonc-tion dans le cycle catalytique de l'enzyme. Elles réagissent stœchiométriquement (mole à mole) durant la réaction enzymatique.

Types

Les coenzymes ont des rôles variés. Il est possible de distinguer les coenzymes par leur rapport structural avec l'apoenzyme mais cette approche se heurte aux rôles de ces coenzymes.

Première approche

  • Comme substrats particuliers (cosubstrats) comme des coenzymes rédox (NAD, FAD, groupements héminiques, etc.), l'ATP. L'enzyme utilise le coenzyme qui sera régénéré dans une autre réaction inverse (le NAD transformé en NADH est régénéré par la chaine respiratoire par exemple), l'ATP est produit par une réaction très exergonique ou par l'ATP synthase liée à la chaine respiratoire.
  • Comme activateurs de substrats (coenzyme A, biotine…) permettant le transfert sur un substrat d'autres molécules comme le CO2 (biotine) ou permettant au substrat activé des réactions sinon difficiles (coenzyme A dans l'acétyl-CoA…).
  • Comme partie du site actif catalytique (thiamine pyrophosphate, pyridoxal-phosphate…) : le coenzyme réalise la réaction, l'holoenzyme assurant la spécificité.

Deuxième approche

  • Des coenzymes rédox (qui existent donc sous deux formes, réduite et oxydée) : ces coenzymes transfèrent des électrons (et éventuellement des protons) à partir d'un substrat pour les placer sur un autre substrat (ex. : production de NADH dans la glycolyse puis consommation du NADH dans la fermentation lactique ou dans la chaine respiratoire). Ce sont le plus souvent des cosubstrats.
  • Des coenzymes de transfert de groupements comme le phosphate (ATP), le CO2 (Biotine), un groupement 2-oxo (Thiamine pyrophosphate).
  • Des coenzymes activateurs de substrats (qui peuvent être classés aussi dans les précédents).

Classer est parfois difficile : des transferts de groupements sont parfois liés à des réactions rédox intermédiaires (voir cobalamine dans la méthyl-malonyl mutase par exemple dans Wikipedia en anglais).

Classification

Structure chimique du NAD
Structure du nicotinamide adénine dinucléotide (NAD).

Coenzymes d'oxydoréduction :

Structure chimique du Coenzyme A
Structure du coenzyme A, impliqué dans le transport de groupements acyle entre différentes enzymes.

Coenzymes de transfert de groupements :

Coenzymes d'activation : cette catégorie rassemble certaines des coenzymes précédemment citées, comme le coenzyme A.

Voir aussi

Notes et références

  1. « COENZYME : Définition de COENZYME », sur www.cnrtl.fr (consulté le )
  2. Académie française, « coenzyme | Dictionnaire de l’Académie française | 9e édition », sur www.dictionnaire-academie.fr (consulté le )

Liens externes