Caractéristiques Générales des Enzymes

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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 t
1
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
݀ݐ =−݀ሾܣሿ ݀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 k
1
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 v
1
= v
-1
, donc :
݇
ଵ
ሾܣሿሾܤሿ= ݇
ିଵ
ሾܺሿሾܻሿ
݇
ଵ
݇
ିଵ
=ሾܺሿሾܻሿ
ሾܣሿሾܤሿ
C'est-à-dire la constante d’équilibre.

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Admettons à présent A  B définie par k
1
et X  Y définie par k
2
. Si k
1
>> k
2
, on a v
1
>> v
2
. 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.