Enzymologie II La réaction enzymatique La plupart des réactions

Enzymologie II
La réaction enzymatique
La plupart des réactions chimiques survenant dans les cellules se font à des vitesses très
lentes.
Pour observer ces vitesses, il faut des substances qui accélèrent les vitesses de réaction.
Ces substances sont des protéines qui catalysent les réactions, ce sont des enzymes
Quelques définitions :
- Enzyme = catalyseur biologique.
- Catalyseur= substance qui accélère la vitesse d’une réaction mais qui ne
modifie pas l’équilibre de cette réaction
- Catalyseur : il est retrouvé dans le même état à la fin de la réaction, il
n’intervient pas dans la réaction.
- Enzyme= Catalyseur de structure largement protéique. Fixe le substrat avec
une grande affinité et une grande spécificité.
Classification :
- Cellule = environ 4000 enzymes
- Six classes d’enzymes (classifié selon leurs fonctions)
o Oxydoréductases
o Transférases (transferts de groupe chimiques, méthyltranférases
transfert de groupement méthyl … Transporte des groupement
phosphoriques : kinases)
o Hydrolases (Coupures enzymatique : hydrolyses)
o Lyases (Synthétases) capables de liées des groupements sur d’autres
molécules
o Isomérases, réalisent réaction d’isomérisation (modifient places de
différentes fonctions sans modifier … de la molécule
o Ligases (Synthétases) réalise la jonction de deux molécules et qui
nécessite d’apporter de l’énergie généralement car l’action de ligation
est couplée à une hydrolyse de l’ATP
Nomenclature :
- Nom commun
o Trypsine, papaine, pepsine
- Nom de substrat + « ase »
o Uréase, DNAse, arginase
- Nom de la réaction associé au nom du substrat
o Glucose 6-Phosphate déshydrogénase
La vitesse de réaction
La vitesse de réaction ne modifie pas l’équilibre
Keq= (Peq)/ (Seq)=k (Sp)/k (PS)
Equation d’Arrhenius
𝐿𝑛 𝑘 = 𝐿𝑛 𝐴 − ((𝐸𝐴)/𝑅𝑇)
Ln (kT1/kT2)= - (EA/RT)*(1/T1 – 1/T2)
EA= énergie interne
Une énergie d’activation élevée correspond à une très forte augmentation de
température.
En biochimie, il est très fréquent de mesurer les vitesses de réaction entre 20°C et 40°C,
température ou les enzymes sont actifs.
S
EA= ΔG’
S
𝑆i (S) = 1 mole
𝑃
L’énergie cinétique dont sont animées les molécules fournit cette énergie d’activation
Théorie de l’état de transition
S S=/=  P
Ν=kT/h
dP /dT = (kT/h)(S=/=)
K=/== (S=/=)/(S)= e- (ΔG=/=) /RT
V= fréquence de transformation
K= constante de Boltzmann
H= constance de Planck
On peut interpréter la fréquence à laquelle S donne P
Si équilibre : constante d’équlibre relié à l’énergie d’activation
L’état d’équilibre S activé est démontrer dans bon nombre de cas mais on ne peut pas
l’observer, c’est un état transitoire inobservable, on passe de S à P si énergie suffisante
𝑑𝑃
𝑑𝑇
=
𝑘𝑇
ℎ
(𝑆 ≠ )
=
𝑘𝑇
ℎ
𝐾
≠ (𝑆)
=
𝑘𝑇
ℎ
𝑒
−
𝛥𝐺≠
𝑅𝑇
(S)
Plus le ΔGo d’activation sera grand, plus la constante de vitesse sera faible et plus long
sera le temps mis pour atteindre l’équilibre de la réaction.
Plus le ΔGo d’activation sera, plus l’équilibre sera déplacé vers l’état de transition et plus
la vitesse mise pour atteindre l’équilibre de la réaction sera petite.
Rôle de l’enzyme
ΔG diminue k augmente rapidement
L’enzyme diminue le ΔG d’activation
L’enzyme a besoin de lier le substrat, on a une forme enzyme substrat (ES)
C’est l’enzyme sous forme (ES) activé qui va donner E+P
Schéma 1
Soit
𝐾≠𝐸 =
𝑆 ≠ ×𝐸
𝑆×𝐸
=
𝑆≠
𝐾≠𝐸 =
𝑆
Comparons les vitesses des réactions
Pour la réaction non catalysée :
Pour la réaction catalysée :
Soit
𝑘𝑒 𝐴𝐾𝐸≠ 𝐾𝑇
=
=
𝑘𝑛 𝐴𝐾𝑁≠ 𝐾𝑅
L’augmentation de la constante de vitesse d’une réaction enzymatique par rapport à une
réaction non enzymatique est due au fait que l’enzyme a une plus grande affinité pour
l’état de transition que pour l’état de base.
Le site actif
La fixation du substrat à l’enzyme induit une trans-conformation : soit l’enzyme préfère
fixer la forme état de transition soit l’enzyme fixe en premier le substrat puis se modifie
pour que le substrat tordu vienne se placer dans l’état de transition
Distorsion du substrat vers l’état de transition.
Conséquences : un bon substrat n’est pas toujours celui qui fixe l’enzyme avec rapidité
mais celui qui peut le faire lors de son état de transition.
Le complexe enzyme substrat est donc l’état fondamental de la réaction enzymatique.
Ils se fixent dans une région spécifique : le site actif.
La plupart des enzymes sont très sélectifs dans leur substrat, ils vont reconnaître la
forme osidique d’une liaison α ou β
Caractéristique du site actif :
Il occupe un volume relativement petit de l’enzyme, la plupart des acides aminés des
résidus d’une chaine polypeptidique d’une enzyme ne sont pas au contact du substrat,
dans la mesure où les enzymes sont de grosses molécules.
Le site actif est donc une entité 3D formée par des groupes qui peuvent venir de résidus
éloignés dans la structure primaire mais rapprochées par la conformation tertiaire de la
molécule. On peut distinguer ainsi 2 types de résidus impliqués dans le site actifs :
Ceux impliqués dans la fixation du substrat.
Ceux impliqués dans la réaction catalytique à proprement dit.
Le site actif est souvent rigidifié par des ions métalliques ou même des molécules d’eau
(zinc manganèse cuivre) qui viennent faire des réactions de chélation entre des résidus
afin de rigidifier les sites actifs
Les liaison chimiques qui lient le substrat à l’enzyme dan le site actif sont généralement
des liaison hydrogènes ou des liaisons ioniques. Dans certains cas il peut y avoir des
interactions hydrophobes. Le site actif est généralement une caverne ou un cillons, le
substrat vient s’y fixer mais en se fixant il peut modifier la protéine et ceci accroît encore
les possibilités d’établissement de nouvelles liaisons et la stabilisation de l’état de
transition.
C’est le positionnement précis u substrat dans le site actif qui va permettre de rapproché
les fonctions de résidus qui contribueront à la stabilisation de l’état de transition.
Exemple : la Chymotrypsine.
Protéase qui réalise destruction des ponts peptidiques elle utilise une molécule d’eau
pour réaliser cette destruction.
1° étape = fixation du substrat sur l’enzyme
2° étape= création d’un état de transition.
Dans un certain nombre de cas, il y a redistribution des liaisons