Telechargé par Amina Rania Benmansour

Cours 1 enzymologie étudiants

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Cours 1 Enzymologie Licence biologie
moléculaire
2019-2020
3ème licence biologie moléculaire
Unité: Enzymologie
Crédit: 4
Coefficient: 2
Responsable: Dr. Benmansour M.
Tlemcen le 21-10-2019
Cours 1:Introduction aux enzymes
• Plan du cours:
Historique
Propriétés générales des enzymes
définition
nature protéique
énergie d’activation
spécificité
dénaturation
complexe enzyme-substrat
site actif
Co-facteurs
Nomenclature
Mme Benmansour M.
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Cours 1 Enzymologie Licence biologie
moléculaire
2019-2020
Historique
 Il est difficile de situer exactement la découverte de la notion d’enzyme.
 Découverte très progressive de la notion en tant que seul catalyseur des
réactions chimiques qui se déroulent dans les organismes vivants.
 1783: Spallanzani (la viande est liquéfié par un extrait gastrique)
 1814: Kirchhof (un composant glutineux de blé converti l’amidon en sucre)
 1833: A. Payen et J.F.Persoz découverte de la première enzyme qui hydrolysait
l’amidon « diastase » ₌ « séparation » en Grec, puisque cette fraction séparait
le sucre soluble de l’amidon insoluble. Cette préparation était une solution non
purifié d’amylase
 1834-1837: un chimiste suédois Berzelius formule le concept de catalyse :
« certaines substances, par leur seule présence, peuvent intervenir dans le
déroulement des réactions chimiques en les accélérant, et ceci sans être en
aucune façon consommé au cour de la réaction ».
 Berzelius suggère aussitôt que diverses phénomènes biologiques, dont la
fermentation et la digestion, doivent trouver leur explication dans la catalyse.
 1860: Berthelot obtient l’invertase à partir de la levure.
Historique
 1878: Kühne proposa le nom d’enzyme (in zymo signifiant « dans la levure
» pour qualifier ces ferments
 1894: E. Fisher démontre la spécificité des enzymes; concept de
reconnaissance enzyme –substrat du type « clé-sérrure ».
 1898:Duclaux propose le suffixe « ase » pour nommer les enzymes.
 1913: L. Michaelis et M. Menten ont étudié la cinétique enzymatique et
mettent au point l’équation mathématique reliant l’effet de la concentration
du substrat à la vitesse de catalyse.
Le fait que les enzymes sont des protéines ne fut accepté qu’à partir de la fin
des années 20
 1926: Sumner cristallisât l’uréase (extraction, purification, cristallisation)
 1950: Linus Pauling élucida le mécanisme de la catalyse enzymatique.
 Années 60: la première séquence d’une enzyme « ribonucléase ».
 1963: Cleland : décrient les équations des cinétiques des systèmes à
plusieurs substrats.
 1965: J. Monod et coll. proposèrent un modèle cinétique pour les enzymes
allostériques.
 2000: premiers enzymes recombinants pour la thérapie.
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Comparaison entre un catalyseur biologique et un catalyseur
chimique
catalyseur biologique
catalyseur chimique
spécifique
protéique
vitesse (106 à 1012 )
conditions douces (Pa, T°, pH)
nom spécifique
nom protéique
vitesse 103
conditions extrêmes
augmentent les vitesses des réactions
ne changent pas l’équilibre de la réaction
agissent à de faibles concentrations
Nature protéique
La fraction protéique
(présente dans toute enzyme)
Structure monomérique
(1 seule chaîne polypeptidique)
Ex: lysozyme 129 résidus aa
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Structure oligomérique
(plusieurs chaines polypeptidique)
Ex: lactate déshydrogénase (4 sousunités)
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Nature protéique
structure protéique
Enzymes
structure protéique
(apoenzyme)
cofacteur
ion métallique
(métalloenzyme)
molécule organique
(coenzyme)
Holoenzyme= apoenzyme + cofacteur
Enzyme non protéique: ARN catalytique (ribozyme)
Energie d’activation
L’énergie d’activation
est l’énergie nécessaire
pour atteindre l’état de
transition
Les enzymes accélèrent les réactions en
diminuant l’énergie libre d’activation
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Etat de transition
Etat de transition: est une structure moléculaire transitoire qui n’est déjà plus le
substrat, mais qui n’est pas encore le produit.
 L’état de transition est l’espèce chimique la moins stable parce qu’elle est celle
ayant l’énergie libre la plus élevée.
Energie d’activation = énergie libre de l’état de transition – énergie libre
du substrat
Energie de liaison: est la principale source d’énergie libre utilisée par les enzymes
pour abaisser l’énergie d’activation des réactions
Spécificité enzymatique
Double spécificité des enzymes
Spécificité de substrat
Spécificité de réaction
Une enzyme n’agit que sur un seul
substrat ou un groupe de substrats
ayant
en
commun
certaines
particularités dans leur structure
moléculaire.
La spécificité est toujours liée à
l’architecture spatiale des molécules:
c’est une stéréospécificité.
Pour un substrat donné, une
enzyme ne catalyse qu’une seule
réaction parmi l’ensemble qui sont
possibles.
Exemple:
un même acide aminé peut être
décarboxylé, désaminé ou
transaminé
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Dénaturation
 La dénaturation est une
désorganisation de la
structure interne des
édifices protéiques sans
rupture
des
liaisons
peptidiques.
 La
dénaturation
fait
perdre aux protéines leur
propriétés
biologiques
comme
l’activité
enzymatique.
Protéine
native
Protéine
dénaturée
Dénaturation et renaturation d’une protéine
Liaisons ou interactions
affectées
Précipitation
Chaleur
hydrogènes
+
(coagulation)
Agitation, vibration
multiples
Mousses
id
Rayonnements UV, ionisants
id
pH extrêmes
ioniques et hydrogènes
Acide : +
Alcalin : -
Complexes de métaux lourds
ioniques
+
Urée (8M)
Hydrophobes + hydrogènes
Chlorure de guanidium
Hydrophobes + ioniques
-
Détergents (anioniques ex :
SDS)
Hydrophobes +ioniques
-
Thiols
Ponts disulfures
Solvants organiques
id
Agents dénaturants
Physiques
Chimiques
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-
-
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Centre actif (site actif)
Le site actif est un espace interne qui a la forme d’une poche ou
d’une crevasse et qui peut être constitué de résidus d’AA qui ne se
suivent dans la structure primaire.
Liaisons non covalentes
Protéine déployée
Site de fixation
Site de fixation
Protéine repliée
Conformation native
protéine
Complexe enzyme –substrat
1905: HALDANE, HENRI, MICHAELIS et MENTEN:
parlent de la formation d’un complexe enzyme-substrat lors d’une
réaction catalysée par un enzyme E:
EL + S
ES
EL + P
La fixation du substrat sur l’enzyme se fait par des liaisons non
covalentes selon deux modalités:
Clé-serrure
(Fischer)
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Ajustement induit
(Koshland)
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Complexe enzyme –substrat
Fixation de la molécule de glucose sur l’hexokinase
Cofacteurs
Certains enzymes ont besoin pour leur action catalytique d’un cofacteur associé à sa
partie protéique (apoenzyme). Les cofacteurs peuvent être:
 Ions métalliques: beaucoup d’enzymes nécessitent un cation métallique pour leur
activité. Ces enzymes sont appelées métalloenzymes.
 Coenzymes: ce sont des molécules organiques de petites tailles et de nature non
protéique. La plupart d’entre eux dérivent de vitamines hydrosolubles du groupe
B. Selon leur interaction avec l’apoenzyme, on peut distinguer:
 Les coenzymes vrais ou groupement prosthétiques; fortement liés au site actif de
l’enzyme.
 Les coenzymes mobiles ou cosubstrats; qui sont considérés comme des
deuxièmes substrats, capables de se fixer réversiblement au site actif de l’enzyme.
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Cofacteurs : ion métallique
Ion métallique
Enzyme
Fe2+
Ou Fe3+
Cytochrome oxydase
Catalase
peroxydase
Cu2+
Cytochrome oxydase
Zn2+
ADN polymérase
Anhydrase carbonique
Alcool déshydrogénase
Mg2+
Hexokinase
Glucose-6-phosphatase
Mn2+
Arginase
Pyruvate kinase
K+
Mo
Nitrate réductase
Se
Glutathion peroxydase
Cofacteurs : coenzymes
Principaux coenzymes activateurs (groupements prosthétiques)
coenzyme
Rôle métabolique
Origine
vitaminique
Flavine mononucléotide
(FMN)
Réactions d’oxydoréduction
impliquant le transfert d’un
ou deux électrons
Riboflavine
(vit B2)
Flavine adénine
dinucléotide(FAD)
Exemple
d’enzyme
Succinate
déshydrogénase
Thiamine pyrophosphate
(TPP)
Transfert de groupes
aldéhyde
Thiamine
(vit B1)
Pyruvate
déshydrogénase
Pyridoxal phosphate
(PLP)
Transfert de groupes
appartenant à des amino
acides
Pyridoxine
(vit B6)
Aspartate amino
transférase
Biocytine
Carboxylation et transfert de
carboxyles
Biotine
(vit H)
Propionyl-CoA
carboxylase
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Cofacteurs : coenzymes
Principaux coenzymes transporteurs (cosubstrats)
Coenzyme
Rôle métabolique
Origine
vitaminique
Exemple
d’enzyme
Adénosine triphosphate
(ATP)
Transfert de phosphoryles ou
de nucléotidyles
Nicotinamide adénine
dinucléotide (NAD+)
Nicotinamide adénine
dinucléotide phosphate
(NADP+)
Réactions d’oxydoréductions
impliquant le transfert de
deux électrons
Niacine ou
Vit B3
Alcool
déshdrogénase
Coenzyme A
Transfert d’acyles
Pantothénate
Vit B5
Acétyl
coenzyme A
carboxylase
tétrahydrofolate
Transfert de groupes
monocarbonés
Folate
Vit B9 ou B11
Thymidylate
synthase
Classification des enzymes
Classe n°
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Nom
Réaction catalysée
1
Oxydo-réductases
Transfert d’hydrogène ou d’électrons vers un
accepteur
2
Transférases
Transfert d’un groupe (méthyl, carboxyl,
amine, …) d’un donneur vers un accepteur
3
Hydrolases
Hydrolyse de divers liaisons (osidique, ester,
peptidique,…..)
4
Lyases
Clivage de liaisons C-C, C-O, C-N par des
mécanismes autres que l’hydrolyse ou
l’oxydorédution
5
Isomérases
Transfert de groupements à l’intérieur d’une
même molécule avec formation d’isomères
6
Ligases
Condensation de deux molécules couplée à
l’hydrolyse de l’ATP
10
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