COMPLEXE ENZYME – SUBSTRAT

COMPLEXE ENZYME – SUBSTRAT
D'après Jacques Barrère, Lycée Paul-Louis Courier, Tours
On sait que :
 Les enzymes sont des catalyseurs d'une très grande efficacité.
 Au cours d’une réaction enzymatique, le substrat se transforme progressivement (phénomène
progressif nécessitant 3 à 5 minutes) en présence de l’enzyme qui reste inchangée.
 Il y a spécificité entre enzyme et substrat. Il y a spécificité de la réaction catalysée par une
enzyme donnée.
 Plus il y a de substrat disponible, plus la réaction est longue, mais plus la vitesse initiale est
élevée. Au-delà d'une certaine concentration de substrat, la vitesse initiale n'augmente pas avec la
concentration en substrat.
On cherche à :
 Comprendre comment l'enzyme agit sur son substrat.
 Expliquer la cinétique enzymatique
On pense qu'il y a interaction précise, au niveau moléculaire, entre enzyme et substrat.
Protocole d'observation :
On propose de travailler sur la carboxypeptidase, enzyme digestive responsable de l'hydrolyse de la
liaison peptidique en position C-terminale. Pour cela, on dispose du résultat de deux observations en
diffraction aux rayons X, d'une part de l'enzyme seule, d'autre part de l'enzyme en présence de son
substrat, un dipeptide glycine-tyrosine.
NB : afin d'éviter que l'enzyme ne transforme trop vite le substrat qui lui est présenté, ce dernier est ajouté par diffusion au
cristal réalisé à partir d'une solution sursaturée d'enzyme.
Rédigez un compte rendu informatique en intégrant (dans des tableaux) des images issues de
Rastop.
1. A partir de l'observation de l'enzyme seule et/ou de l'enzyme mise en présence de son substrat,
validez l'hypothèse formulée ci-dessus.
Fichiers à utiliser :
 CPA.PDB : enzyme seule
 CPA-SUB.PDB : enzyme et substrat
Conseils :
Utilisez la fonction permettant de colorer spécifiquement les chaînes de la molécule.
2. Montrez que le substrat vient se loger dans une "cavité" déjà présente dans l'enzyme seule.
Conseils :
Affichez simultanément les deux molécules CPA et CPA-SUB dans le même univers.
Choisissez la représentation "sphères".
Identifiez un ou deux des acides aminés qui "tapissent" la cavité dans laquelle se loge le substrat (vous
pouvez éventuellement les colorer).
Éventuellement, réalisez des coupes dans la molécule.
Indications techniques :
Pour identifier un acide aminé : positionner le curseur sur un des atomes de cet acide aminé et lire .
Pour colorer un acide aminé : Cliquer sur le bouton "Elément"
Puis cliquer sur un des atomes de l'acide
aminé
Puis choisir sa couleur dans la palette
Stage génétique
Eric Lavis
3. Déterminez quels sont les acides aminés impliqués dans l'interaction enzyme-substrat :
Rastop est capable d'afficher uniquement les atomes présents dans un rayon donné autour d'un des
éléments de la molécule. Ici, pour déterminer quels sont les acides aminés impliqués dans l'interaction
enzyme-substrat, il faut se repérer à partir des deux acides aminés du substrat, respectivement Glycine 1
(Gly1) et Tyrosine 2 (Tyr2). La distance à prendre en compte est de l'ordre de 5 à 10 Å.
Éditer
Commande
Taper directement dans la
fenêtre, la commande :
restrict within (6.0,Gly1)
ou
restrict within (6.0,Tyr2)
puis cliquer sur OK
Quelle remarque pouvez-vous faire concernant ces acides aminés ?
4. Montrez que l'enzyme se déforme pour accueillir son substrat :
Conseils :
Affichez les deux molécules dans le même univers.
Vous pouvez travailler sur la molécule entière ou uniquement sur les acides aminés du site enzymatique.
Indications techniques :
Rastop peut afficher uniquement certains aminés de la chaîne, par exemple ceux impliqués dans
l'interaction enzyme-substrat. Les commandes à taper dans l'éditeur de commandes (voir ci-dessus)
sont :
Pour afficher seulement les acides aminés 1, 8, 25 et 52 (par exemple) : rectrict 1,8,25,52
Pour ajouter la chaîne correspondant au substrat :
- taper select *S dans la fenêtre de l'éditeur de commandes
- Ensuite, choisir un mode d'affichage (sphère ou bâtonnet…) et éventuellement une couleur.
5. Compléments :
Vous pouvez étudier plus complètement l'enzyme carboxypeptidase en réalisant les observations
suivantes :
Mise en évidence d'un atome de Zinc dans la molécule : select *Zn puis colorer
Mise en évidence de liaisons hydrogène et d'un pont disulfure (entre deux acides aminés cystéine
contenant chacun un atome de soufre) stabilisant la molécule (structure tertiaire) : voir le menu
"Liaisons".
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Eric Lavis