Topologie et fonctionnement du site actif

2TSbc-Le site actif
Topologie et fonctionnement du site actif
1-Principe général
On a vu que l'action d'une enzyme permettait de diminuer la barrière énergétique (baisse de
l'énergie...
) permettant ainsi la catalyse de la réaction.
La catalyse est précédée par la fixation de la molécule de substrat au niveau d'une région
particulière de l'enzyme: ....
On considère deux modèles d'interactions (il en existe des variantes :
modèle"rack"Henry Eyring et Rufus Lumry (1954) ; modèle strain" Williams Jenks (1966))
Modèle de Fischer :
Modèle de Koschland
Le site actif est ainsi schématisé comme étant une "crevasse" tapissée par des acides
aminés impliqués dans la fixation du substrat et d'autres dans le mécanisme de catalyse.
Ainsi, il se dégage de ces modèles une notion caractéristique des enzymes, la notion de ....
Cependant il semble que le modèle le plus admis soit un modèle proche de l'ajustement induit.
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2- LA NATURE PROTÉIQUE DES ENZYMES CONFÈRE LES PROPRIÉTÉS AU
SITE ACTIFLa structure globulaire des enzymes et la diversité des chaînes latérales de leurs résidus
aminoacides permettent la formation de différents types de sites catalytiques.
• Enzyme = Holoprotéine : le site actif est constitué uniquement par des chaînes latérales des
acides aminés.
• Enzyme = Hétéroprotéine : la partie Apo Enzyme n’est fonctionnelle qu’en présence d’un
cofacteur organique ( CoEnzyme).
Rq : dans tous les cas de nombreuses enzymes nécessitent pour être fonctionnelles des ions
métalliques. (environ 1/3 des enzymes en nécessite !!)
Comment la séquence en aminoacide confère la structure protéique biologiquement
fonctionnelle?
Certains aminoacides se regroupent au sein de la molécule, en profondeur alors que
d'autres restent en surface.
Les aminoacides profonds : ...
Les aminoacides de surface: ce sont des aminoacides polaires (chargé ou non chargés) qui
sont en contact direct avec le milieu extérieur par plusieurs types de liaisons:
Le site actif est une zone particulière de la protéine enzymatique, il est situé dans
une zone HYDROPHOBE INTERNE de l'enzyme.
Ce site actif permet de fixer le substrat et de réaliser la catalyse.Il est formé de
l'association de plusieurs aminoacides qui se trouvent .....
mais que la disposition spatiale a permis de regrouper.
Ceci explique que la fonction de la protéine dépend réellement des différentes structures
protéiques ( I,II,III et parfois IV).
Schéma :
Rq : on trouvera au niveau du site catalytique des résidus polaires. Ils permettent les
interactions ou réactions entre le substrat et l’enzyme
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Résidu amino acide
• Sérine
Groupement réactif
•-
Charge à pH 7 Fonction
•
•Liaison covalente d’acyles
• Aspartate
(Glutamate)
•-
•
• Liaison de cations ; transfert
de protons
• Lysine
•-
•
• Liaison d’anions
etc…..
3-LE SITE ACTIF ET LES AMINOACIDES IMPLIQUÉS3-1-Preuves expérimentales de l'existence du site actif
Cas des proenzymes: exemple= l'activation du proenzyme TRYPSINOGENE en
protéine active est possible par le départ de 6 aminoacides.
Taille des substrats: la petite taille des substrats par rapport à celle des enzymes est
en faveur d'une zone de contact entre E et S relativement réduite.
Réduction de taille sans pertes d’activités: c’est les cas de la papaïne qui ne perd
pas son activité malgré la coupure des 2/3 de sa structure. Ceci indique que le nombre d'...
constituants le site actif est restreint.
3-2- Hiérarchie fonctionnelle des acides aminés:
On considère quatre types d'aminoacides :
Les acides aminés de
contact
Les acides aminés
indifférents (ou non
collaborateurs):
Les acides aminés de
conformation(ou
collaborateur):
Ils
peuvent
éventuellement êtres
situés loin du site
actif, ils permettent de
déterminer
la
structure
tridimensionnelle de
la
protéine,
ils
assurent
donc
l'intégrité
de
la
conformation
enzymatique.
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Les acides aminés
auxiliaires
Ils n'assurent pas un
contact direct avec le
substrat mais assure
une certaine flexibilité
de
la
molécule
enzymatique.
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3-3- Le complexe formé par l'enzyme et le substrat:
• 1°étape: Il se forme un complexe E-S dont la liaison est de nature .....
grâce à des liaisons ...
(l'énergie permettant l'association sera faible)
- Liaisons hydrogène
- Liaisons ioniques (électrostatiques)
- Liaisons de Van der Waals
• 2°étape: Après fixation du substrat, les acides aminés concernés agissent sur la catalyse:
- Par transfert de charge (ou catalyse covalente) qui permet à la fois la fixation du
substrat et d'accentuer la réactivité de groupements particuliers impliqués dans la réaction.
Une molécule riche en électron  cède des électrons à une molécule pauvre, il y a alors
transfert de charge (ce sont souvent les composés aromatiques qui le permettent).
- Par la catalyse acide-base:
Exemples :
• Un accepteur de protons B peut cliver une liaison C-H en captant un proton et en formant un
carbanion correspondant :
• Un accepteur de proton B peut aussi cliver d’autres liaisons impliquant un atome de carbone
en créant l’équivalent de OH- par captation d’un proton d’une molécule d’eau (ou inversement
un donneur de proton BH+ peut céder un proton)
Donneur de protons
-COOH, -NH3+,..
Accepteurs de protons
RQ:- De nombreuses réactions enzymatiques connaissent l'existence de complexe E-S
transitoirement liés de façon covalente.
EFFET DE PROXIMITÉ- La catalyse n'est possible que si E et S sont à proximité et dans la
bonne orientation des groupes catalytiques. Cette catalyse traduit la formation
d'intermédiaires réactionnels qui permettent de baisser la barrière d'énergie d'activation.
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DOCUMENT : L'EXEMPLE DE LA CHYMOTRYPSINE, ENZYME
PROTÉOLYTIQUE
La chymotrypsine (protéase à sérine) est constituée de trois segments d'une même chaîne
polypeptidique originelle reliés par des ponts disulfure.
1
13 16
146
149
245
Lorsqu'elle se replie, la chymotrypsine adopte une conformation qui correspond à deux
domaines structuraux.

Le domaine N-terminal porte deux des trois acides aminés catalytiques : l'histidine
57 (H57) et l'aspartate 102 (D102) ;


le domaine C-terminal porte la sérine 195 (S195)
Ce changement de conformation permet aux 3 résidus catalytiques d'être idéalement
positionnés dans l'espace pour l'acte catalytique.
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*
Le positionnement correct du substrat ou d'un inhibiteur comme dans le cas présent est
assuré par des liaisons hydrogène additionnelles avec d'autres résidus d'acides aminés (résidus
193, 216 ...).
les étapes de la catalyse:
1°étape: le complexe E-S se forme par orientation correcte du substrat
Le substrat est fixé par:
- des liaisons Hydrogène avec les résidus Sér195 et Gly193 du site actif de l'enzyme
- liaison hydrophobe entre le noyau aromatique du Substrat et la poche hydrophobe
voisine du site actif.
2°étape: un réseau de relais de charge se produit entre Asp 102, His 57 et Ser195
La Serine 195 devient réactionnelle (réactif nucléophile) et attaque le carbonyl du substrat avec formation d'un
intermédiaire tétraédrique
3°étape:
Stabilisation de la charge - de l'oxygène de l'intermédiaire tétraédrique par liaisons H des résidu Ser 195
et Gly193 (trou oxanionique)
- catalyse générale acide et rupture de la liaison peptidique du substrat, libération d'une partie du
substrat partant avec un proton donné par l'Histidine
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4°étape: Action d'une molécule d'eau pour redonner l'enzyme active.
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