Métabolisme des porphyrines Université Badji-Mokhtar-Annaba Faculté de Médecine 2 ème Année Médecine Biochimie Métabolique Métabolisme des porphyrines -SYNTHESE des porphyrines -catabolisme des porphyrines Dr E.FERAGA

SYNTHESE des porphyrines -biosynthèse de l’héme- Université Badji-Mokhtar-Annaba Faculté de Médecine 2 ème Année Médecine Biochimie Métabolique 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

Introduction Le terme porphyrine provient du grec porphura qui signifie violet (pourpre) En1896, 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 F430  porphyrine + Nickel les bactéries Vit B12 : 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 P450) 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 (cytP450)  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 R1,5,6, 7 : mitochondrie R 2,3, 4: cytoplasme

R1: Limitante: étape de régulation. RI: condensation succinylCoA avec GLY suivie d’une décarboxylation  Σse ALA Enz: ALA synthétase à Coenz PLP phosphate de pyridoxal.

étape limitante : ALA synthétase rétroinhibée par L’HEME 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 B1. 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…).

R2 : condensation de 2 ALA par déshydratation  PBG prophobilinogène  Σse noyau pyrrole du avec gpt acétyle et propionyle P [propionyl] A [acetyl]

(Porphobilinogène désaminase) désamination IIIa: (Porphobilinogène désaminase)

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

R3: 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

CH3 1 UPG décarboxylase 4C02 3 8 5 UPG III R4: décarboxylation 4 grts acétyles  4 grts méthyles (C1,C3,C5,C8) Uroporphyrinogène III Coproporphyrinogène III

la ‘’couronne ’’de substituants est mise en place . 2 CPG oxydase 4 2C02 + 4H Coproporphyrinogène III (CPG III) Protoporphyrinogène III (PPG III) R5: décarboxylation oxydative des gpts propionyl en C2 et C4 gpts vinyles Protoporphyrinogène III la ‘’couronne ’’de substituants est mise en place .

H H PPG oxydase H H III(IV) III(IV) incolore colore R6: oxydation des ponts méthylènes CH2ponts CH méthènes = insaturations (doubles liaisons conjuguées) Protoporphyrine IX  (PP)

ProtoporphyrineIII(IX) R7: chélation du fe2+ (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.

δ-aminolevulinate ALA R1 CoA+C02 Succinyl-CoA + glycine X2 δ-aminolevulinate ALA ALA synthétase PLP R2 2H2O PBG synthase Prophobilinoogène PBG X4 R3 PBG désaminase + UPGIII Cosynthase 4NH2 Uroporphyrinogéne UPG

Coproporphyrinogène III (CPG III) UPG III Coproporphyrinogène III (CPG III) UPG décarboxylase CPG oxydase R5 2C02 + 4H Protoporphyrinogène III (IX) PPGIII(IX) PPG oxydase R6 6H Protoporphyrine III(IX ) (PP) Fe2+ ferrochelatase R7 HEME

Synthèse de l’hème La synthèse des porphyrines se fait par condensation de huit molécules de Succinyl CoA 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 CoA .

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

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. 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 : Fe++ pour la ferrochélatase Succinate pour l’ALA synthétase Régulation allostérique: Enz allostérique est rétro-inhibée par l’hème. le but de la régulation varie selon le lieu de synthèse: foie / Cellules erythroïdes

Synthèse adaptée à la demande cellulaire (cytoc, catalase…) 1. Foie : Synthèse adaptée à la demande cellulaire (cytoc, catalase…) Elle dépend : De la vitesse de la R1 limitante (ALAS) = hème inhibiteur allostérique Transport de l’ALAS du cytoplasme vers la mitochondrie Synthèse de ALAS dont l’hème est un répresseur

Noyau = Σse enz ALA ALA Σase + 3 ALA Σase Succ + GLY ALA + Réticulocyte FOIE 2 1 ALA HEME PPIX CPG III CPGIII L'hème exerce un rétrocontrôle négatif sur la première enzyme, L'ALAS1. 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 eIF2 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.

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. Le fer va avoir un rétrocontrôle positif, cette fois ci, sur l'ALAS2, 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 Gly + succinyl-CoA rare identifiée pour la première fois en 2008. dominante liée au chromosome X. - dûe à une suractivité ALAS2 . surproduction des précurseurs de l'hème et des différents produits intermédiaires. - Les signes cliniques sont ceux de la protoporphyrie érythropoïétique. 1 ALA synthase 2 prorphobilinogène synthase

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.

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