Faculté de médecine Dr A. BENAi iALAH BiOCHIMIE CONSTANTINE 2014/2015

PORPHYRINES et PIGMENTS BILIAIRES

(METABOLISME DE L'HEME)

PLAN

1/ INTRODUCTION

11/ IMPORTANCE BIOMEDICALE

111/ METABOLISME DE L'HEME

A/ BIOSYNTHESE

B/ REGULATION

C/ LES PORPHYRIES

D/ CATABOLISME ^

IV/ METABOLISME DE LA BILIRUBINE

V/ EXPLORATION DES ICTERES

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l/INTRODUCTION :

Les porphyrines et les pigments biliaires sont étroitement liés, parce que

Thème est synthétisé à partir des porphyrines et du fer, et les produits de

dégradation de Thème sont les pigments biliaires et le fer

ll/IMPORTANCE BIOMEDICALE :

La connaissance de la biochimie des porphyrines et de Thème est

fondamentale pour comprendre les diverses fonctions des hémoprotéines.

Les porphyries sont un groupe de maladies induites par des anomalies de la

voie de biosynthèse des différentes porphyrines. Leur prévalence est faible,

mais elles ne doivent pas être ignoré, en particulier les dermatologues les

psychiatres et les hépatologues.

L'ictère est un trouble bien plus fréquent qui résulte d'une élévation des taux

plasmatiques de la bilirubine. (Catabolite ultime de Thème)

11/ LE METABOLISME DE L'HEME

Les porphyrines naturelles sont des composés cycliques formés de quatre

noyaux pyrroliques reliés entre eux par des ponts méthényles (-HC )

les noyaux sont numérotés !, Il, III, IV. Les positions de substitutions sont

numérotées 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Des chaînes latérales (méthyles, vinyles et

propionate) se substituent aux huit atomes d'hydrogène. L'arrangement des

substituants peut être asymétrique. Une porphyrine avec ce type de

substitution est classée parmi les porphyrines de type III. Une porphyrine dont

les substituants sont arrangés de façon totalement symétrique est classée

comme porphyrine de type I. Seules les porphyrines de types I et III existent

dans la nature.

Les porphyrines de type III sont de loin les plus abondantes et les plus

importantes, car ce groupe contient Thème.

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l in; Kj s ^ ^ R ^ r ^ R ^

Fro to po rphy ri : R j -R2 6

- R 4

= R 7 ^C. H4COOH

Uroporphyrin: ^--R^ ^ R j = - € « 2 COOH R^ = R R^ « S s C . J ï COOH

R

( I l

H C

> M H

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V "H"

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en

(ni) \ R.

R .

A/ BIOSYNTHESE DE L'HEME : La synthèse de Thème a lieu surtout dans les réticulocytes de la moelle osseuse (les 3/6, destinés à la synthèse de l'hémoglobine et un peu dans le foie 1/6, destiné à la synthèse de co enzymes d'oxydoréduction). Les 2 substances de départ sont le succinyl-CoA, dérivé du cycle de l'acide citrique dans les mitochondries et un acide aminé, la glycine. Réaction 1 : condensation du succinyl-CoA et du glycocolle suivie d'une décarboxylation, pour former 1' -aminolévulinate (ALA) ;

- Limitante : l'une des étapes de la régulation de la synthèse de Thème dans le foie. Enzyme : m -aminolévulinate synthase à coenzyme ph de pyridoxal.

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C—S Co O

ucciiiyl CoA

CH. COCr

Glyciiie

+ CoA

S-am:moIévuUnate smthase

coo-

CH,

c:—CH,— NH-,-" o

Ô-Aininoléviiliiiate

Réaction 2 ; - condensation par déshydratation de 2 molécules de -aminolevulinate en une molécule de porphobilinogene (PBG). Le noyau pyrrole est formé. Enzyme : porphobilinogene synthase.

COQ-CH, CH,

CHj"

+

coo-

CH,

CH,

NH3+

' coo-CH;

: • ^ - .

H

coo-

: H .

X'H + 2 HjO + H*

2 5 .\»miolé iiliiiate Phorpliobiliiiogèiie

Réaction 3 : condensation par désamination de 4 molécules de porphobilinogene pour former l'uroporphyrinogène III (UPGIII). L'anneau tétrapyrrolique est formé, les noyaux sont liés par des ponts méthylènes.

-Enzyme : porphobilinogene désaminase (tétrapyrrole linéaire) et uroporphyrinogène III cosynthase (qui cyclise ce dernier).

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1 NH/

i V. C—t H , " PT it c V

Réaction 4 : -décarboxylation des groupements acétyles en groupements méthyles pour former le coproporphyrinogène III (CPGIII). -Enzyme : uroporphyrinogène décarboxylase.

Me

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Il p y ri C-

Me 2 ca. 2.

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Coproporphyrinogène 111 P r 01 &po r plïyr j ftd§èiiie IX

Réaction 5 : décarboxylation oxydative des groupements propanoyies des C2 et C-4 en groupement vinyles pour former le protoporphyrinogène IX (PPGIX) ; - Enzyme : coproporphyrinogène oxydase.

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Réaction 6 : oxydation des ponts méthylènes en ponts méthènes pour former la protoporphyrine IX (PP IX). Enzyme : protoporphyrinogène oxydase.

X c= I

Mû C \

C î ,c=ç Me IN

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\

'm C

'Me

Réaction 7 : L'étape finale de la synthèse de Thème comporte l'incorporation de fer ferreux dans la protoporphyrine au cours d'une réaction catalysée par Thème synthétase, ou ferrochélatase, ( 85% de la synthèse de Thème a lieu dans les cellules érythroides précurseurs de la moelle osseuse et le reste dans les hépatocytes. Les porphyrinogènes contiennent 6 atomes d'H supplémentaires par rapport aux porphyrines correspondantes. Ces porphyrines réduites, sont les vrais intermédiaires dans la biosynthèse de la protoporphyrine et de Thème.

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Mî C I:

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B/ REGULATION DE LA BIOSYNTHESE DE L'HEME :

Le but de la régulation de la synthèse de Thème est différent dans le foie et

dans les réticulocytes :

- Dans le foie, l'offre en hème doit être adaptée à la demande cellulaire

( synthèse des cytochromes principalement) ; la synthèse est fonction :

+ De la vitesse de la réaction limitante catalysée par l'ALA synthase dont l'hème

est l'inhibiteur allostérique (mécanisme mineur).

+ du transport de l'ALA synthase de son site cytosolique de synthèse vers son

site mitochondrial d'action ;

+ de la synthèse de l'ALA synthase dont l'hème est un répresseur ;

- Dans les réticulocytes, l'hème doit être synthétisé en grande quantité pour

assurer la synthèse de l'hémoglobine ; sa synthèse est fonction de la synthèse

des enzymes de la voie dont l'hème est un inducteur.

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C/ LES PORPHYRIES : sont des affections d'origine génétique du métabolisme de l'hème. Dues à des mutations des gènes codant les enzymes intervenant dans la biosynthèse de Thème. Elles ne sont pas fréquentes, mais importantes à connaître. Six classes principales de porphyries décrites, résultant d'une diminution de l'activité des enzymes. Comme pour la plupart des maladies génétiques, les signes cliniques résultent soit d'un déficit des produits métaboliques en aval du blocage enzymatique, soit d'une accumulation des métabolites en amont.

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E N Z Y M E S POKPH¥IUES

PBG Dfeaimiiase

E B G

Poipl^-iie de E t e s

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i : T R O g è i ï ! i n S>iit l ia5= ^ M i U ' d i * de Giinll-er

CORElO'sàtein

P K o r o'gèiE i x

P K O T O i n e l X

H E M E

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. 4 1 ? / ? eu taré;

AD iiÊmovùoeiaiUîc + cutanés

D/ CATABOLISME DE L'HEME :

Chez rhomme adulte, dans les conditions physiologiques normales, 1 à 2 x 10 ? érythrocytes sont détruits/heure. Chez un homme de 70 kg, le turnover journalier est d'environ 6g d'Hb. Quand l'Hb est détruite dans l'organisme, la globine est dégradée en acides aminés, qui sont réutilisés, et en fer de l'hème qui rentre dans le pool global du fer. La fraction porphyrique est dégradée, principalement dans les cellules réticulo-endothéliales du foie, la rate et de la moelle osseuse. Le catabolisme de l'hème de toutes les hémoprotéines s'effectuerait dans les fractions microsomiales des cellules par un système enzymatique complexe appelé hème oxygénase.

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( H O )

NADPH f H

0 2

Cylochronie P4SO réclucloîe

HiO + MADP

- » - Fe2^-

ailiverdine

C H

C H

N H

C H

M H

NADP H + H

a i l i r u b i i v e

W H

C H H

C H2

M H

C H H

La bilirubine; formée par conversion chimique de Thème, est transportée au

foie par l'albumine plasmatique.

IV/ METABOLISME DE LA BILIRUBINE :

La bilirubine n'est que modérément soluble dans l'eau, mais sa solubilité dans

le plasma est augmentée par liaison à l'albumine. Dans le foie, la bilirubine est

détachée de l'albumine et elle est absorbée à la surface sinusoïdale des

hepatocytes par un système de transport facilité.

L'étape suivante est la conjugaison de la bilirubine dans le réticulum

endoplasmique lisse. La bilirubine n'est pas polaire et elle persisterait dans les

cellules si elle n'était pas rendue hydrosoluble. Les hepatocytes convertissent la

bilirubine en une molécule polaire, qui est facilement excrétée dans la bile par

l'addition de molécules d'acide glucuronique. Les enzymes responsables de la

conjugaison sont les glucuronyltransférases localisées principalement dans le

REL et utilisent l'acide UDP-glucuronique comme donneur de groupements

glucuronosyle. Chez les mammifères, la plus grande partie de la bilirubine est

excrétée dans la bile sous forme de diglucuronide de bilirubine.

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La sécrétion de la bilirubine conjuguée dans la bile s'effectue par un mécanisme de transport actif. La bilirubine conjuguée est réduite en urobilinogène (composés tétrapyrroliques incolores) par les bactéries intestinales (3-glucuronidases). Dans l'iléon terminal et le colon, une petite fraction des urobilinogènes est réabsorbée et réexcrétée à travers le foie (cycle entérohépatique des urobilinogènes). Normalement, la plupart des urobilinogènes incolores, formés dans le colon sont oxydés en urobilinés (composés colorés) et sont excrétés dans les fèces. Le noircissement des matières fécales à l'air libre est causé par l'oxydation des urobilinogènes résiduels en urobilinés. Une hyper bilirubinémie est à l'origine de l'ictère.

H E M E H E M E H E M E

Héwiogtobir ie des érytbrocytes circulants

i Moooeyt i î s - tnacrop l ia î ses

aiLJRUSJME • TARDIVE '

circiiiSriÇS des èry'l.h.rosytes cfétrwil* a'sns la m œ ï l c

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EXPLORATION DES ICTERES : quand les taux sanguins de bilirubine dépassent lOmg/l on parle d'hyper biluribinemie.

L'hyper biluribinemie peut être due à une production de bilirubine supérieure à ce que le foie normal peut excréter, ou elle peut résulter d'une atteinte hépatique qui empêche l'excrétion de la bilirubine produite en quantités normales. En l'absence d'atteinte hépatique, l'obstruction des voies excrétrices du foie, qui empêche l'excrétion de la bilirubine, peut aussi provoquer une hyper bilirubinémie. Dans toutes ces situations, la bilirubine s'accumule dans le sang, et quand elle atteint une certaine concentration (20 à 25 mg/l), elle diffuse dans les tissus qui deviennent alors jaunes.(ictère) NB : on parle de bilirubine directe, la bilirubine qui réagit directement avec le réactif d'EhrIich employé pour son dosage en l'absence de méthanol (solubilisation). La bilirubine directe correspond à la bilirubine conjuguée. La bilirubine libre ou indirecte correspond à la bilirubine non conjuguée.

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I c t è r e Bilirubinémie a u g m e n t é ^

Exclusivement non conjuguée

Anomal ies de la glucurono-conjugaison

E n f a n t s - Immatur i té e n i y m a t i q u e - I c t è re a u lait d e m è r e - H y p o t h y r o i d i e

E n f a r i t s et A d u l t e s - Ma lad ie d e Gi lber t - Ma lad ie d e C r i g l e r -Na ja r

A prédominance non conjuguée

S u r p r o d u c t i o n

l

Haploglobine N

H é m o l y s e

y^conjointes des 2 formes

P A L ^ GGT ^

Haptogobine

H é m o l y s e + c h o i e s t a s e

( c â S des cirrhoses)

A prédominance conjuguée

I C h o i e s t a s e

S o u r c e : P a l h . B i o l , 199$,47(3) 8 T 3 - 1 0 3 2

P A L y ^ G G T y "

P A L Nie G G T Nie

I A n o m a l i e s d e

l ' e x c r é t i o n

$ d e R o t o r ï d e Dutoin-

J o h n s o n

EXPLORATION DES ICTERES

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