Chapitre 4 : Les Enzymes PDF

Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique Chapitre 4 : Les enzymes 1. Généralité 2. Réaction enzymatique 3. Propriétés des enzymes 4. Nomenclature des enzymes 4.1. Nomenclature fonctionnelle 4.2. Nomenclatur...

Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique Chapitre 4 : Les enzymes 1. Généralité 2. Réaction enzymatique 3. Propriétés des enzymes 4. Nomenclature des enzymes 4.1. Nomenclature fonctionnelle 4.2. Nomenclature officielle 5. Classification des enzymes 6. Spécificité de l'association [protéine-ligand] 7. Cinétique enzymatique 7.1. La cinétique Michaelis-Menten 7.2. Lineweaver et équation de Burk 8. Facteurs influençant l'activité enzymatique 8.1. Influence de la température 8.2. Influence du pH 8.3. Inhibiteurs 8.4. Activateurs 8.5. Cofacteurs  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique 1. Généralité - Les enzymes sont des protéines douées d’activité catalytique spécifique. Elles permettent aux réactions chimiques de s’effectuer à vitesse élevée et avec une spécificité qui élimine la formation de sous-produits. - Elles sont constituées de plusieurs acides α-aminés de la série L unis entre eux par une liaison formée par condensation entre le groupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement amine d’un autre acide aminé Les enzymes peuvent être répartis en deux groupes : Enzymes extracellulaires (ou exoenzymes) : elles sont synthétisées à l'intérieur de la cellule, puis sécrétés dans l'espace extracellulaire. Enzymes intracellulaires (ou endoenzymes) : elles sont synthétisées et utilisées entièrement à l'intérieur de la cellule où elles sont généralement liées à des particules subcellulaires ou membranes intracellulaires rendant leur extraction plus difficile - Du point de vue de leur structure on divise les enzymes en deux catégories : Les holoenzymes : Les enzymes purement protéiques, elles ne sont constituées que d’acides aminés. Les hétéroenzymes : enzymes en deux parties : une partie protéique appelée apoenzyme et une partie non protéique appelée cofacteur ou coenzyme. 2. La réaction enzymatique C’est une réaction chimique qui se déroule dans la cellule, en présence d’un catalyseur biologique (l’enzyme). S+E [ES] P+E S (Substrat) : C’est une molécule transformée au cours d’une réaction chimique. P (Produit) : C’est la molécule résultante de la transformation d’un substrat au cours de cette réaction.  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique Représentation schématique d’une réaction enzymatique 3. Propriétés des enzymes ❖ Les enzymes accélèrent les réactions chimiques dans les systèmes biologiques. ❖ L’enzyme agit à concentration très faible. ❖ Les enzymes sont des catalyseurs spécifiques, elles n’agissent que sur des composés moléculaires bien précis. Exemple : les amylases n’agissent que sur les amidons, les protéases n’agissent que sue des protéines. ❖ L’enzyme ne modifie pas la nature de la réaction ni son équilibre ni son état thermodynamique, elle modifie la réaction en accélérant sa vitesse. 4. Nomenclature des enzymes 4.1. Nomenclature fonctionnelle Elle est très utilisée. Elle prend en compte le nom du substrat de l’enzyme et le type de réaction catalysée. Pour désigner une enzyme on indique : - D’abord le nom du substrat - Puis le type de réaction catalysée - On ajoute enfin le suffixe ase Par exemple : Glucose -6- phosphate isomérase, Isocitrate lyase, Pyruvate carboxylase.  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique 4.2. Nomenclature officielle Depuis 1961, l’Union internationale de Biochimie et de Biologie Moléculaire(IUBMB) a codifiée la nomenclature et la classification des enzymes sous une nomenclature officielle. Toutes les enzymes actuellement connues sont répertoriées sous un numéro portant 4 nombres (X1.X2.X3.X4) séparées par des points et précédés par les lettres EC (sigle d’Enzyme Comission) ; Cette classification est régulièrement mise à jour au fur et à mesure des découvertes. La signification des 4 nombres est la suivante : X1 : (varie de 1 à 6). Il désigne la classe de l’enzyme qui dépend du type de réaction catalysée. Ces réactions sont classées en 6 groupes (classes) : 1- Oxydoréductase 2- Transférase 3- Hydrolase 4- Lyase 5- Isomérase 6- Ligase X2 : la sous classe, la nature du groupement chimique donneur de groupement, type de fonction du substrat métabolisé. X3 : la sous-sous-classe, indique la nature chimique de l’accepteur. X4 : numéro d’ordre de l’enzyme (dans la sous sous classe), en relation avec le substrat de l’enzyme Exemple : Le lysozyme - IL porte le nom systématique : peptidoglycane N-acétylmuramylhydrolase. -Son numéro de classification est : EC 3.2.1.17. Le premier chiffre (3) : indique la classe principale de l’enzyme (hydrolases), Le deuxième chiffre (2) : précise sa sous – classe (glycosylase), Le troisième chiffre (1) : sa sous - sous – classe (enzyme hydrolysant les composés O – et S- glycosylés), Le quatrième chiffre (17) est le numéro de série de l’enzyme attribué arbitrairement à l’intérieur de sa sous – sous – classe.  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique 5. Classification des enzymes Classe 1 : Oxydoréductases Elles catalysent les réactions d’oxydoréduction, c’est-à-dire le transfert de protons et d’électrons. C’est le cas des déshydrogénases, des réductases, des oxydases... (par exemple, la lactate déshydrogénase permet la réduction du pyruvate en lactate ou encore l’oxydation du lactate en pyruvate). Classe 2 : Transférases Elles catalysent les réactions de transfert d’atome ou de groupement d’atomes. C’est le cas des transaminases qui transfèrent la fonction amine d’un acide aminé sur un acide α-cétonique. Exemple : L – aspartate – aminotransférase (aminotransférases ou transaminases), qui catalyse la transformation réversible des acides α- cétoniques en acides aminés par transfert de groupes amines.  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique Classe 3 : Hydrolases Elles catalysent des réactions de coupure de liaison covalente nécessitant de l’eau. C’est le cas de toutes les enzymes digestives comme la trypsine (spécialisée dans la coupure des liaisons peptidiques). Classe 4 : Lyases (synthases) Elles catalysent les réactions lytiques non hydrolytiques et non oxydantes en créant des doubles liaisons. Dans les réactions de ce groupe il y a rupture d’un enchainement entre deux atomes, carbone – carbone ou carbone – hétéroatome Exemple : Isocitrate glyoxylate lyase (EC 4.1.3.1), Dans cette réaction le réarrangement conduit à l’oxydation de l’alcool secondaire en aldéhyde  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique Classe 5 : Isomérases Elles catalysent des réactions d’isomérie, c’est-à-dire provoquant des changements de structure dans une même molécule sans changer sa formule globale (isomérisation, cis – trans, épimérisation, …) Exemple : L –méthylmalonyl - CoA isomérase (EC 5.4.99.2) Classe 6 : Ligases Elles catalysent les réactions de ligation, de condensation, c’est-à-dire la formation de liaisons covalentes nécessitant de l’énergie chimique, le plus souvent apportée par l’hydrolase d’ATP. C’est le cas des synthétases comme la glutamine synthétase, qui permet l’amidification de l’acide glutamique en glutamine (métabolisme azoté). Exemple : Pyruvate carboxylase (EC 6.4.1.1)  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique 6. Spécificité de l’association [protéine- ligand] Les protéines natives se replient dans une conformation tertiaire fonctionnelle unique d’où l’acquisition de leur activité biologique. Cette structure globale de la macromolécule permet à une région particulière d’adopter reconnue par le ligand spécifique de la protéine. On peut citer divers types d’associations entre une protéine et un ligand : Le complexe enzyme - substrat(s) Enzyme - régulateur (inhibiteur, activateur, coenzymes,...) Antigène – anticorps Récepteurs – hormones Hémoglobine – oxygène Dans le cas des enzymes, cette région particulière s’appelle le site actif Site actif des enzymes La formation du complexe enzyme-substrat est caractérisée par une spécificité. La fonction des enzymes est liée à la présence dans leur structure d’un site particulier appelé le site actif. Schématiquement, il a la forme d’une cavité ou d’un sillon dans lequel vont se fixer les substrats grâce à plusieurs liaisons chimiques faibles. Une fois fixés, les substrats vont agir et se transformer en produits Le site actif est subdivisé en deux partis : - Le site de liaison (fixation/reconnaissance) : il reconnait la complémentarité de forme avec un substrat spécifique à l’enzyme. - Le site catalytique : il permet la réaction transformant le substrat en produit Représentation schématique du site actif de l’enzyme.  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique L’association enzyme-substrat (ES) est stabilisée par des liaisons de faible énergie : liaison hydrogène, interactions hydrophobes, liaisons ioniques... Le complexe ES subit un réarrangement interne qui va permettre la transformation du substrat en produit. 7. La cinétique enzymatique K : la constante de vitesse quantifiant la rapidité de passage d’un état à l’autre. K1 : est la constante de vitesse de formation du complexe ES. K-1 : est la constante de vitesse de dissociation du complexe ES. Kcat (K2): est la constante catalytique. 7.1. La cinétique de Michaelis-Menten Signification de la vitesse maximale Vmax : - Correspond à la vitesse initiale quand l’enzyme est saturée par son substrat - Renseigne sur l’efficacité catalytique de l’enzyme. Vmax = kcat[Et] Signification de la constante Km : C’est la constante de dissociation du complexe ES :  Chapitre 4 : Les enzymes Biochimie / Science Biologique - Affinité de l’enzyme pour le substrat, · Quand [S] >>> Km : Vi = Vmax = kcat [Et] · Quand [S]