SVT 1ère S, Thème I, Chapitre I. TP 4 : Structure et fonctionnement du complexe enzyme-substrat Objectif : Comprendre le fonctionnement du complexe enzyme-substrat au niveau moléculaire. Matériel : On propose l’étude de la pepsine, une protéase catalysant la digestion des oligopeptides dans l’estomac des Vertébrés. Le logiciel Rastop permet une modélisation en 3 dimensions de cette enzyme lorsqu’elle est, ou pas, fixée à son substrat (complexe enzyme-substrat). Un livre est nécessaire par binôme. Rédigez une fiche de TP personnelle. Méthodes : Exploiter un modèle. Activités : 1. Affichez le complexe pepsinesubstrat de façon à étudier sa structure générale. La coloration par chaîne/segment permet de distinguer l'enzyme de son substrat (chaîne courte). Résumez vos observations par une phrase et/ou un schéma. 2. Superposez la pepsine seule à ce complexe pepsine-substrat afin de voir l'effet de la liaison du substrat sur la forme 3D de l'enzyme. Comparez précisément les formes et interprétez. Remarque : Le logiciel ne permet pas d’annuler la dernière action faite, en cas d’erreur ineffaçable, il faut… fermer le fichier et tout recommencer ! Formuler une hypothèse explicative . Faire une synthèse. 3. Sur le complexe pepsine-substrat (1pso) seul, effectuez une restriction de l'observation aux atomes de l'enzyme situés à une distance de moins de 6 nm (= 1500 RU pour Rastop Unity) autour du substrat. Relevez les acides aminés qui leur correspondent (négligez les atomes apparaissant en rouge lors d’une coloration par chaîne) et leurs type de chaîne latérale (livre p.363). Formulez une hypothèse quant au rôle de ces acides aminés dans le complexe. Consignes techniques correspondantes : a) Cliquer Fichier, ouvrir, 1pso.pdb. b) Faire un clic-glissé pour faire tourner la molécule ; un shift-clicglissé pour zoomer et dézoomer. Pas de geste brusque ! c) Cliquez sur l’icône Sphères VDW (1 atome = 1 sphère) puis sur Rubans (squelette carboné seul) puis sur Bâtonnets (liaisons chimiques seules). Les couleurs identifient les atomes. d) Cliquer Atomes, Colorer par…, Chaînes. Le substrat et l’enzyme prennent 2 couleurs différentes. a) Cliquez sur l’icône Sélectionner une chaîne, cliquer sur l’enzyme seule puis sur l’icône Rubans. Laissez le substrat en bâtonnets. b) Cliquer sur Restorer en bas au milieu de l’écran, la molécule reprend sa position initiale dans l’espace. c) Cliquer Fichier, Ajouter, 1psn.pdb. d) Cliquez à nouveau sur l’icône Rubans. La seconde enzyme (sans substrat) s’affiche dans une autre couleur que la première. e) Cochez ou décochez le bouton Univers en bas à gauche de l’écran pour faire pivoter les deux enzymes ensemble ou seulement la dernière molécule chargée (1psn). f) Sélectionnez Rot ou Trans/zoom et faites glisser les curseurs des axes X, Y et Z pour opérer des rotations ou translations. a) Cliquez sur l’icône Sélectionner une molécule, cliquer sur l’enzyme seule (psn) puis sur Molécule et Effacer la molécule. b) Cliquez sur l’icône Sélectionner une chaîne, cliquer sur le substrat seul (48 atomes sont sélectionnés). c) Cliquer sur Editer, Sélectionner, Distant de… et inscrivez 1500. d) Cliquer sur Editer puis Restreindre, les atomes éloignés du substrat de plus de 6 nm disparaissent. e) Cliquer Atomes, Colorer par… et Groupe (les acides aminés contigüs prennent des couleurs différentes). f) Affichez les atomes en Bâtonnets, sélectionnez le substrat seul en cliquant dessus pour mettre sa forme en Sphères VDW. g) Décochez l’icône de Sélection par chaîne ; en cliquant sur un groupe d’atomes d’une même couleur, vous voyez apparaître le nom de l’acide aminé qui le porte dans la ligne d’information en bas de la fenêtre. Voir votre livre p.363 pour la traduction. a) Cliquer sur l’icône carrée bleu clair Sélectionner tout. b) Cliquer dans le menu Liaisons, Liaisons hydrogènes, Afficher. Vous pouvez les masquer en cliquant Effacer. c) Même procédé pour afficher les ponts disulfures éventuels et les faire disparaître. d) Sélectionnez uniquement la chaîne enzyme en cliquant sur un de ses carbones et réaffichez-la en ruban. e) Réaffichez si besoin les liaisons à étudier avec les procédés décrits ci-avant. 4. Affichez d'éventuelles liaisons hydrogène et ponts disulfures (liaisons faibles électrostatiques, non covalentes, entre atomes d'acides aminés différents) afin de connaître leur rôle dans le complexe pepsinesubstrat. Faites une hypothèse quant à ce rôle. 5. Sachant que les liaisons hydrogène et autres liaisons faibles sont facilement brisées par des chocs moléculaires dus à la chaleur ou par une variation de pH dans la solution, proposez une explication à l’existence de conditions physicof) N’effectuez AUCUN enregistrement avant de fermer le fichier chimiques optimales d’activité 1pso.pdb. pour toute enzyme. 6. Résumez quelles caractéristiques moléculaires du complexe enzyme-substrat permettent d’expliquer la spécificité de substrat.