Réactions d oxydation et de réduction dans les processus biologiques

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1 Faculté de Pharmacie Université de Montpellier Réactions d oxydation et de réduction dans les processus biologiques Séverine Denoyelle, MCF Chimie Thérapeutique

2 1. Généralités capable : - de capter des e - - de se réduire capable : - de donner des e - - de s oxyder catalyse une réaction d oxydation Réaction d oxydoréduction catalyse une réaction de réduction 2. Réactions catalysées par des enzymes 2.1. Généralités Coenzyme oxydée Coenzyme réduite AD + AD ADP + ADP FAD FAD 2 FM FM FM FM 2

3 2.2. Les coenzymes dérivées du nicotinamide: le AD + et le ADP + agent oxydant : agent réducteur : 2 2 P C 2 réduction P C P P C 2 oxydation C 2 (P 3 2- ) 2- (P 3 ) AD + (ADP + ) AD (ADP)

4 Rappel : P P P 5' 3' pentose 2' nucléoside nucléotide monophosphate nucléotide diphosphate nucléotide triphosphate Base liaison osidique =ribose = déoxyribose AD + : (nicotinamide adénine dinucléotide)

5 AD + /AD

6 oxydation du lactate en pyruvate par la lactate déshydrogénase : la glycolyse : D-Glucose + 2Pi + 2ADP + 2AD + glycolyse P i = phosphate inorganique P 4 2- ou hydrogénophosphate 2Pyruvate + 2AD ATP + 22

7 Détail du mécanisme de la réaction d oxydoréduction catalysée par la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase (étape 6):

8 Site actif : AD R Enz AD R Enz is is 2 (1) 2 Cys Enz S 2 C 2 P 3 D-Glycéraldéhyde 3-phosphate (G3P) Cys Enz S 2 C 2 P 3 Thiohémiacétal (2) AD 2 R Enz is AD 2 R Enz is (4) Cys Enz S P 2 C 2 P 3 1,3-Bisphosphoglycérate (1,3BPG) (3) Cys Enz S 2 C 2 P 3 Intermédiaire thioacyl-enzyme P

9 le cycle du citrate (cycle de Krebs) : C C C C C CoAS C 2 - citrate 2 Acétyl CoA Citrate synthase Acotinase AD + + xaloacétate AD + L-Malate Malate déshydrogénase 2R,3S-Isocitrate Isocitrate déshydrogénase AD + AD + + C 2 -Cétoglutarate CoAS 2 Fumarase Complexe de l' -cétoglutarate déshydrogénase AD + AD + + C 2 Fumarate Succinyl CoA FAD 2 FAD succinate déshydrogénase Succinate C 2 - C C C 2 - Succinyl-CoA synthétase CoAS Pi GDP GTP

10 ADP + /ADP la voie des pentoses phosphates : Glucose 6-phosphate G6P Glucose 6-phosphate déshydrogénase ADP + ADP + + = voie du phosphogluconate ou voie des hexoses monophosphates 6-Phosphoglucono-1,5-lactone Gluconolactonase Phosphogluconate Segment oxydatif 6-Phosphogluconate déshydrogénase ADP + ADP + + C 2 Ribulose 5-phosphate Ribulose 5-phosphate 3-épimérase Ribulose 5-phosphate isomérase Xylulose 5-phosphate Ribose 5-phosphate Segment non oxydatif Glycéraldéhyde 3-phosphate G3P Fructose 6-phosphate F6P

11 Détails de la phase oxydative : la réduction du glutathion : S GS (glutathion réduit) 2 2 Glutathion peroxydase 2 2 ADP +, FAD 2 Glutathion réductase ADP, +, FAD - S S GSSG (glutathion oxydé)

12 2.3. Les coenzymes dérivées de la riboflavine: le FAD et le FM

13 FAD/FAD 2 le cycle du citrate : la réduction du glutathion : voir paragraphe ADP + /ADP FM/FM 2 la chaîne respiratoire du transport d électrons :

14 la déshydrogénation du dihydroorotate :

15 3. Autres cofacteurs : les cytochromes 3.1. Les cytochromes a, b et c Complexes Succinate-ubiquinone réductase Ubiquinone-cytochrome c réductase Cytochrome c oxydase Cofacteurs FAD Cytochrome b 560 Cytochrome b 562 Cytochrome b 566 Cytochrome c 1 Cytochrome a Cytochrome a 3

16 le transfert d électrons de l ubiquinol au cytochrome c : la réduction de 2 en 2 : - la cytochrome c oxydase, dont les cofacteurs sont les cytochromes a et a 3, est le constituant terminal de la chaîne respiratoire de transports d e -. - ce complexe protéique catalyse l oxydation du cytochrome c ferreux. - la réduction d 2 en deux molécules de 2 va alors se produire grâce à quatre e - fournis par les cytochromes c lors de leur oxydation et deux paires de protons pompés dans l espace intermembranaire.

17 3.2. Les cytochromes P450 Exemple de structure d un cytochrome P450 : Ces enzymes sont de puissants oxydants capables de catalyser : - l hydroxylation de liaisons C- saturées grâce à une mono-oxygénation du dioxygène 2, un atome d'oxygène étant transféré au substrat (R) et l'autre étant réduit en eau : R e - R l époxydation de doubles liaisons. - l oxydation d hétéroatomes. - des réactions de déalkylation. - l oxydation de cycles aromatiques.