Cours de Biochimie Générale 1 AM - 2024/2025 PDF

15/11/2024 COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM PR LAILA BENCHEKROUN Année Universitaire: 2024/2025 COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM BIOCHIMIE BIOCHIMIE STRUCTURALE METABO...

15/11/2024 COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM PR LAILA BENCHEKROUN Année Universitaire: 2024/2025 COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM BIOCHIMIE BIOCHIMIE STRUCTURALE METABOLIQUE  STRUCTURE DES  ENZYMOLOGIE GLUCIDES  METABOLISME DES  STRUCTURE DES LIPIDES GLUCIDES  STRUCTURE DES ACIDES  METABOLISME DES AMINES/PEPTIDES/PROTE LIPIDES INES  METABOLISME DES ACIDES AMINES 1  15/11/2024 COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM BIOCHIMIE  Anciennement appelée « CHIMIE BIOLOGIQUE »  La science qui a pour objet l’étude des réactions chimiques ayant lieu au sein de la matière vivante:  Biologie moléculaire  Biochimie structurale et métabolique  Biochimie de la communication cellulaire COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM BIOCHIMIE STRUCTURALE ET METABOLIQUE  Etude de la structure et des propriétés chimiques des molécules constituant la matière vivante  BIOCHIMIE STRUCTURALE  Etude des réactions chimiques qui permettent la transformation et l’utilisation de la matière et de l’énergie prélevées dans l’environnement pour assurer la conservation de la structure vivante au niveau phénotypique  BIOCHIMIE METABOLIQUE 2  15/11/2024 COURS DE BIOCHIMIE GENERALE 1 AM BIOCHIMIE METABOLIQUE  ENZYMOLOGIE  METABOLISME DES GLUCIDES  METABOLISME DES LIPIDES  METABOLISME DES ACIDES AMINES INTRODUCTION AU MÉTABOLISME Toute cellule:  Milliers de réactions chimiques  Transferts de matière et/ou d'énergie. Cet ensemble de réactions biochimiques = le métabolisme. Les réactions forment un réseau de voies métaboliques le long desquelles les molécules, que l'on appelle des métabolites, sont transformées. 6 3  15/11/2024 Anabolisme Catabolisme matériaux de construction + ATP ---> macromolécules complexes ---> macromolécules complexes matériaux de construction + ATP Ensemble des voies métaboliques Ensemble des voies métaboliques qui: qui :  utilisent l'énergie chimique (ATP)  Dégradent les macromolécules  synthèse des macromolécules biologiques complexes biologiques complexes,  Pour finir par l'oxydation  à partir de molécules de complète "matériaux de structures simples, construction" élémentaires, CO2 et  ou à partir de "matériaux de H2O. construction" élémentaires :  synthèse de l’ATP CO2 et H2O Synthèse des prot, Glycolyse, CK, Cycle de l’urée néoglucogenèse 7 INTRODUCTION AU MÉTABOLISME L'anabolisme et le catabolisme ont lieu simultanément dans la cellule. Ces deux processus sont extrêmement régulés et ce de manière coordonnée. Toutes les réactions du métabolisme se déroulent à une très grande vitesse, grâce à des catalyseurs biologiques : les enzymes. 8 4  15/11/2024 ENZYMOLOGIE COURS BIOCHIMIE METABOLIQUE 1 ERE ANNEE MEDECINE GENERALE PR L. BENCHEKROUN 2024 – 2025 ENZYMOLOGIE CHAPITRE 1: INTRODUCTION A L’ENZYMOLOGIE CHAPITRE 2: LES COENZYMES CHAPITRE 3: LA CINETIQUE ENZYMATIQUE CHAPITRE 4: LA REGULATION DES ENZYMES 10 5  15/11/2024 CHAPITRE 1: INTRODUCTION A L’ ENZYMOLOGIE PR L. BENCHEKROUN COURS DE BIOCHIMIE METABOLIQUE 1 ERE A M FMPR 11 OBJECTIFS Définir une enzyme Classer les enzymes Décrire la structure des enzymes Expliquer le principe de la catalyse enzymatique 12 6  15/11/2024 PLAN I. INTRODUCTION II. DEFINITIONS III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES IV. STRUCTURE DES ENZYMES V. CATALYSE ENZYMATIQUE 13 I. INTRODUCTION Les organismes vivants sont le siège d’un grand nombre de réactions biochimiques très diverses Ces réactions s’effectuent dans des conditions « douces » (Température 37°C, pH 7), où normalement, elles serait très lentes, voir même impossibles  nécessité d’une grande énergie d’activation pour leurs démarrage. Si elles ont lieu, c’est parce qu’elles sont catalysées par des molécules biologiques: LES ENZYMES 14 7  15/11/2024 I. INTRODUCTION LES ENZYMES SONT DONC LES INSTRUMENTS OU LES OUTILS DONT DISPOSE LA CELLULE POUR POUVOIR SURVIVRE Importance physiologique majeure: Transformations métaboliques Régulations 15 I. INTRODUCTION Nombreuses pathologies liées à une altération du fonctionnement des enzymes Glc-6P-deshydrogenase  anémie hémolytique Rôle diagnostic et d ’évaluation du pronostic: Possibilité de détecter et de quantifier l’activité d’enzymes spécifiques dans le sang, dans d’autres fluides tissulaires, ou dans des extraits cellulaires Pharmacologie : les enzymes sont les cibles de nombreux médicaments (inhibition spécifique d’enzyme) + Enzymo- thérapie de substitution 16 8  15/11/2024 I. INTRODUCTION L'ENZYMOLOGIE = Etude biochimique des enzymes. Elle consiste à étudier les propriétés structurales et fonctionnelles des enzymes. Elle s’intéresse aussi à décrire la vitesse des réactions catalysées par les enzymes. 17 PLAN I. INTRODUCTION II. DEFINITIONS III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES IV. STRUCTURE DES ENZYMES V. CATALYSE ENZYMATIQUE 18 9  15/11/2024 II. DEFINITIONS ENZYME (E) = Catalyseur Biologique des réactions biochimiques. 19 II. DEFINITIONS Catalyseur: Augmente la vitesse de la réaction, sans modifier l’équilibre, en diminuant l’énergie libre d’activation Intact à la fin de la réaction Agit à des faibles concentrations 20 10  15/11/2024 II. DEFINITIONS Biologique : Protéine produite par la cellule (protéine pur ou protéine + coenzyme de nature non protéique), synthèse déterminée génétiquement Enzyme = produit d’expression d’un gène ( ou plus) Exception: Ribozymes = ARN ribosomique, dotées d’activité d’endonucléase Spécifique: la spécificité est double Réaction Substrat 21 II. DEFINITIONS Spécificité de réaction : INVARIABLE 22 11  15/11/2024 II. DEFINITIONS Spécificité de substrat : VARIABLE LARGE: ABSOLUE: Transforme les S Un S unique est d’une même transformé en P classe en autant unique de P Exp: Glucokinase Exp: Héxokinase 23 II. DEFINITIONS ENZYME: Catalyseur: Biologique : Régulable: certains enzymes modifient leur activité catalytique en réponse à des signaux métaboliques: Ajuster la concentration d’un métabolite d’intérêt aux besoins cellulaires La production de ce métabolite doit être freinée lorsque le besoin cellulaire diminue et inversement 24 12  15/11/2024 II. DEFINITIONS ENZYME: Catalyseur: Biologique : Régulable: certains enzymes modifient leur activité catalytique en réponse à des signaux métaboliques. AJUSTEMENT DE L’OFFRE MÉTABOLIQUE À LA DEMANDE CELLULAIRE 25 II. DEFINITIONS ENZYME (E) = Catalyseur Biologique des réactions biochimiques. SUBSTRAT (S) = Molécule qui entre dans une réaction pour y être transformée grâce à l’action catalytique d’une enzyme. PRODUIT (P) = Molécule qui apparaît au cours d’une réaction catalysée par une enzyme. 26 13  15/11/2024 PLAN I. INTRODUCTION II. DEFINITIONS III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES IV. STRUCTURE DES ENZYMES V. CATALYSE ENZYMATIQUE 27 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES Au paravant,  nom de l’enzyme en fonction de l’organe ou l’organisme d’isolement. Exp: ZYMASE = Levure (Grec), l’ensemble des enzymes de la fermentation alcoolique contenus dans la levure En suite  nomenclature avec ajout du suffixe « Ase » au nom du substrat. Exp: Peptide  Peptidase Oside  Osidase Certains enzymes Protéolytiques n’obéissent pas à cette règle: Pepsine, Trypsine, Chymotrypsine. 28 14  15/11/2024 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES Nombre croissant des enzymes,  nom tient compte de deux spécificités: le substrat + le type de réaction catalysée Exp: Glucose 6 phosphate déshydrogénase En 1961, l’Union Internationale de Biochimie enregistre toutes les enzymes bien caractérisés, et leur donne un numéro de code de 4 chiffres précédés des lettres E C (Enzymes Commission) EC X. X. X. X 29 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES EC X. X. X. X Intérêt: o Eviter d’avoir des noms multiples pour la même enzyme o Eviter d’avoir des doublons de dénomination pour des enzymes présentant des capacités catalytique similaires 30 15  15/11/2024 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES EC X. X. X. X Premier Chiffre « X »: Type de réaction catalysée, Six grandes classes de réactions chimiques catalysées par 6 classes d’enzymes: 1ère classe: Les Oxydoréductases. Réactions d’oxydoréductions par transfert d’électrons, de protons, ou par fixation d’atome d’oxygène. EXP: les Hydroxylases, les Déshydrogénases 31 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES  2 ème classe: les transférases. Réactions de transfert des radicaux ou de groupes d’atomes d’une molécule à une autre. les transaminases: transfèrent les radicaux aminés -NH2 d’un AA à un acide cétonique accepteur les phosphokinases ou kinases: transfèrent un P Les transméthylases: transfèrent les radicaux méthyles (-CH3), d’une molécule à une autre, 32 16  15/11/2024 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES  3 ème classe: les hydrolases. Enzymes de dégradations qui se font par clivage d’une molécule (coupure hydrolytique) en présence d’eau et avec fixation des éléments de la molécule d’eau. Les Osidases: Hydrolase des glucides, Les phosphatases: hydrolysent des esters phosphoriques, Les lipases: hydrolysent les glycérides en glycérol et en acides gras Les E protéolytiques: hydrolysent les liaisons peptidiques R-CO-NH-R’ + H2O RCOOH + NH2-R’ 33 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES  4 ème classe: les lyases. enlèvement d’un groupement d’une molécule sans que se soit par hydrolyse. Les carboxylyases, déshydratases, les décarboxylases. 34 17  15/11/2024 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES  5 ème classe: les isomérases. Réactions de changement de structure dans une même molécule, sans modification de la formule globale = Rt d’isomérisation 35 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES  6 ème classe: les ligases. Réactions de création de liaison C-C, C- O, C-S, C-N, O-P, grâce à l’énergie libérée par hydrolyse d’une liaison riche en énergie « ATP » 36 18  15/11/2024 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES EC X. X. X. X Deuxième chiffre X : désigne la sous classe de E, précise la nature chimique du groupement donneur. la classe 1, la sous classe indique la nature du donneur d’électron: Grpt « –C-OH » Sous classe 1, Grpt « -CHO » ou « -CO » sous classe 2, la classe 2, la sous classe indique la nature du groupement transféré, La classe 3, la sous classe indique la nature de liaison hydrogène lysée, La classe 4, la sous classe indique la nature de liaison coupée 37 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES La classe 5, la sous classe indique le type d’isomérisation La classe 6, la sous classe indique la nature de liaison crée, EC X. X. X. X Troisième chiffre X: signe l’appartenance à la sous sous classe. Exp, Classe 1 et sous classe 1, la sous sous classe indique la nature de l’accepteur d’électrons Quatrième chiffre X, est un numéro d’ordre dans la sous sous classe considérée 38 19  15/11/2024 III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES La Glucose 6 phosphate déshydrogénase = EC 1.1.1.49 Donneur Accepteur Oxydoréductase N d’ordre 49 d’électron –C-OH d’électron NAD Classe 1 Sous classe 1 Sous sous classe 1 39 PLAN I. INTRODUCTION II. DEFINITIONS III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES IV. STRUCTURE DES ENZYMES V. CATALYSE ENZYMATIQUE 40 20  15/11/2024 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Les enzymes entièrement protéiques = enzymes holoprotéiques exemple Chymotrypsine Les enzymes formés de deux parties= enzymes hetéroprotéiques : Une partie protéique = apoenzyme Une partie non protéique = coenzyme (cofacteur) apoenzyme 41 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Apoenzyme: intervient dans la spécificité donc la fixation du substrat, thermolabile Coenzyme (Cofacteur) : effectue la réaction chimique « site catalytique », thermostable. Trois groupes:  Coenzymes métalliques  Coenzymes tétrapyroliques  Coenzymes dérivés de vitamines hydrosolubles 42 21  15/11/2024 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Coenzymes métalliques De nature inorganique, Héxokinase Mg++ Carboxypeptidase Zn++ Succinodéshydrogénase Fe Tyrosine hydroxylase Cu++ 43 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Coenzymes tétrapyroliques De nature organique, Structure identique ou voisine de celle de l’hème de l’hémoglobine, Contient des ions métalliques en particuliers le fer, sous forme Fe2+, Fe 3+, Interviennent dans les réactions de transferts d’électrons, Coenzymes des cytochromes, de la catalase, de la peroxydase. 44 22  15/11/2024 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Coenzymes dérivés de vitamines hydrosolubles De nature organique, COENZYME VITAMINE Dérivent des vitamines NAD Nicotinamide (Vit B3) TPP Vit B1 FMN, FAD Vit B2 (Riboflavine) PP Vit B6 (Pyridoxine) Cobalamine Vit B12 Tetrahydrofolate Vit B9 45 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Les coenzymes de nature organique (coenzymes tétrapyrolique, et dérivés des vitamines): deux types selon nature de liaison à l’apoenzyme Groupements prosthétiques Cosubstrat Coenzyme lié à Coenzyme lié à l’Apoenzyme par une l’Apoenzyme par une liaison covalente liaison faible 46 23  15/11/2024 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 1. Les enzymes sont des protéines: Enzyme Héteroprotéique Holoprotéique Apoenzyme Coenzyme Protéine pure Partie protéique Partie non protéique Ions métalliques Organiques: inorganiques Coenz tetrapyroliques Coenz dérivées de Vit Goupement Cosubstrat prostétique 47 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 2. Site actif de l’enzyme: Enzyme Héteroprotéique Holoprotéique Apoenzyme Coenzyme Protéine pure Partie protéique Partie non Site actif Spécificité = fixation du S protéique Site catalytique Lieu de la réaction 48 24  15/11/2024 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 2. Site actif de l’enzyme: a.Définition: Région privilégiée de la protéine de l’enzyme intervenant dans la réaction Constituée de quelques AA, pouvant être très éloignés dans la structure primaire de la protéine, mais se trouvant rapprochées dans l’espace grâce aux repliements qui maintiennent la structure de l’E 49 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 2. Site actif de l’enzyme: a.Définition: Localisé au fond d’une poche de la zone interne hydrophobe de la protéine où les échanges électroniques avec le substrats peuvent se réaliser aisément. 50 25  15/11/2024 IV. STRUCTURE DES ENZYMES Exemple chymotrypsine Le site actif : His 57, Asp 102 et Ser 195 51 IV. STRUCTURE DES ENZYMES 2. Site actif de l’enzyme: a.Définition: comporte deux sites voisins: Site de fixation de substrat ou de reconnaissance, Site catalytique: responsable de la réalisation de la réaction chimique catalysée par l’E 52 26  15/11/2024 PLAN I. INTRODUCTION II. DEFINITIONS III. NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES ENZYMES IV. STRUCTURE DES ENZYMES V. CATALYSE ENZYMATIQUE 53 V. CATALYSE ENZYMATIQUE 1. Fonctionnement d’un enzyme En absence d’E Substrat Produit « Ea » élevé: réaction n’est pas spontanée  En présence d’E Substrat Produit Energie d’activation abaissé: réaction possible Réaction scindé en des Rt partielle Réaction accélérée 54 27  15/11/2024 V. CATALYSE ENZYMATIQUE 1. Fonctionnement d’un enzyme L’enzyme abaisse l’En libre d’activation : S P 55 V. CATALYSE ENZYMATIQUE 1. Fonctionnement d’un enzyme Réaction scindée en deux réactions partielle Substrat Produit E + S ES EP E + P E fixe S au niv du centre actif, formation d’un complexe ES instable, avec activation de S qui devient plus apte à réagir = activation de S EP S se transforme en P , lié à l’E dans le complexe EP E + P Libérations de P, régénération de E intacte 56 28  15/11/2024 V. CATALYSE ENZYMATIQUE 1. Fonctionnement d’un enzyme Accélération de la vitesse de la Réaction, équilibre atteint plus rapidement E ne modifie pas l’équilibre final de la réaction, ne modifie pas la direction de cette réaction. Il permet simplement d’atteindre l’équilibre plus rapidement qu’en absence d E 57 V. CATALYSE ENZYMATIQUE 1. Fonctionnement d’un enzyme  Energie d’activation abaissé: réaction possible  Réaction scindé en des Rt partielle E + S ES EP E + P  Réaction accélérée, équilibre atteint plus rapidement 58 29  15/11/2024 V. CATALYSE ENZYMATIQUE 1. Fonctionnement d’un enzyme 59 V. CATALYSE ENZYMATIQUE Propriétés de la catalyse enzymatique Pas de modification de la chimie des réactions Enzyme est retrouvé intacte à la fin de la réaction Diminue l’énergie d’activation La réaction est scindée en deux réactions partielles Augmente la vitesse de la réaction, équilibre atteint plus rapidement 60 30  15/11/2024 CHAPITRE 2: LES COENZYMES PR L. BENCHEKROUN COURS DE BIOCHIMIE METABOLIQUE 1 ERE A M FMPR 61 OBJECTIFS Connaître les principaux coenzymes – Sites réactionnels –Modes d’action 62 31  15/11/2024 PLAN I. RAPPELS II. DEFINITIONS ET PROPRIETES III. ORIGINE DES COENZYMES IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 63 I. RAPPELS STRUCTURE DES ENZYMES: Notion du site actif de E Enzyme Héteroprotéique Holoprotéique Apoenzyme Protéine pure Partie protéique Coenzyme Site actif Spécificité = fixation du S Partie non protéique Site catalytique Lieu de la réaction 64 32  15/11/2024 PLAN I. RAPPELS II. DEFINITIONS ET PROPRIETES III. ORIGINE DES COENZYMES IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 65 II. DEFINITIONS ET PROPRIETES 1. DEFINITIONS Coenzyme: molécule organique Dont les groupement fonctionnels sont distincts des AA constituants l’E Cofacteurs indispensables aux E héteroprotéiques Qui fait partie de l’E à un moment donné Qui participe à la réaction chimique = site catalytique 66 33  15/11/2024 II. DEFINITIONS ET PROPRIETES 1. DEFINITIONS  En fonction de la liaison à l’apoenzyme Groupements Cosubstrats (CoS) prosthétiques (GP) Coenz peuvent Coenz solidement rester libre à coter attaché à l’enzyme de la protéine (Prothesis = placer enzymatique à coté) Liaison faible Liaison covalente 67 II. DEFINITIONS ET PROPRIETES 2. PROPRIETES Ne sont pas de nature protéique Sont thermostable À la différence Ont un bas PM des E Ils retrouvent leur état initial à la fin de la réaction ( à la différence de S) Ils transfèrent d’une molécule à une autre une entité X (é, atome, ou grpt d’atome) en la prenant transitoirement en charge 68 34  15/11/2024 PLAN I. RAPPELS II. DEFINITIONS ET PROPRIETES III. ORIGINE DES COENZYMES IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 69 III. ORIGINE DES COENZYMES Caractère essentiel ou indispensable Précurseur de Coenz = les Vitamines hydrosolubles, les Vitamines du groupe B COENZYME VITAMINE NAD Nicotinamide ( Vit B3) TPP Vit B1 FMN, FAD Vit B2 (Riboflavine) PP Vit B6 (Pyridoxine) Cobalamine Vit B12 Tetrahydrofolate Vit B9 70 35  15/11/2024 III. ORIGINE DES COENZYMES Quelques Coenz n’ont pas de caractère vitaminique Exp le coenz Lipoïque. Certaines vitamines n’ont pas d’activité coenzymatique connue Exp: les Vit liposolubles Vit A et D 71 PLAN I. RAPPELS II. DEFINITIONS ET PROPRIETES III. ORIGINE DES COENZYMES IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 72 36  15/11/2024 IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES Selon la nature des composés transférés: Coenzymes d’oxydoréduction: transfert d’équivalents réducteurs (électrons, atome d’hydrogène, ion hydrure) Coenzymes de transfert: transfert de groupements fonctionnels carbonés ou non:  Phosphate- nucléotides  Éléments carbonés  Éléments aminés  autres 73 PLAN I. RAPPELS II. DEFINITIONS ET PROPRIETES III. ORIGINE DES COENZYMES IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 74 37  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Transfert d’équivalents réducteurs (électrons, atome d’hydrogène, ion hydrure) Sont des cofacteurs des oxydoréductases: (Oxydases, Déshydrogénases, Hydro-peroxydases, Oxygénases) 75 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION LES CoE pyridiniques: NAD et NADP Dénomination: NAD: Nicotinamide Adénine Dinucléotide NADP: Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate 76 38  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION C4 Partie active Structure nicotinamide Ribose adénine Ribose Groupement phosphoryle supplémentaire sur le C-2’ du ribose de l’AMP 77 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION LES CoE pyridiniques: NAD et NADP Partie active C4 du cycle pyridine Origine vitaminique Dérivent de la Niacine ou vitamine B3 ou Vitamine PP 78 39  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION LES CoE pyridiniques: NAD et NADP Fonctionnement Fonctionnent comme un CoS, fixation d’un hydrogène et transfert d’un autre sous forme H+ , transfert de 2e- 79 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION LES CoE pyridiniques: NAD et NADP Les réactions NAD intervient:  Comme oxydant dans les Rt d’oxydation du catabolisme (glycolyse)  Comme réducteur, donne ces équivalents réducteurs à la chaine respiratoire NADP intervient:  Sous sa forme réduite comme réducteur, dans les Rt de réduction et d’anabolisme 80 40  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Les propriétés spectrales 340 E S + NAD P + NADH,H+ 81 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Les propriétés spectrales Propriétés spectrales différentes La forme réduite présente un pic d’absorption supplémentaire à 340 nm Intérêt: mesure de la vitesse des réactions enzymatiques impliquant ces CoE 340 E S + NAD P+ NADH,H+ 82 41  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION LES CoE flaviniques: le FMN et le FAD Dénomination: FMN : Flavine Mono- Nucléotide FAD : Flavine Adénine Dinucléotide 83 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Structure Mononucléotide FMN irrégulier à base de flavine et à pentose ribitol La flavine à un noyau isoalloxazine riche en DL conjuguées conférant à la molécule sa couleur jaune 84 42  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Structure FAD Dinucléotide: FMN + AMP (Adénosine monophosphate) 85 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Partie active Formé par les deux atomes d’azote 1 et 10, séparés par 2 DL conjuguées Origine vitaminique Dérivent de la Riboflavine ou vitamine B2 86 43  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Fonctionnement G P D’oxydoréductases appelées flavoprotéines FAD ou FADH2 ou FMN FMNH2 87 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Les réactions FAD:  GP de quelques déshydrogénases, en particulier celles qui créent des DL ( β oxydation des AG, cycle de l’acide citrique) FMN:  Intervient seulement dans la chaine respiratoire ( Complexe I) 88 44  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION LE CoE Lipoïque Dénomination: Coenzyme Lipoïque = Acide Lipoïque = Lipoate Structure Acide Gras 8 C portant un pont disulfure entre C6 et C8 89 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Partie active Pont disulfure Fonctionnement GP Transporteur d’H2 Réactions Réaction de décarboxylation oxydative des acides α cétoniques (complexe multienzymatique) 90 45  15/11/2024 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Les CoE Héminiques Structure et rôle Héme= métalloporphyrine à fer  GP d’enzyme d’oxydoréduction  Partie active Fe+++ qui fixe réversiblement un électron 91 V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION Mécanisme de fonctionnement Fe+++ + é Fe++ Fer Fer ferrique Ferreux Réactions  Cytochromes transporteurs d’é de la CRM  Cytochromes intervenant dans certaine Rt. Exp: Cyt P 450 et les Rt d’hydroxylation du Cholestérol et des stéroïdes  Des Enz comme catalase et peroxydase 92 46  15/11/2024 PLAN I. RAPPELS II. DEFINITIONS ET PROPRIETES III. ORIGINE DES COENZYMES IV. CLASSIFICATION DES COENZYMES V. COENZYMES D’OXYDOREDUCTION VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 93 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME 94 47  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME La Biotine: CoE de transport de CO2 Structure a = Ny imidazole b = Ny thiophène a c = Chaine latérale à groupement carboxyle b terminal c Origine vitaminique Biotine = Vitamine H 95 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME La Biotine: CoE de transport de CO2 Fonctionnement Partie active = N1’ du Ny Imidazole GP, Fixe réversiblement une molécule de CO2 Réactions La biotine est le GP des carboxylases:  Pyruvate carboxylase  Acétyl - CoA carboxylase  Propionyl CoA carboxylase 96 48  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Thiamine de pyrophosphate (TPP) CoE de décarboxylation réactivité Centre actif Structure a b a b a= noyau pyrimidique b= thiazole 97 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Thiamine de pyrophosphate (TPP) CoE de décarboxylation Origine vitaminique Thiamine = vitamine B 1 Fonctionnement  Centre actif= C 2 du noyau thiazole  GP, C’est le CoE de décarboxylation des Ac α cétonique 98 49  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Thiamine de pyrophosphate (TPP) CoE de décarboxylation Les réactions TPP intervient dans: 1- Décarboxylation oxydative des acides alpha cétoniques: Pyruvate deshydrogenase +++ 2- Réactions de transcétolisation 99 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Le Coenzyme A, CoE d’Acylation Structure Partie nucléotidique: – base: adénine – Sucre et groupe Phosphoryle Chaine de 3 élèments: – Adénosine 5’diphosphate – Acide pantothénique – cystéamine: SH terminal 100 50  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Le Coenzyme A, CoE d’Acylation Origine vitaminique L’acide pantothénique = Vit B 3 Fonctionnement  Centre actif = groupement SH de la cystéamine, d’où abréviation CoA SH Transporte en les activant les groupements acétyl et acyl: CoE d’acylation 101 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Le Coenzyme A, CoE d’Acylation Fonctionnement La liaison thioester riche en énergie à haut potentiel de transfert du groupement acyl 102 51  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Le Coenzyme A, CoE d’Acylation Réactions  Activateur des AG dans les réactions de dégradation Transporteur de radical acyle R-CO- et acétyle CH3- CO-  Fait partie du complexe multienzymatique de la Pyruvate déshydrogénase+++ 103 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME L’acide tétrahydrofolique (THF) Structure Acide folique P- Glutamate Ptéridine aminobenzoate 104 52  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME L’acide tétrahydrofolique (THF) Structure THF = dérivé tétrahydrogéné au niveau du noyau ptéridine de l’acide folique L’acide tétrahydro-5,6,7,8 folique 105 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME L’acide tétrahydrofolique (THF) Origine Vitaminique Vitamine B9 = Acide folique Fonctionnement  Partie active: l’ensemble de N5 et N10  CoE de transfert de groupements monocarbonés (autre que le CO2) ayant divers degrés d’oxydation, - CH3, -CH2-, -CHO, -CH=NH, -CH=, et d’interconversion de ces unités 106 53  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME L’acide tétrahydrofolique (THF) Mécanisme de fonctionnement Les groupements monocarbonés sont liés au THF par N5, N10, ou par les deux. Réactions  Conversion de l’homocysteine en mèthionine  Conversion de la serine en glycine  Synthèse des purines (de novo)  Métabolisme de l’histidine 107 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Cobalamine = CoE B 12 Structure Structure complexe:  Cycle corrine à 4 Ny pyrroliques  Pseudonucléotide  Ion cobalte à 6 valences de coordination 108 54  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Cobalamine = CoE B 12 Origine vitaminique Vitamine B12, synthétisé par les Bact intestinales, absorption liée à la présence du FI sécrété par l’estomac Fonctionnement Partie active = Ion Cobalt 109 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Cobalamine = CoE B 12 Réactions 2 coenzymes:  5'désoxy adenosyl cobalamine (mitochondriale) CoE de réaction d’isomérisation méthyl malonyl CoA en succinyl CoA (métabolisme des lipides)  Méthyl cobalamine (cytoplasmique) réaction de transfert de méthyl:  de l’homocystéine en méthionine du méthyl THF en THF 110 55  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME S-Adénosyl Méthionine SAM Structure Formé à partir de la réaction de l’ATP sur la méthionine Origine Dérive de la méthionine, AA indispensable, apporté par l’alimentation 111 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME S-Adénosyl Méthionine SAM Réactions  Forme active de transport et de fixation du radical méthyle (-CH3)  Coenzyme donneur de radicaux -CH3 pour la plupart des transméthylases qui fixent les grpt méthyles aux accepteurs convenables (Ac Nucléique, Protéines…).  La perte du méthyle transforme la S- adénosyl méthionine en S-adénosyl Homocystéine 112 56  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME CoE Nucléotidique (ATP) Structure Base- sucre- P  Bases: – Puriques: adénine et guanine – Pyrimidiques: cytosine, thymine et uracile  Sucre: béta D ribose  1,2 ou 3 groupe phosphoryle  Noms: ATP, GTP, CTP 113 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME CoE Nucléotidique (ATP) Vitamine précurseur aucune Principaux types de réaction - Transfert de: phosphate, pyrophosphate, d’adénosine monophosphate – Réactions d’activation et de transfert de biomolécules: Des oses: UDP-oses et /ou GDP-oses Des acides aminés: aminoacyl-AMP Des lipides: acyl-AMP 114 57  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Phosphate de pyridoxal (PP) Structure Dérive de la pyridoxine pyridoxine Origine vitaminique Vitamine B 6 115 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Phosphate de pyridoxal (PP) Fonctionnement  Partie active: atome de C aldéhydique porté par le C4  GP, CoE de transport des grpt aminés, CoE du métabolisme des AA 116 58  15/11/2024 VI. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPEMENT D’ATOME Phosphate de pyridoxal (PP) Réactions PP = CoE à tous faire du métabolisme des AA  Rt de décarboxylation catalysée par des décarboxylases  Rt de transamination catalysée par des transaminases  Rt de désamination non oxydative catalysée par des déshydratases 117 CHAPITRE 3: LA CINETIQUE ENZYMATIQUE PR L. BENCHEKROUN COURS DE BIOCHIMIE METABOLIQUE 1 ERE A M FMPR 59  15/11/2024 OBJECTIFS Définir la cinétique enzymatique Définir V max et KM Représenter graphiquement la cinétique d’une enzyme Démontrer l’influence des effecteurs sur la réaction enzymatique Différencier une E allostérique d’une E michaéliènne 119 PLAN I. INTRODUCTION II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUE 120 60  15/11/2024 I. INTRODUCTION Les étapes d’une réaction enzymatiques sont: 1. Reconnaissance de S par E 2. Formation du complexe ES 3. Transformation de S en P avec régénération de E intacte E + S ES EP E + P 121 I. INTRODUCTION L’étude de la cinétique enzymatique:  Vitesse de la réaction enzymatique  Influence des paramètres physiques ou chimiques 122 61  15/11/2024 I. INTRODUCTION Intérêt: Outils central pour l’analyse, le diagnostic et traitement des déséquilibres à la base de nombreuses maladies humaines: L’analyse cinétique Révéler les détails du mécanisme catalytique d’une E I. INTRODUCTION Intérêt: Diagnostic  l’augmentation du taux de certains E servent de marqueurs clinique de certaines pathologie (cardiaque, hépatique, …) Le déficit en activité catalytique d’enzyme  MHM (phénylcétonurie, hyperammoniémie congénitales par déficit en E du cycle de l’urée….) 62  15/11/2024 I. INTRODUCTION Intérêt: Thérapeutique  E = cible de choix pour les médicaments utilisés en thérapeutique Cinétique enzymatique = rôle central et critique dans la découverte des médicaments, et la détermination de leur mode d’action PLAN I. INTRODUCTION II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUE 126 63  15/11/2024 II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE VITESSE = Quantité de S consommé par unité de temps ou la Quantité de P formé par unité de temps. V = dP/dt = - dS/dt Dépend de :  Quantité de E: [E] = fixe le plus souvent  Quantité de S: [S]  Définit différents ordres de la réaction 127 II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE RÉACTION D’ORDRE 1 V = - dA/dt V = Fct [A] + A est disponible, + convertis en P V = K [A] , [A]  V 128 64  15/11/2024 II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE RÉACTION D’ORDRE 0 Excès de A par rapport à une quantité faible de E  même [EA] formé quelque soit [A] car [E] est limitée  dA/dt = Cte V = - dA/dt = Cte V est indépendante de [A], l’E est toujours saturé 129 PLAN I. INTRODUCTION II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUE 130 65  15/11/2024 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 1. LES PHASES D’UNE REACTION ENZYMATIQUE Phase préstationnaire: brève, vitesse croissante, S se lie à E  augmentation [ES] Phase stationnaire: toutes les molécules de E sont occupés par S, V est maximale et constante , indépendante de [S], cinétique d’ordre 0 Effet produit: [P] , la réaction inverse commence, la V diminue Phase d’équilibre: la vitesse de la transformation inverse devient égale à celle de départ 131 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 2. LA VITESSE INITIALE DE LA REACTION E S P V = - dS/dt = dP/dt = K [S] V est proportionnelle à la [S] Pour des [S] et en [E] données, on mesure la [P] en fct de Temps  courbe P = Fct (t) 132 66  15/11/2024 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 2. LA VITESSE INITIALE DE LA REACTION  La courbe est d’abord linéaire ascendante: E est V saturée par S, V maximale et Vi α constante Vi = tg α 0  puis s’infléchit: E n’est plus saturée par S, V décroit α0 V= tg α  enfin devient horizontale: équilibre atteint V=0 E S 133 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ Conditions expérimentales:[E]= Cte, [S] ,mesure de Vi Plus la [S] augmente, plus la [P] est grande Plus la [S] est grande, plus la Vi sera importante, jusqu’à attendre une valeur Max  Vi3 = Vi4: l’augmentation de [S] n’a plus d’influence 134 67  15/11/2024 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ V Max Courbe = hyperbole équilatère qui tend asymptotiquement vers une valeur limite = VMax 135 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ a. EQUATION DE MICHAELIS - MENTEN Equation de Michaelis - Menten Expression mathématique de la Vitesse « V » de la réaction enzymatique en fonction de la concentration en Substrat [S] 136 68  15/11/2024 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ b. REPRESENTATION GRAPHIQUE DE L’EQUATION M-M ORDRE 0 0> Vi tend vers V max KM = V max / 2 139 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ d. DETERMINATION EXPERIMENTALE DE VM ET KM METHODE ARITHMIQUE = REPRESENTATION DE M - M 140 70  15/11/2024 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ d. DETERMINATION EXPERIMENTALE DE VM ET KM METHODE GRAPHIQUE DE LINEWEAVER ET BURK C'est la représentation la plus utilisée qui fût publiée en 1935 par Hans Lineweaver et Dean Burk : Méthode des inverses 1/Vi = Fct (1/ [S]) Y= a X+ b 141 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ d. DETERMINATION EXPERIMENTALE DE VM ET KM METHODE GRAPHIQUE DE LINEWEAVER ET BURK  1/Vi = 0  1/[S] = - 1/KM  1/[S] = 0  1/ Vi=1/Vmax Cette représentation est une droite qui coupe l'axe des 1/V au point 1/Vmax, et l'axe des1/ [S] au point -1/ KM 142 71  15/11/2024 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 3. INFLUENCE DE [S] SUR Vi DE LA REACTION ENZ d. DETERMINATION EXPERIMENTALE DE VM ET KM METHODE GRAPHIQUE DE LINEWEAVER ET BURK  1/Vi = 0  1/[S] = - 1/KM KM/VM  1/[S] = 0  1/ Vi=1/Vmax 1/Vi = Fct (1/ [S]) 143 III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S 4. INFLUENCE DE [E] SUR Vi DE LA REACTION ENZ Conditions expérimentales:[S]= Cte, et saturante, [E] mesure de Vi P = Fct ( temps) Vi = Fct ([E]) Plus [E] , plus Vi est Vi directement importante proportionnelle à [E] 144 72  15/11/2024 PLAN I. INTRODUCTION II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUE 145 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 1. FACTEURS PHYSICOCHIMIQUES a. Influence du pH sur la réaction enzymatique pH d’arrêt,  Chaque E pH optimum proche activité = 0 de la neutralité Existence d’E fonctionnant à des pH extrêmes: pH (pepsine) = 1.8 (E gastrique ) pH (trypsine)=7.8 ( E intestinale) 146 73  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 1. FACTEURS PHYSICOCHIMIQUES a. Influence du pH sur la réaction enzymatique Le pH intervient sur :  Le Substrat: degré d’ionisation permet ou non sa liaison avec l’E La protéine de l’E soit en modifiant la structure secondaire ou tertiaire active de l’enzyme soit en modifiant les charges électriques et donc le degré d’ionisation des radicaux des acides aminés du site actif 147 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 1. FACTEURS PHYSICOCHIMIQUES b. Influence de la Température sur la réaction enzymatique 2 effets:  Accélération de la réaction: En nécessaire pour activer la Rt (Tre < 50°C)  Effet inhibiteur : pour les E thermosensible 55°C - 65°C par dénaturation de la protéine de l’E Tre optimale proche de la Tre cellulaire 148 74  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES EFFECTEUR = corps chimique qui par sa liaison avec l’E modifie la vitesse de la réaction enzymatique RÔLE : Physiologique: Régulation du métabolisme cellulaire Biochimique: Permettre de mieux comprendre le mode d’action des enzymes 149 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES (E allostériques) 150 75  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES INHIBITEURS CHIMIQUES Ralentissent V jusqu’à arrêt de la réaction Inhibiteurs irréversibles Inhibiteurs réversibles Effet inhibiteur n’est Effet inhibiteur est levé pas levé dans des conditions particulière Inh Inh non Inh compétitifs compétitifs incompétitifs S = Clé E = serrure 151 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.1. Les inhibiteurs réversibles compétitifs  Analogues structuraux du S  Se fixent sur le site actif de E à la place de S 152 76  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.1. Les inhibiteurs réversibles compétitifs X Mauvaise clé dans la serrure L’excès de S déplace I du complexe EI = réversibilité 153 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.1. Les inhibiteurs réversibles compétitifs 1/V= K’M/Vmax 1/S + 1/Vmax K’M > KM  Affinité K’M = KM (1 + I/KI) V max = Cte 154 77  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.2. Les inhibiteurs réversibles non compétitifs X  N’est pas un analogue structural de S  compétition  Se fixe sur un site différent du site de fixation de S sur E 155 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.2. Les inhibiteurs réversibles non compétitifs X Grain de sable qui empêche la bonne clé de tourner dans la serrure L’excès de S ne déplace pas I du complexe ESI 156 78  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.2. Les inhibiteurs réversibles non compétitifs 1/V = Km/V’max. 1/S + 1/V’max V’max = Vmax 1+I/KI Vmax K m = Cte donc affinité = Cte 157 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.3. Les inhibiteurs réversibles incompétitifs I se fixe sur le complexe ES 158 79  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.3. Les inhibiteurs réversibles incompétitifs Vmax , V’max = Vmax 1 + I/KI Km , K’m = Km 1 + I/KI 159 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES a. Les inhibiteurs chimiques réversibles a.4. Valeurs des constantes chimiques en présence d’inhibiteurs chimiques réversibles 160 80  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES b. Les inhibiteurs chimiques irréversibles Se lient de façon covalente à un groupement fonctionnel indispensable à l’activité catalytique  Inhibition irréversible 161 b. Les inhibiteurs chimiques irréversibles Exemple : Pénicilline= antibiotique  Liaison covalente avec résidu sérine de l’enzyme de synthèse de la paroi bactérienne (glycoprotéine transpeptidase)  Blocage de la synthèse de la paroi bactérienne Lyse bactérienne 162 81  15/11/2024 IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ 2. LES EFFECTEURS CHIMIQUES c. Les activateurs chimiques Les activateurs se fixent sur l’enzyme et/ou augmentent l’activité; Ils peuvent augmenter l’affinité (KM ) ou augmenter l’activité maximum Ils peuvent être réversibles – « A » se fixe par liaison faible (phénomène instantané) Ils peuvent être irréversibles – « A » se fixe par liaison covalente (phénomène lent) 163 PLAN I. INTRODUCTION II. VITESSE ET ORDRE D’UNE REACTION ENZYMATIQUE III. CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SEUL S IV. FACTEURS INFLUENCANT LA CINETIQUE ENZ V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUE 164 82  15/11/2024 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES 1. Structure et mode d’action:  E polymérique: leur structure quaternaire est composée de plusieurs chaines d’AA qui forment des sous unités appelées protomères,  Les protomères occupent des positions équivalentes, et présentent une symétrie les uns par rapport au autres, Sur chaque protomère deux sites fonctionnels:  Site actif, qui fixe S et le transforme en P  Site régulateur où se fixe l’effecteur allostérique de façon réversible 165 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES Fixation de l’effecteur allostérique (activateur ou inhibiteur) au site allostérique Transition allostérique, avec modification de l’En interne du protomère Diminution Augmentation de En interne Modification de En interne de l’affinité de E vis-à-vis de S Etat Relâché (R) Etat Tendu (T) Augmentation de l’affinité Diminution de l’affinité 166 83  15/11/2024 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES 1. Structure et mode d’action: 167 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES 1. Structure et mode d’action: Rôles des E Allostériques:  Grande sensibilité des E Allo aux variations de [S] et [Effecteur]  Rôle régulateur des voies métaboliques: l’E Allostérique catalyse la première réaction limitante d’une voie métabolique, Permettant l’adaptation du métabolisme aux besoins de la cellule 168 84  15/11/2024 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES 2. Cinétique des E allostériques: Courbe V = Fct (S) Forme sigmoïde en S [S]  pas de transformation de S en P  [S]  V augmente: effet coopératif = fixation de S sur un protomère Point favorise la fixation de S sur d’inflexion la protomère suivant  augmentation de l’affinité  zone de saturation V max 169 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES 2. Cinétique des E allostériques: Courbe V = Fct (S) Forme sigmoïde en S effet coopératif = fixation de S sur un protomère favorise la fixation de S sur la protomère suivant  augmentation de l’affinité Point d’inflexion 170 85  15/11/2024 V. ENZYMES ET EFFECTEURS ALLOSTERIQUES 3. Action des effecteurs allostériques: Ce sont des substances qui agissent comme activateurs ou inhibiteurs en modifiant la conformation des sites de liaison au S, ce qui change l’affinité pour le S Activateurs allostériques Favorisent l’état R, augmentent l’affinité de E pour S( K 0,5), lui permettant d’agir à de faible concentration en S Inhibiteurs allostériques Favorisent l’état T, diminuent l’affinité de l’E pour le S ( K 0,5), K0,5 K0,5 K0,5 171 CHAPITRE 4: REGULATION DES ENZYMES PR L. BENCHEKROUN COURS DE BIOCHIMIE METABOLIQUE 1 ERE A M FMPR 86  15/11/2024 OBJECTIFS  Connaitre les principaux modes de la régulation des enzymes 173 PLAN I. INTRODUCTION II. REGULATION DE LA VITESSE DE LA REACTION LIMITANTE A. DISPONIBILITÉ EN « S » ET EN « COE » B. ACTIVITE DE L’ENZYME E C. CONCENTRATION DE L’ENZYME E 174 87  15/11/2024 I. INTRODUCTION ENZYME (E) Catalyseur Biologique des réactions biochimiques. Régulable: certains enzymes modifient leur activité catalytique en réponse à des signaux métaboliques. AJUSTEMENT DE L’OFFRE MÉTABOLIQUE À LA DEMANDE CELLULAIRE 175 I. INTRODUCTION Les réactions du métabolisme doivent être finement régulées pour :  maintenir le plus possible des conditions de vie constantes  qu'un organisme ou une cellule interagissent avec leur environnement en réponse à des signaux intrinsèques ou extrinsèques 176 88  15/11/2024 I. INTRODUCTION Le but de la régulation = adapter l’offre métabolique à la demande cellulaire L’étape clé = réguler l’activité enzymatique et la quantité de l’enzyme. 177 I. INTRODUCTION S= Substrat P= produit E= Enzyme transformant S en P A =précurseur de S, Z= produit finale de la séquence réactionnelle Tous les E sont en excès, les vitesses des réactions ne dépondent que des concentrations des substrats, sauf l’enzyme régulateur qui catalyse la réaction limitante 178 89  15/11/2024 I. INTRODUCTION S= Substrat P= produit E= Enzyme transformant S en P A =précurseur de S, Z= produit finale de la séquence réactionnelle La réaction limitante: La réaction la plus lente, elle impose sa cadence à la chaine La première Rt spécifique de la séquence Irréversible 179 I. INTRODUCTION La vitesse de la réaction limitante est fonction de :  Disponibilité en S et en CoE  L’activité de E  La concentration en E 180 90  15/11/2024 PLAN I. INTRODUCTION II. REGULATION DE LA VITESSE DE LA REACTION LIMITANTE A. DISPONIBILITÉ EN « S » ET EN « COE » B. ACTIVITE DE L’ENZYME E C. CONCENTRATION DE L’ENZYME E 181 A.DISPONIBILITÉ EN « S » ET EN « COE » 1. Disponibilité en S est fonction :  De l’approvisionnement en précurseur A et du flux métabolique A  S, Plus S est disponible  V augmente dans la mesure où E n’est pas saturé 182 91  15/11/2024 A.DISPONIBILITÉ EN « S » ET EN « COE » 2. Disponibilité en CoE  l’approvisionnement en CoE et sa régénération sous la forme utilisée par E 183 PLAN I. INTRODUCTION II. REGULATION DE LA VITESSE DE LA REACTION LIMITANTE A. DISPONIBILITÉ EN « S » ET EN « COE » B. ACTIVITE DE L’ENZYME E C. CONCENTRATION DE L’ENZYME E 184 92  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E L’E peut être soumise : À une activation par protéolyse limitée, À une activation par fixation d’un second messager À un contrôle par modification covalente À un contrôle allostérique 185 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 1. Activation par protéolyse limitée (irréversible) Certaines protéines sont synthétisées et secrétées sous forme d’un précurseur inactif, appelé zymogène.  Une protéolyse sélective et irréversible de ces protéines entraine un changement de la conformation et une activation des ces enzymes.  Le changement de la conformation entraine la formation du site actif ou son exposition aux substrats. Cascade réactionnelle en générale 186 93  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 1. Activation par protéolyse limitée Exemple de zymogène  Hormones: Proinsuline  Protéines digestives: Trypsinogène  Protéines fonctionnelles: Facteurs de la coagulation  Protéines tissulaires: Procollagène 187 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 1. Activation par protéolyse limitée Activation dans la lumière intestinale 188 94  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 1. Activation par protéolyse limitée 189 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 1. Activation par protéolyse limitée Peptide C Peptide B Peptidase Peptide A 190 95  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 1. Activation par protéolyse limitée Intérêt de l’activation par protéolyse limitée  Protection des zymogènes d’un début de digestion  Assurer la fonction enzymatique durant un temps définie et une localisation déterminée  Forme de réserve de l’enzyme 191 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 2. Activation par fixation d’un second messager Exemple de l’AMP cyclique (AMP c)  AMPc = second messager pour l’effet intracellulaire de plusieurs hormones (exp : glucagon et adrénaline), produite à partir de l’ATP sous l’action d’une enzyme membranaire = adényle cyclase (AC) 192 96  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 2. Activation par fixation d’un second messager Exemple de l’AMP cyclique (AMP c)  Mécanisme de production + 193 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 2. Activation par fixation d’un second messager Exemple de l’AMP cyclique (AMP c)  Mécanisme d’action Enzyme P Enzyme E inactif + AMP c sous unité PKA régulatrice active détachée Effet 194 97  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 2. Activation par fixation d’un second messager Exemple de l’AMP cyclique (AMP c)  Mécanisme d’action AMP c = Signal de faim, active une Protéine Kinase A (PKA), qui elle-même régule différente enzyme du métabolisme PKA, constituée de 2 sous unités inactives (Catalytique C et régulatrice R) AMPc – S/U R  libération de la S/U C active  phosphorylation de Protéines (E)  Activation ou Inactivation de E 195 Exemple de l’AMP cyclique (AMP c) 196 98  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 3. Contrôle par modification covalente Mécanisme réversible qui aboutit à l’activation ou l’inactivation des enzymes : nécessite de l’énergie Modification catalysée par des enzymes de conversion: d’où l’appelation de régulation par interconversion Régulation soumise à un contrôle hormonale. On parle aussi de régulation hormonale Enzyme sous 2 formes interconvertibles : moins active, plus active Cascade enzymatique aboutissant à la régulation 197 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 3. Contrôle par modification covalente Modifications fréquentes phosphorylation – déphosphorylation+++ Se produit sur les résidus sérine ou thréonine ou tyrosine adénylation - déadénylation méthylation - déméthylation uridylation - déuridylation ribosylation - déribosylation acétylation - déacétylation 198 99  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 3. Contrôle par modification covalente phosphorylation – déphosphorylation Grâce à la phosphorylation – déphosphorylation, l’activité de l’E est sous contrôle hormonal. La cascade d’activation permet l’amplification du signal 199 Contrôle par modification covalente 200 100  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 3. Contrôle par modification covalente phosphorylation – déphosphorylation 4 raisons Rapidement réversible,  basculer rapidement entre les formes active et inactive de l‘E, Relativement peu coûteuse, car ne nécessite pas la synthèse de nouvelles molécules. Phosphorylation / déphosphorylation est rapide , son calendrier peut être ajusté pour répondre aux besoins physiologiques de la cellule. Effets amplifiés via la cascade de kinases. 201 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 4. Contrôle allostérique par liaison non covalente réversible à des effecteurs  E polymérique Sur chaque protomère deus sites fonctionnels:  Site actif, qui fixe S et le transforme en P  Site régulateur où se fixe l’effecteur allostérique de façon réversible 202 101  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 4. Contrôle allostérique par liaison non covalente réversible à des effecteurs Effecteur allostérique positif = activateur: Un métabolite en amont de la réaction (A) S lui-même Un catabolite Z’ du produit final Z + E + + L’activation allostérique par un substrat « amont » est caractéristique des voies cataboliques 203 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 4. Contrôle allostérique Effecteur allostérique négatif = Inhibiteur: un métabolite en aval de P (Z) ou P lui-même = rétroinhibition ou feed back inhibition Phénomène d'inhibition spécifique d'une enzyme placée en début d’une séquence métabolique, par le produit final de séquence réactionnelle. 204 102  15/11/2024 B. ACTIVITE DE L’ENZYME E 4. Contrôle allostérique Effecteur allostérique négatif = Inhibiteur: E - - L’inhibition allostérique par un produit « aval » est caractéristique des voies anaboliques 205 PLAN I. INTRODUCTION II. REGULATION DE LA VITESSE DE LA REACTION LIMITANTE A. DISPONIBILITÉ EN « S » ET EN « COE » B. ACTIVITE DE L’ENZYME E C. CONCENTRATION DE L’ENZYME E 206 103  15/11/2024 C. CONCENTRATION DE L’ENZYME E Assurée par le contrôle de l’expression des gènes: régulation transcriptionnelle La concentration d’un E dépend de sa vitesse de synthèse et de sa vitesse de catabolisme = turnover enzymatique Fait intervenir des protéines régulatrices (PR) qui agissent directement sur l’ADN par fixation sur des éléments de réponse situés dans le promoteur du gène – Si la quantité d’enzyme on parle d’induction – Si la quantité d’enzyme on parle de répression 207 208 104