ENZYMOLOGIE CHAPITRE I : CARACTÉRISTIQUE GÉNÉRALE DES ENZYMES Les enzymes catalysent pratiquement toutes les réactions biologiques dans une cellule. Les mécanismes étudiés ici seront également utilisés dans les autres cours. Les enzymes sont quasiment toutes des protéines. Elles possèdent deux caractéristiques : - Elles sont spécifiques à une réaction donnée - Elles sont TRES efficaces au point d’être les meilleurs catalyseurs connus. Leur défaut est d’être biologique et donc limitées au niveau de la température, pression, pH et même du solvant. I – SPÉCIFICITÉ ENZYMATIQUE Deux types : Spécificité Stricte : comme les protéases de la digestion. Dans l’intestin à 7.8 de pH, on aura des endopeptidases (coupent en petit bouts) et des exopeptidases (grignotent) afin d’aboutir à une parallélisation du travail. Exemples : o Trypsine : Si la chaine R est chargée « + » à pH physiologique (Lysine, Arginine, Histidine), elle coupe après cet acide o Chymotrypsine : Pareil avec la liaison après un R aromatique (Phénylalanine, Tryptophane, Tyrosine) o Carboxypeptidases : Des exopeptidases reconnaissant les COO libérés pour couper le C-N et libérer les acides aminés 1 à 1. La spécificité stricte se retrouve aussi sur les ADN polymérases, qui doivent reconnaitre un complexe matrice-amorce lié à un dNTP par un appariement Watson-Crick, afin de catalyser la formation de liaisons phosphodiester. Les enzymes de restriction comme Eco RI le sont aussi. Spécificité large : un peu moins spécifique. Exemple : o Phosphatase alcaline : dans les cellules de l’épithélium intestinal, coupant n’importe quel phosphate rattaché à n’importe quelle chaîne R. Sert à régénérer le phosphore continuellement perdu pour l’ADN ou le tampon phosphate. II – EFFICACITÉ ENZYMATIQUE L’enzyme augmente la vitesse d’une réaction. Vitesse de réaction : • A B. A t = 0, on a que du A, à t1 on aura un certain nombre de B. La vitesse est donc le nombre de B formés ou de A disparu lors d’un temps t. =ݒ ݀ሾܤሿ −݀ሾܣሿ = ݀ݐ ݀ݐ Dans ce cas, v = k[A]. A + B C. Ici, la vitesse devient proportionnelle à A et à B. Donc, v = k[A][B]. A + B X + Y. Ici, si on a une constante k1 pour la réaction en sens normal, l’inverse de cette réaction aura la constante k-1, et donc, v-1 = k-1[X][Y]. Lorsque les concentrations de A, B, X et Y ne varient plus, c’est l’équilibre chimique. La réaction ne s’est PAS arrêtée pour autant, c’est juste que v1 = v-1, donc : ݇ଵ ሾܣሿሾܤሿ = ݇ିଵ ሾܺሿሾܻሿ ሾܺሿሾܻሿ ݇ଵ = ݇ିଵ ሾܣሿሾܤሿ C'est-à-dire la constante d’équilibre. • • Par Krys3000 (Groupe « The Trust » - http://www.cours-en-ligne.tk/) Page 1 Admettons à présent A B définie par k1 et X Y définie par k2. Si k1 >> k2, on a v1 >> v2. Pendant la réaction, on a recours à un complexe activé, forme moléculaire un peu plus élevée énergétiquement. C’est l’énergie d’activation, qui correspond à une masse de molécules mobilisées. Dans le premier cas on a une haute énergie d’activation. La portion mobilisée est petite, la vitesse est donc basse. Dans le second, l’énergie est basse. Beaucoup de molécules sont mobilisées, et la vitesse est donc haute. Le chauffage permet de décaler la courbe, augmentant ainsi la portion mobilisée. Les enzymes, elles, modifient le chemin de cette courbe pour en abaisser le niveau énergétique. III – FONCTIONNEMENT ENZYMATIQUE Dans un enzyme on a donc deux paramètres : l’efficacité (catalyse) et la spécificité (reconnaissance) - La Reconnaissance Enzyme – Substrat nécessite un substrat plus petit que l’enzyme, qui va s’emboiter dans le site actif par liaisons (H, VdW) via toute une série d’atomes proposés par l’enzyme dans le site. - La catalyse consiste à une certaine participation de l’enzyme à la formation de liaisons permettant à l’enzyme des échanges d’électrons et donc, prise de chemin différent. L’enzyme est donc un polypeptide replié de manière à amener les bons acides au bon endroit. Ceux-ci vont interagir et donner des atomes pour la reconnaissance ou la catalyse. Prenons l’exemple de l’acétylcholinestérase, qui dégrade l’acétylcholine, neurotransmetteur permettant la contraction : Réaction normale Cette réaction a une forte barrière énergétique, car le carbone est entouré d’oxygènes, et de par la libre rotation, on a la formation d’un « globe δ » difficile à franchir. Réaction catalysée Dans le cas ou cette réaction est catalysée, l’enzyme doit posséder des groupements hydrophobes ET des aromatiques, pour exploiter l’ammonium quaternaire qui est un peu des deux. Au sein de l’enzyme : - Les Acides aminés aromatiques « prennent » l’acétylcholine comme des pinces. - De l’autre côté, une partie catalytique va aider la réaction (acide aminés avec alcools Ser 200). + - Aussi, Glu 327 et His 440 vont essayer de récupérer le H . Après la réaction, la Ser 200 aura pris le groupement acétyl donnant un intermédiaire Acyl-enzyme. De part la réactivité de la Ser, on retrouvera facilement le OH car la liaison C-O est instable et facilement hydrolysable. Le facteur limitant de la réaction est la difficulté d’accéder au carbone, que les pinces doivent placer au bon endroit. Inhibition de l’enzyme L’enzyme inhibée conduit à la paralysie (Insecticides, gaz de combats mort par dépression respiratoire). Ces inhibiteurs sont des organophosphorés R-Ph-O-POOR’OR’’ qui entrent, se retrouvent clivés comme une molécule ordinaire, mais les intermédiaires phosphoryl-enzyme eux étant très stables, l’enzyme est bloquée. Par Krys3000 (Groupe « The Trust » - http://www.cours-en-ligne.tk/) Page 2