MTABOLISME DES PORPHYRINES SYNTHESE DES PORPHYRINES CATABOLISME DES

MÉTABOLISME DES PORPHYRINES -SYNTHESE DES PORPHYRINES -CATABOLISME DES PORPHYRINES Dr E. FERAGA

SYNTHESE DES PORPHYRINES -BIOSYNTHÈSE DE L’HÉME- Dr E. FERAGA

PLAN I. INTRODUCTION II. IMPORTANCE BIOMEDICALE III. BIOSYNTHÈSE DES PORPHYRINES IV. RÉGULATION DE LA SYNTHÈSE V. ANOMALIES DU MÉTABOLISME

I. Introduction • Le terme porphyrine provient du grec porphura qui signifie violet (pourpre) • En 1896, Nencki propose pour la première fois une structure chimique des porphyrines fondée sur le motif pyrrolique.

I. Introduction • Des pigments biologiques, les porphyrines, sont des molécules essentielles pour la vie, elles sont fluorescentes. « Les composés qui font que l'herbe est verte et le sang rouge »

PORPHYRINES • Sont des corps cycliques formés de 4 anneaux pyrroliques • Ces anneaux pyrroliques sont reliés entre eux par des ponts méthénes porphyrine (tétrapyrole) • Les porphyrines sont capables de chélater différents ions métalliques comme le fer, le zinc et le magnésium métalloporphyrine(formes biologiquement actives).

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PORPHYRINES • Dans la natures, les métalloporphyrine se conjuguent aux protéines formant des hémoprotéines de grande importance biologiques , on compte parmi ces porphyrines:

• Le chlorophylle porphyrine + Mg++ les plantes. • Coenzyme F 430 porphyrine + Nickel les bactéries • Vit B 12 : porphyrine + cobalt. • Cytochromes: Cytochrome c de la chaine respiratoire transport des électrons par R d’oxydo-réductions, le+imp Cytochrome c • Hémoglobine : Hb = [(porphyrine +Fer)= 4 hème ]+protéines (4 globines) • Myoglobine: pigment respiratoire du muscle squelletique 1 Hème + 1 chaîne peptidique

II. Importance biomédicale Les hémoprotéines participent à différents processus biochimiques : - Le transport de l’oxygène (hémoglobine). - Le stockage de l’oxygène (myoglobine). - La respiration mitochondriale (cytochromes de la chaîne respiratoire). - La destruction de dérivés peroxydes (catalases et péroxydases). - Le métabolisme des xénobiotiques (monooxygénases liées aux cytochromes P 450) - oxydation du tryptophane (tryptophane pyrrolase) Des anomalies au cours de leur synthèse entraînent des maladies : les porphyries.

III. Biosynthèses des porphyrines 2 voies métaboliques : • Voie normale (III) porphyrines de type III et à l’hème • Voie accessoire (I) métabolites éliminés dans les selles et les urines, activée qd la voie III est bloquée. Lieu de synthèse : • Principalement: les réticulocytes M. O. 5/6 Hb. • Foie: 1/6 Coenzyme d’oxydoréduction (cyt. P 450) impliqué dans les R de détoxification hépatique.

III. Biosynthèses des porphyrines • La biosynthèse des porphyrines est une voie métabolique qui conduit au noyau hème. • Substrats: - Succinate activé des mitochondries (cycle de KREBS ou néoglucogénèse) - Glycine : Glycocolle : Aa • Etapes : 07 réactions – R 1, 5, 6, 7 : mitochondrie – R 2, 3, 4: cytoplasme

R 1: Limitante: étape de régulation. RI: condensation succinyl. Co. A avec GLY suivie d’une décarboxylation Σse ALA Enz: ALA synthétase à Coenz PLP phosphate de pyridoxal.

• Lieu: mitochondrie • étape limitante : ALA synthétase rétroinhibée par L’HEME • ALA synthétase : enz adaptative: synthèse et activité dans le foie réprimées quand la teneur en hème au cours de la porphyrinogénèse. – Activateurs de la synthèse de l’ALA Σase: l’ATP, la biotine, la vit B 1. – Inhibiteurs: l’ADP, l’AMP et le phosphate, un excès de succinate et d’ -cétoglutarate, carence en vit PP ou niacinamide certaines drogues antagonistes du PP (pénicillamine, isoniazide…).

R 2 : condensation de 2 ALA par déshydratation PBG prophobilinogène Σse noyau pyrrole du avec gpt acétyle et propionyle A [acetyl] P [propionyl]

désamination IIIa: (Porphobilinogène désaminase)

Etape 3 b: uroporphyrinogène III co-synthétase Uroporphyrinogene III cosynthase Asymétrique Symétrique

R 3: Σse UPG III = condensation par désamination de 4 PBG L’anneau tétrapyrrolique est formé (les nyx pyrole étant liés par ponts méthylènes) Enz: PBG désaminase ou UPGI synthase et UPGIII Cosynthase

CH 3 1 UPG décarboxylase 3 8 4 C 02 5 UPG III R 4: décarboxylation 4 grts acétyles 4 grts méthyles (C 1, C 3, C 5, C 8) Uroporphyrinogène III Coproporphyrinogène III

2 CPG oxydase 4 2 C 02 + 4 H Coproporphyrinogène III (CPG III) Protoporphyrinogène III (PPG III) • R 5: décarboxylation oxydative des gpts propionyl en C 2 et C 4 gpts vinyles Protoporphyrinogène III • la ‘’couronne ’’de substituants est mise en place.

H H PPG oxydase III(IV) incolore III(IV) colore • R 6: oxydation des ponts méthylènes CH 2 ponts CH méthènes = insaturations (doubles liaisons conjuguées) Protoporphyrine IX (PP)

H H H H Protoporphyrine. III(IX) • R 7: chélation du fe 2+ (réduit=fer ferreux ) à 2 atomes d’N pyrroliques hème. • Enz: ferrochélatase ou hème synthase requière le Fe++, l’acide ascorbique et la cystéine comme agents réducteurs. Elle est activée par l’ascorbate, la cystéine, le glutathion et inhibée par le plomb.

R 1 Succinyl-Co. A + glycine R 2 Co. A+C 02 δ-aminolevulinate ALA synthétase PLP 2 H 2 O PBG synthase Prophobilinoogène PBG R 3 PBG désaminase + 4 NH 2 UPGIII Cosynthase Uroporphyrinogéne UPG X 4 X 2

R 4 UPG III 4 C 02 Coproporphyrinogène III UPG décarboxylase (CPG III) R 5 CPG oxydase 2 C 02 + 4 H Protoporphyrinogène III (IX) PPGIII(IX) R 6 PPG oxydase 6 H Protoporphyrine III(IX ) (PP) Fe 2+ ferrochelatase R 7 HEME

Synthèse de l’hème • La synthèse des porphyrines se fait par condensation de huit molécules de Succinyl Co. A et huit molécules de glycines pour obtenir un noyau tétrapyrrole et Fe+2 : – condensation de 2 ALA en porphobilinogène – condensation de 4 porphobilinogènes, décarboxylations, oxydation en porphyrine III(IV) – chélation du fer • Elle ne nécessite pas d’ATP , le seul composé apportant de l’énergie est le Succinyl Co. A.

Succinyl. Co. A GLY ALA Σase ALA ALA DHase PPG UPG I CPG I Non enz PBG désaminase UPG III co Σase Polypyrryl méthane UPG Décarboxylase Uroporphyrine I : urines CPG III Uroporphirine III Coproporphyrine I: selles HEME Schéma général UPG III CPG III oxy PPG oxy ferrochelatse PP

Résumé (à retenir): La première enzyme de la biosynthèse de l'hème s'appelle l'ALA synthase. C'est sur cette enzyme que va porter la régulation de la biosynthèse. Ø On a ensuite tout d'abord la formation des précurseurs des porphyrines ALA et PBG, puis la formation des porphyrinogènes, puis des porphyrines pour enfin arriver à l'hème par incorporation d'un atome de fer.

IV. Régulation 1. Dépend de la disponibilité des substrats : Ø Fe++ pour la ferrochélatase Ø Succinate pour l’ALA synthétase 2. Régulation allostérique: Enz allostérique est rétro-inhibée par l’hème. q le but de la régulation varie selon le lieu de synthèse: foie / Cellules erythroïdes

1. Foie : § Synthèse adaptée à la demande cellulaire (cytoc, catalase…) Elle dépend : 1. De la vitesse de la R 1 limitante (ALAS) = hème inhibiteur allostérique 2. Transport de l’ALAS du cytoplasme vers la mitochondrie 3. Synthèse de ALAS dont l’hème est un répresseur

Noyau = Σse enz ALA Σase + 3 FOIE ALA Σase 2 + 1 HEME Succ + GLY ALA PPIX Réticulocyte CPG III CPGIII L'hème exerce un rétrocontrôle négatif sur la première enzyme, L'ALAS 1. Dans la cellule, il y a une quantité d‘hème relativement faible, qui est un pool régulateur.

2. Cellules erythroïdes Synthèse de l’hème coordonnée avec celle de la globine • Si hème disponible , synthèse activée • Si hème absent, une kinase AMPc dépendante inactive le facteur d’initiation e. IF 2 en le phosphorylant, empêche la synthèse de la globine Ainsi dans la moelle osseuse (réticulocytes): • l’hème doit être synthétisé en gde qté pour assurer la synthèse de l’hémoglobine • sa synthèse dépend de la synthèse des enzymes de la voie dont l’hème est un inducteur.

Ø Au niveau de la moelle osseuse, c'est tout a fait différent, ce n'est pas l' hème qui a le rôle majeur de la régulation, c'est le fer. Ø Le fer va avoir un rétrocontrôle positif, cette fois ci, sur l'ALAS 2, c'est a dire le gène spécifiquement erythroide.

V. Anomalies du Métabolisme : - Les Porphyries (porphyria) • Anomalies de la biosynthèse des porphyrines qui se caractérisent par l’accumulation d’intermédiaires métaboliques, variables en fonction des étapes de la biosynthèse affectée. • On distingue les porphyries primaires (dues à un déficit enzymatique) des porphyries acquises (dues par exemple à une intoxication)

Les troubles observés dans les porphyries proviennent : • soit d’un déficit en produit de la voie métabolique (anémie. . ) • soit d’une accumulation d’intermédiaires toxiques l’ALA et le porphobilinogène (toxiques nerveux), ou bien les porphyrines elles mêmes photosensibilité due à leur excitation par la lumière et à la formation de radicaux oxygénés toxiques.

A. Porphyries primaires: 8 Maladies génétiques rares (1/50 000) §Dues à un défaut partiel des enzymes de la synthèse de l’hème § Production anormale de porphyrines et/ou des précurseurs dans le foie et /ou la moëlle (►urines, selles, sang) § Crises aiguës neuroviscérales intermittentes et/ou signes cutanés photo induits (dermatoses bulleuses ou algiques) § Pénétrance faible et expression clinique variable § Facteurs déclenchants exogènes et endogènes

A. Porphyries primaires:

1. Porphyrie aiguë intermittente - Déficit incidence de 0. 5 à 1 °/°° - autosomal dominant. - Plus de 90 % des personnes qui portent ce déficit enzymatique ne développent jamais la maladie - La crise peut être déclenchée par des facteurs hormonaux (pilule, grossesse) alimentaires ou médicamenteux (inducteurs enzymatiques). - Atteinte nerveuse. - Augmentation du PBG urinaire.

2. Coproporhyrie héréditaire • autosomal dominant • Les signes cliniques sont voisins de ceux de la porphyrie aiguë intermittente (signes neurologiques) avec en plus une photosensibilité cutanée. • le coproporphyrinogène inhibe l’hydroxyméthylbilane synthase

3. Porphyrie variegata • autosomal dominant. • accumulation de protoporphyrinogène qui bloque l’hydroxyméthylbilane synthase et donc secondairement accumulation de porphobilinogène • Clinique : Manifestation aiguës neurologiques, dues à une accumulation de porphobilinogène. Également des crises de photosensibilité dues à l’accumulation de porphyrines

4. Porphyrie cutanée tardive - Autosomal dominant - ne se manifeste que chez une minorité d’individus porteur du déficit. • Elle se manifeste tardivement au cours de la vie. Lésions cutanées apparaissant après une exposition à la lumière, dépigmentation de la peau, problème de pilosité.

5. Porphyrie érythropoiétique congénitale « maladie de gunther » • Autosomal récessive. - augmentation des porphyrines urinaires, en général pas de troubles neurologiques pas d’accumulation de PBG • Clinique : Photosensibilité importante, urines rouge foncé, fluorescence des dents et des os.

6. Protoporphyrie érythropoiétique • autosomal dominant • Clinique : Les symptômes sont en général un photosensibilité importante qui se produit dès l’enfance, symptômes plus importants en été. Pas de troubles neurologiques.

7. Protoporphyrie dominante liée à l'X - rare identifiée pour la première fois en 2008. Gly + succinyl-Co. A 1 ALA synthase 2 prorphobilinogène synthase - dominante liée au chromosome X. - dûe à une suractivité ALAS 2. - surproduction des précurseurs de l'hème et des différents produits intermédiaires. - Les signes cliniques sont ceux de la protoporphyrie érythropoïétique.

8. Porphyrie aiguë hépatique (Porphyrie déficiente en ALA-déshydrase) - Le déficit en porphobilinogène synthase est extrêmement rare: 6 cas rapportés. - autosomal récessive - Principaux signes cliniques : vomissements, douleurs abdominales, membres, neuropathies, troubles pouvant aller jusqu’à la paralysie. - Diagnostic biologique : L’ALA est particulièrement élevé. Pas de photosensibilité.

B. Les Porphyries acquises ou secondaires • Origine : Certains toxiques ou médicaments peuvent induire des crises de porphyries. Le plomb (saturnisme) qui entraîne une inhibition de la PBG synthase et de la ferrochelatase. • Diagnostic : Dosage de coproporphyrine érythrocytaire et fécales et de l’ALA urinaire. Dosage du plomb dans le sang.

Merci pour votre attention