CHMI 2227E Biochemistry I

CHMI 2227F
Biochimie I
Enzymes:
-
Concepts de base
CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.
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Enzymes

Enzymes:



Catalyseurs:


Protéines
RNA
L’enzyme active, intacte est régénérée à la fin de la réaction;
Les enzymes accélèrent les réactions chimiques ayant
lieu dans la cellule en plaçant le substrat dans un
environnement qui facilite la réaction;

Donc: la structure 3-D (tertiaire, et si c’est le cas quaternaire) est
ABSOLUMENT ESSENTIELLE au bon fonctionnement des
enzymes;
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Enzymes

Catalyseurs très puissants;

Sont très spécifiques vis-à-vis
leur substrat;


Peuvent même faire la
distinction entre deux
énantiomères.
Certains enzymes nécessitent
des goupes chimiques
additionnels pour fonctionner:

Ions métalliques
 Groupes prosthétiques:


Hème
Cofacteurs

ATP
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Classes d’enzymes
Seulement 6 types de réactions chimiques sont
catalysées par les enzymes:

1. oxydoréduction:
oxydoréductases
 2. Transfer de groupes
chimiques: transférases
 3. Hydrolyse: hydrolases

4. Coupure de groupes
chimiques: lyases
 5. Isomérisation: isomérases
 6.Liaison de deux groupes
chimiques: ligases
 Enzymes sont classés selon le type de réaction qu’ils catalysent:
Chaque enzyme possède un nom systématique et un numéro de l’IUBMB
(EC XXXX)
IUMBM = International Union of Biochemistry and Molecular Biology
 La liste complète des enzymes connues peut être trouvée au site suivant:
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www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/
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Nomenclature de l’IUBMB

Exemple: ATP: D-glucose-6 phosphotransférase (aka
hexokinase)

EC 2.7.1.1




2 = transférase
7 = phosphotransférase
1 = groupe accepteur est
OH
1 = glucose lie le groupe
phosphate
ATP + D-glucose
ADP + D-glucose-6-phosphate
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Classes d’enzymes






1- Oxydoréductases
2- Transférases
3- Hydrolases
4- Lyases
5- Isomérases
6- Ligases
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Classes d’enzymes
 1-
Oxydoréductases
 2-
Transférases
 3-
Hydrolases
 4-
A- + B
A-B + C
A-B + H2O
A + B-
A + B-C
A-H + B-OH
X Y
Lyases
 5-
Isomérases
 6-
Ligases
A-B
A=B + X-Y
X Y
Y X
A-B
A-B
A+B
A-B
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1. Oxydoréductases
Exemple: Lactate dehydrogenase
(EC 1.1.1.27)



Lactate = substrat
Pyruvate = produit
NAD+/NADH = cofacteur
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2. Transférases
Exemple: Alanine transaminase
(EC 2.6.1.2)


Alanine / a-cétoglutarate = substrats
Pyruvate / L-glutamate = produits
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3. Hydrolases
Exemple: diphosphate phosphohydrolase
(EC 3.6.1.1)


Pyrophosphate / H2O = substrats
Phosphate = produit
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4. Lyases (aka synthases)
Exemple: Pyruvate décarboxylase
(EC 4.1.1.1)


Pyruvate = substrat
Acétaldehyde and CO2 = produits
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5. Isomérases
Exemple: Alanine racémase
(EC 5.1.1.1)


L-alanine = substrat
D-alanine = produit
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6. Ligases (aka synthétases)
Exemple: L-glutamine synthétase
(EC 6.3.1.2)



L-glutamate / NH4+ = substrats
L-glutamine = produit
ATP = cofacteur
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Comment les enzymes
fonctionnent-ils?

La réaction enzymatique se produit en plusieurs étapes impliquant
des intermédiaires réactionnels:
E+S
ES
EP
E + P

Notons que, même si en théorie ces réactions sont réversibles, en
pratique, les faibles concentrations d’un des réactants (S ou P)
pousse habituellement l’équilibre vers une seule direction;

Les enzymes accélèrent la réaction chimique, mais n’affecte pas
l’équilibre de la réaction.
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Les enzymes et la barrière d’énergie

Lors de réactions chimiques, trois conditions
doivent être rencontrées afin que la réaction
puisse se faire:

1. Les molécules doivent entrer en contact
pour réagir. Cependant, si deux molécules ne
font qu’entrer en collision, elles ne réagiront pas
nécessairement.

2. Suffisamment d’énergie doit être fournie à
la réaction pour que les deux molécules
réagissent (énergie d’activation). Deux
molécules lentes entrant en collision ne feront
que rebondir l’une sur l’autre sans réagir.
Suffisamment d’énergie doit être fournie afin de
briser cette barrière énergétique et atteindre
l’état de transition.

3. Les molécules doivent être orientées
correctement l’une par rapport à l’autre.
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Les enzymes et la barrière d’énergie

L’état de transition n’est pas un intermédiaire
réactionnel: il s’agit d’une structure
moléculaire qui n’est plus le substrat, mais
qui ne correspond pas encore au produit;

G = énergie libre de Gibbs




DGŧ
Habileté d’une molécule à réagir
Plus la valeur de l’énergie libre est élevée,
plus la molécule est instable.
DG
DG = Gproduit – Gsubstrat:

Si DG > 0 = la réaction ne sera pas
spontanée (pcq S est plus stable que P)

Si DG < 0 = réaction se produit
spontanément (pcq P est plus stable que S)
En d’autres mots, plus la valeur de DG est
négative, plus la réaction a de chances de se
produire;
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Les enzymes et la barrière d’énergie

En absence d’enzymes (ou de catalyseurs), le
substrat (ici un bâton de métal) requiert une
quantité considérable d’énergie afin d’atteindre
l’état de transition et réagir;
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Les enzymes et la barrière d’énergie

En présence d’enzyme, la réaction est facilitée parce que l’enzyme
fourni un meilleur environnement pour que la réaction ait lieu:
Proximité du substrat avec des groupes chimiques de l’ enzyme
Orientation appropriée des groupes chimiques de l’enzyme par rapport
au substrat;
 La formation de l’état de transition est favorisée;



Ceci résulte en une baisse de l’énergie d’activation requise pour que
la réaction se fasse.
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Le mythe de la « clé et serrure »…

L’allusion qu’une enzyme et sont substrat ressemblent à
une serrure et sa clé est un MYTHE:

Si l’enzyme et le substrat étaient parfaitement complémentaires,
comme une clé et sa serrure, l’interaction entre E et S serait si
stable que la réaction ne se produirait tout simplement pas!
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Le mythe de la « clé et serrure »…

Plutôt, la structure 3-D de l’enzyme est complémentaire à l’état de
transition;

Ce faisant, l’enzyme favorise la formation de l’état de transition,
abaisse l’énergie d’activation, et accélère la réaction…COOL!
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