Biochimie : Les Enzymes PDF

BIOCHIMIE : LES ENZYMES Enzymes = catalyseur biologiques spécifiques des réactions biochimiques, ce sont tous des protéines. - Catalyseur → diminuer l’énergie nécessaire pour faire transformation - Biologique → molécule organique produite par le corps - Spécifique → 1 enzyme po...

BIOCHIMIE : LES ENZYMES Enzymes = catalyseur biologiques spécifiques des réactions biochimiques, ce sont tous des protéines. - Catalyseur → diminuer l’énergie nécessaire pour faire transformation - Biologique → molécule organique produite par le corps - Spécifique → 1 enzyme pour 1 substrat (ou qlq uns mais très ciblé) Propriétés : - Efficacité : rend la réaction 103 à 1017 x + rapide - Non-consommation : régénération de l’enzyme en fin de réaction - Rentabilité : enzyme en concentration faible suffisante - Spécificité : reconnait 1 seul réactif (spécificité absolue) ou 1 type de réaction (spécificité restreinte) - Fragilité : dénaturation de la structure tertiaire (par chaleur, pH, détergents, …) - Régulable : modifie son activité en fonction des signaux métaboliques Classification (pour info) : Classification à 4 chiffres précédé de la mention EC (enzyme commission) → 6 classes, sous classes, sous sous classe, n° d’identification LA REACTION ENZYMATIQUE Il y a 2 phases dans la réaction enzymatique → formation du complexe enzyme – substrat : 1. Phase de liaison : substrat se fixe sur le site actif de l’enzyme (=binding) o Ajustement induit : arrivée du substrat + interaction enzyme-substrat permettant la modification du site actif pour une bonne complémentarité (évite d’avoir autre chose) o Le site actif : généralement formé par des parties différentes de la séquence 2. Phase de catalyse : l’enzyme permet au substrat de se transformer en produit o ATTENTION l’enzyme aide à la découpe/fusion, mais ce n’est pas elle qui le fait o Enzyme de catabolisme : simplifie les molécules o Enzyme d’anabolisme : complexifie la molécule LA CINETIQUE ENZYMATIQUE L’ACTIVITE SPECIFIQUE L’activité spécifique de l’enzyme (liaison au substrat → catalyse → libération produit) est quantifiée : - Activité enzymatique (U.I. = µmol/min) : qtt de substrat transformé par une unité de temps o Autre unité : le katal = mol/sec - Activité spécifique (U.I. = µmol/min/mgEnzyme) : activité enzymatique ramenée a 1 mg d’enzyme (= qtt de µmon transformé par min pour 1mg d’enzymes) o Si masse molaire connue → /min) - Constante catalytique (U.I. =/min) : nbre de molécules de substrat transformées par unité de temps o Caractérise l’efficacité d’une enzyme dans une situation donnée La vitesse de réaction dépend de l’affinité (propension à être facilement lié au substrat) et du temps de recherche (en fonction du nombre de substrat, activité enzymatique influencée). VOIR EXO LA VITESSE INITIALE Apparition du produit au cours du temps : - Phase stationnaire : bcp de substrat, peu de produit (de + en +) - Phase ralentie : - de substrat, réaction ralentie, tjr production de produit - Equilibre : il n’y a plus de substrat donc plus de réaction Pour mesurer la vitesse initiale → on calcule la pente de la droite de la phase stationnaire : 𝒅[𝑺] 𝒅[𝑷] 𝝂= − 𝒅𝒕 = 𝒅𝒕 (en M/s ou µM/s) Influence de la concentration en substrat : En fonction de la concentration initiale en substrat, la vitesse initiale varie : + il y a de produit, + la vitesse est rapide (+C = +V) MAIS il y a une vitesse qu’on ne peut dépasser = vitesse max de travail → vitesse ou, même si l’on rajoute du substrat, elle reste constante. L’EQUATION DE MICHAELIS – MENTEN Expression de la vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat : - Km = concentration en substrat lorsque l’enzyme a une vitesse = à sa vitesse max/2 (demi saturation) - Km est inversement proportionnelle à l’affinité de l’enzyme pour son substrat Il est cependant + facile de travailler avec une droite → linéarisation de Lineweaver et Burk : 𝟏 𝑲𝒎 𝟏 𝟏 - = 𝒙 + 𝒗𝟎 𝑽𝒎𝒂𝒙 [𝑺] 𝑽𝒎𝒂𝒙 - X = 0 → 1/v0 = 1/Vmax - Y = 0 → 1/[S] = -1/Km Signification des paramètres cinétiques : Vmax = vitesse de la réaction lorsque l’enzyme est « à saturation », lorsque toutes les molécules de l’enzyme sont complexées au substrat. Km = concentration du substrat lorsque l’enzyme est à « demi-saturation », lorsque la moitié des molécules de l’enzymes sont complexées au substrat (inversement proportionnel à affinité → Km + bas = grande affinité) - Kcat = caractérise efficacité d’une catalyse enzymatique (Kcat élevée = efficacité élevée) - Kcat/Km = constante de spécificité → + rapport est grand, + transformation substrat rapide Détermination de Km et Vmax : - Apd d’un tableau de données de la concentration de substrat [S] et de la vitesse, on peut transformer ces valeurs en 1/[S] et en 1/v - Ensuite, on créé la droite linéaire (Lineweaver et Burk) - Déterminé l’équation de la droite (y = ax + b) → quand x = 0, Y = … et inversement - Déterminer Vmax → quand X = 0, alors Y = 1/Vmax → Vmax = 1/Y - Déterminer Km → quand Y = 0, alors X = -1/Km → Km = -1/-X FACTEURS INFLUENÇANT LA REACTION ENZYMATIQUE INFLUENCE SUR LA VITESSE DE REACTION Influence du pH sur la vitesse de réaction : - Etat d’ionisation des AA varie en fonction du pH → modification du site actif - Aux pH extrêmes → dénaturation de la protéine - pH optimal souvent proche de la neutralité (pas pour toutes : pepsine gastrique = 2, …) Influence de la température sur la vitesse de réaction : - T° faible : ↗ exponentielle de l’activité enzymatique car fourni énergie nécessaire a réaction - T° optimal : svt proche de la t° du milieu cellulaire - T° élevée : dénaturation protéine, modification du site actif LES INHIBITEURS CHIMIQUES Un inhibiteur = molécule se fixant à 1 enzyme, qui diminue activité enzymatique et la vitesse de réaction. L’inhibition des enzymes joue un rôle dans le contrôle des mécanismes biologiques (régulation voies métaboliques), ils sont utilisés dans les médicaments, les insecticides, les pesticides. Inhibiteurs réversibles (faibles liaisons avec enzyme) : - Compétitifs : il se fixe sur le site actif et le modifie → il faut augmenter [S] pour le déloger o Km augmente : affinité pour le substrat diminue o Vmax non modifiée → inhibiteur déplacé par excès de substrat o Mauvaise clé dans la serrure, entre mais ne tourne pas - Non compétitifs : il se fixe sur le site actif et le transforme → le substrat sait se fixer mais ne sait plus être transformé. o Km non modifié → affinité pour le substrat identique (pas besoin d’augmenter [S]) o Vmax diminue → inhibiteur non déplacé par excès de substrat o Bonne clé dans la serrure mais grain de sable empêche de tourner Inhibiteurs irréversibles - Liaisons covalentes avec l’enzyme - Aspirine inhibe cyclooxygénase → pas de production des molécules de douleurs, inflammation, fièvre LES ACTIVATEURS CHIMIQUES Les ions métalliques : - Favorisent la bonne conformation 3D - Favorisent la fixation du substrat - Participe à la catalyse Protéolyse limitée : - Irréversible - Proenzyme → enzyme - Clivage des liaisons peptidiques - Pepsinogène, fibrinogène Modification covalente : - Réversible - Forme active → forme inactive LES ENZYMES ALLOSTERIQUES Les enzymes allostériques = enzymes composés de 4 monomères, dont chacun à 2 conformations → conformation tendue (peu d’affinité) ou relâché (très forte affinité = fort attiré par son S). - Fixation du substrat sur l’enzyme influence l’affinité (augmente) - L’augmentation de la concentration en S, augmente la proportion d’enzyme en conformation R Courbe sigmoïde = effet coopératif : peu de substrat au début donc peu d’affinité → au fur et à mesure de [S] augmente, affinité augmente, + les monomères changent de conformation T à R, jusqu’à un point ou tous les enzymes ont la même conformation R et la courbe rejoint la courbe Michaelien. Effecteurs allostériques : Effecteurs = molécules ayant une action sur les enzymes (activateur ou inhibiteur). - Activateurs allostériques : o Déplacement de l’équilibre T – R déplacé vers R (favorise conformation R) o Affinité des enzymes pour leur substrat augmentée o A l’extrême → équation Michaelis – Menten - Inhibiteurs allostériques : o Déplacement équilibre T – R vers T o Affinité des enzymes pour leur substrat diminué L’allostérie a une très grande importance : - Confère à l’E une grande sensibilité de son activité aux variations de [S] et des effecteurs - 1e rang des mécanismes régulations des activités enzymatiques - Souvent enzyme catalysant la 1e réaction limitante d’une voie métabolique REGULATION DES VOIES METABOLIQUES Exemple de la glycogène phosphorylase musculaire : Action de l’insuline = hypoglycémiante (diminue glycémie) par déphosphorylation de la glycogène synthase, activant la glycogénogénèse ET stimule enzyme inactivant la glycogène phosphorylase (enzyme de la glycogénolyse = transformation glycogène en glucose) Glycogène phosphorylase (enzyme allostérique) ; - Active soit car T → R ou car lié à 1P On veut l’inhiber (pour empêcher glycolyse) → inactivation par insuline Insuline active une enzyme (phosphorylase phosphatase) qui fait changer de forme à une autre enzyme (glycogène phosphorylase : de forme A à B) pour suivre règle allostérie (en fonction de la concentration en substrat) LES COENZYMES Apoprotéine = partie protéique de l’enzyme. Cofacteur = petite molécule requise pour donner son activité à l’enzyme, se fixe dans le site actif de l’apoprot. Groupe prosthétique = fixé de manière covalente. Co-substrat = libre, second substrat de la réaction, nécessaire pour que la réaction ait lieu, qui va soit directement être libéré dans la réaction, soit resté attaché pour la réaction suivante. Coenzyme pyridiniques (NAD+ et NADP+) : - NAD+ = nicotinamide adénine dinucléotide → cosubstrat d’oxydoréduction - Dérivée de la vit PP et du tryptophane Coenzymes flaviniques (FAD et FMM) : - FAD = flavine adénine dinucléotide → grpmt prosthétique d’oxydoréduction - Dérivé de la vit B2 Coenzyme A : - CoA-SH = cosubstrat dans les réactions de transfert de groupe acyle dont acétyle - Dérivé de vit B3 Coenzymes Quinoniques (coenzyme Q) : - CoQ = cosubstrat d’oxydoréduction - Un des groupements permet la phosphorylation oxydative - Non dérivé d’une protéine Coenzymes héminiques : - Cytochrome C = grpmt prosthétique d’oxydoréduction - 1 hème (Fe3+)