Les enzymes, des protéines actives dans la réalisation

(2 semaines)
L
Les enzymes, des protéines actives dans la es enzymes, des protéines actives dans la
réalisation du phénotype
réalisation du phénotype
Introduction :
La pigmentation de la peau (pages 18 et 19) est due à la quantité de mélanine contenue dans la peau.
La mélanine est synthétisée dans les mélanocytes à partir de tyrosine et sous l'action successive
d'enzymes dont la tyrosinase.
Un enzyme est une substance qui accélère une réaction chimique, et qui se retrouve intacte à la fin de
cette dernière.
Soit la relation suivante :
Une ou plusieurs protéines déterminent donc la réalisation du phénotype macroscopique.
Comment agissent les enzymes dans l'élaboration du phénotype ?
1
1 Le mode d'action des enzymes. Le mode d'action des enzymes.
1.1
1.1 Les facteurs du milieu peuvent modifier l'activité enzymatique. Les facteurs du milieu peuvent modifier l'activité enzymatique.
TP1 : L'activité d'une enzyme, l'amylase.
1.1.1
1.1.1 L'action de la température. L'action de la température.
Lorsque la température augmente, l'agitation moléculaire
augmente, ce qui augmente les chances pour les molécules
d'enzymes de rencontrer les molécules de substrat. La vitesse de
réaction enzymatique augmente ainsi fortement.
À l'inverse, lorsque la température diminue, l'enzyme est
inactivée, la réaction chimique n'est pas catalysée car il n'y a pas
de rencontre entre l'enzyme et son substrat.
Mais une très forte augmentation de température provoque une
dénaturation de l'enzyme.
En dehors du cas des enzymes de certaines bactéries qui sont
actives à des températures extrêmes (sources hydrothermales), la
température optimale de la réaction chimique est proche de 40 °C.
C'est pour une valeur donnée de la température, dite température optimale, que chaque enzyme
présente son activité maximale.
1.1.2
1.1.2 L'action du pH. L'action du pH.
L'activité de l'enzyme dépend de valeurs limites de pH précises. C'est
pour une valeur donnée du pH optimal, que chaque enzyme présente son
activité maximale.
1
enzyme
substrat produit
gène1 gène2 gène3
enzyme1 enzyme2 enzyme3
tyrosine molécule1 molécule2 mélanine

1.2
1.2 L'activité enzymatique dépend de la structure spatiale des enzymes. L'activité enzymatique dépend de la structure spatiale des enzymes.
1.2.1
1.2.1 La structure spatiale des enzymes dépend de la séquence des acides La structure spatiale des enzymes dépend de la séquence des acides
aminés.
aminés.
Question 3 et 4 page 33
La liaison entre l'enzyme et le substrat est réalisée au niveau d'un creux formant le site actif de
l'enzyme.
Si la séquence d'acides aminés de l'enzyme est modifiée, notamment au niveau du site actif, alors sa
configuration spatiale change, ce qui conduit à une modulation ou à une inactivation de l'enzyme.
1.2.2
1.2.2 La structure spatiale des enzymes dépend des conditions du milieu. La structure spatiale des enzymes dépend des conditions du milieu.
Une variation de pH modifie les charges portées par les acides aminés constituant l'enzyme, ainsi, des
liaisons hydrogène ou des ponts disulfure entre des acides aminés voisins dans la molécule peuvent être
rompus de manière définitive ou non.
Cela modifie la configuration spatiale de l'enzyme, donc la complémentarité de l'enzyme avec le
substrat est perdue, ce qui provoque une perte de la spécificité de l'enzyme.
1.3
1.3 La formation d'un complexe enzyme-substrat. La formation d'un complexe enzyme-substrat.
TP2 : Vitesse de réaction enzymatique et concentration en substrat.
Lorsque la concentration en substrat augmente ( document
4 page 27 ), la vitesse de la réaction enzymatique augmente
aussi. Elle se stabilise alors à un niveau constant
correspondant à la vitesse maximale. Cela prouve en effet la
formation d'un complexe enzyme-substrat.
En , il y a peu d'association ES (complexe enzyme-
substrat). La vitesse de réaction est faible, peu de produits
sont formés.
En , la concentration en substrat augmente, il y a donc
beaucoup d'associations ES (complexe enzyme-substrat). La
vitesse de la réaction est plus élevée, la quantité de produits
formés augmente.
En , le plateau de saturation s'explique par le fait que le
site actif de tous les enzymes est occupé par le substrat. On dit que l'enzyme est saturée.
L'équation générale d'une réaction catalysée par une enzyme est donc :
Enzyme + Substrat  Complexe enzyme-substrat  Enzyme + Produit
(E) (S) (ES) (E) (P)
1.4
1.4 Conclusion. Conclusion.
Les modalités d'action des enzymes reposent sur la formation du complexe enzyme-substrat.
Les propriétés des enzymes dépendent de leur structure spatiale. Des modifications de
structure spatiale, déterminées soit par des changements de la séquence des acides aminés,
soit par des conditions du milieu (pH, température, ions...), modifient leur activité.
2
2 Les enzymes : catalyseurs biologiques à double spécificité. Les enzymes : catalyseurs biologiques à double spécificité.
2.1
2.1 Spécificité du substrat. Spécificité du substrat.
2.1.1
2.1.1 L'amylase salivaire. L'amylase salivaire.
Elle n'agit ni sur le saccharose ni sur le fructose mais uniquement sur l'amidon.
(C6H10O5)n + n/2 H2O  n/2 C12H22O11
amidon (S) eau amylase maltose (P)
salivaire (E)
2

Le composé chimique transformé par l'enzyme (E) est appelé substrat (S). La substance obtenue à
l'issue de la réaction est appelée produit (P). Dans ce premier exemple, l'amidon est le substrat et le
maltose est le produit.
2.1.2
2.1.2 La peroxydase. La peroxydase.
Bien que H2O2 ait une structure proche de celle de H2O, la peroxydase décompose uniquement H2O2.
2H2O22H2O + O2
(S) (E) (P) (P)
Dans cet exemple, H2O2 est le substrat, H2O et O2 sont les produits.
2.2
2.2 Spécificité d'action. Spécificité d'action.
2.2.1
2.2.1 L'action des enzymes sur l'amidon. L'action des enzymes sur l'amidon.
(C6H10O5)n + n/2 H2O  n/2 C12H22O11
amylase
(C6H10O5)n + C6H12O6  (C6H10O5)n+1 + H2O
amidon synthétase
L'hydrolyse de l'amidon est la rupture de la molécule d'amidon en présence de molécules d'eau. La
synthèse de l'amidon est catalysée par l'amidon synthétase alors que son hydrolyse est catalysée par
l'amylase : c'est la spécificité d'action.
Ainsi, des enzymes différentes peuvent agir sur un même substrat, mais chaque enzyme est spécifique
d'une réaction donnée.
2.2.2
2.2.2 Les enzymes sont des biocatalyseurs performants. Les enzymes sont des biocatalyseurs performants.
Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs synthétisés par des cellules vivantes, elles sont donc
appelées biocatalyseurs et sont spécifiques d'un substrat. Chaque enzyme catalyse spécifiquement un
type de réaction du métabolisme. Par cette double spécificité, de très nombreuses réactions
biochimiques se déroulent à tout instant dans chaque cellule.
Lorsque les conditions du milieu sont favorables, l'enzyme peut agir sur 10 000 molécules de substrat
par seconde. On dit que c'est un biocatalyseur très performant.
2.3
2.3 La fonction de l'enzyme dépend de sa structure spatiale. La fonction de l'enzyme dépend de sa structure spatiale.
La complémentarité de forme entre substrat et enzyme, et l'affinité chimique qui les lie explique la
double spécificité présentée par les enzymes.
Dans le site actif se trouvent :
–un ensemble d'acides aminés constituant le site de reconnaissance du substrat. Ce sont eux qui
vont déterminer la spécificité du substrat,
–un ensemble d'acides aminés constituant le site catalytique. Ce sont eux qui vont déterminer la
spécificité d'action de l'enzyme.
2.4
2.4 Conclusion. Conclusion.
Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs biologiques. Elles présentent une double
spécificité : spécificité d'action et de substrat.
3

3
3 Les enzymes déterminent le phénotype. Les enzymes déterminent le phénotype.
Dans les cellules d'un être vivant les enzymes agissent sur un substrat spécifique, c'est ce qui
détermine la réalisation du phénotype.
3.1
3.1 Le phénotype macroscopique. Le phénotype macroscopique.
Les levures sont capables d'hydrolyser le saccharose et de l'assimiler. On dit qu'elles sont [sac+].
Une enzyme, la saccharase, confère aux levures [sac+] l'aptitude à hydrolyser le saccharose, donc à se
développer dans un milieu contenant du saccharose.
Le phénotype macroscopique est déterminé par au moins une enzyme. Si cette enzyme n'est pas
fonctionnelle, la catalyse ne peut pas avoir lieu et le phénotype dépendant de cette réaction chimique
n'est pas réalisé. Cette levure a donc le phénotype [sac-].
3.2
3.2 Le rôle des enzymes dans la réalisation du phénotype moléculaire. Le rôle des enzymes dans la réalisation du phénotype moléculaire.
Les enzymes catalysent toutes les réactions chimiques du métabolisme cellulaire au cours duquel la
cellule synthétise toutes les molécules organiques dont elle a besoin et dégrade les molécules
énergétiques (glucides) pour former de l'énergie chimique (sous forme d'ATP).
Parmi les protéines synthétisées, certaines enzymes participent directement à la réalisation du
phénotype macroscopique.
Exemple : dans le cas de la chaîne de biosynthèse de la mélanine, si l'un des enzymes est inactif alors
la mélanine n'est pas synthétisée et l'individu est albinos.
3.3
3.3 Conclusion. Conclusion.
Par la catalyse spécifique d'un type de réaction du métabolisme, chaque enzyme participe
ainsi à l'élaboration des phénotypes.
C'est donc par leurs propriétés biocatalytiques que les enzymes interviennent, à différentes
échelles, dans la réalisation du phénotype.
4