Cours 5 Activité enzymatique 2022 PDF

Cours 4: L’activité enzymatique Biologie 12 STSE pages 36 à 54 1 La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule sont catalysées par des protéines spéciales: les enzymes. Enzyme = catalyseur biologique Catalyseur = substance qui active une réaction chimique et qui réapparaît inch...

Cours 4: L’activité enzymatique Biologie 12 STSE pages 36 à 54 1 La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule sont catalysées par des protéines spéciales: les enzymes. Enzyme = catalyseur biologique Catalyseur = substance qui active une réaction chimique et qui réapparaît inchangée à la fin de la réaction. 2 Exemple : synthèse ou digestion du saccharose ENZYME Sans l’enzyme, la réaction serait très lente, voire impossible à la température ambiante. 3 Les enzymes peuvent servir à assembler de petites molécules en plus grosses = anabolisme (synthèse) OU à défaire de grosses molécules en plus petites = catabolisme (décomposition) OU à modifier des molécules en d'autres molécules semblables (changer un glucose en fructose, par exemple) 4 Les enzymes et l’énergie de réaction Réaction sans enzyme Énergie d'activation de la réaction sans enzyme Énergie d'activation de la réaction avec enzyme Réaction avec enzyme Énergie dégagée par la réaction 5 L'enzyme abaisse le niveau d'activation de la réaction (l’énergie d’activation) Les enzymes et l’énergie de réaction 6 Le mode d’action des enzymes L'enzyme peut être utilisé de nouveau après la réaction puisqu’il reprend sa forme originale. Les enzymes peuvent catalyser entre 1 et 1000 réactions à la seconde. 7 Le mode d’action des enzymes La plupart des enzymes sont des protéines de forme globulaire qui présentent certaines cavités. Ces cavités sont les sites actifs de l’enzyme. 8 Le mode d’action des enzymes Au cours d’une réaction, le site actif d’un enzyme interagit de manière précise avec un réactif nommé substrat formant ainsi un complexe enzyme-substrat. 9 Le mode d’action des enzymes Le substrat épouse parfaitement la forme du site actif de l’enzyme, qui a la capacité de modifier légèrement sa forme pour s’adapter au substrat. Cette modification de forme se nomme ajustement induit. 10 La spécificité des enzymes Puisque le site actif de chaque enzyme est adapté à un seul type de substrat, un enzyme particulier ne peut catalyser qu'un type de réaction précise. Il y a donc autant d'enzymes différents que de réactions différentes. 11 La spécificité des enzymes Certaines enzymes sont plus spécifiques que d'autres et n'acceptent qu'un seul substrat. D'autres enzymes peuvent agir sur une gamme de molécules, à condition qu'elles contiennent le type de lien ou de groupe chimique visé par l'enzyme. 12 La dénaturation des enzymes L'enzyme ne peut fonctionner que si elle possède une forme parfaitement adaptée à son substrat. Un changement dans l’environnement peut donc amener un changement de configuration d’un enzyme et ainsi l’empêcher de fonctionner. Ce mécanisme se nomme dénaturation de l'enzyme. Les enzymes sont sensibles: aux variations de température au pH trop élevé ou trop faible aux concentrations d’ électrolytes (sels) 13 PPP La chaleur est-elle un inhibiteur ou un catalyseur ? 14 L’influence du milieu sur l’activité enzymatique – Les enzymes fonctionnent mieux dans des gammes de température et de pH spécifiques. Des conditions sous-optimales peuvent faire perdre à une enzyme sa capacité à se lier au substrat. – L’effet de la température : L'augmentation de la température accélère généralement la réaction, et la baisse de la température ralentit la réaction. Cependant, des températures extrêmes élevées peuvent entraîner la perte de forme (dénaturation) d'un enzyme et alors l'empêcher de fonctionner. À basse température, l’enzyme et le substrat ont une faible énergie cinétique donc l’activité enzymatique est ralentie. 15 L’influence du milieu sur l’activité enzymatique – L’effet du pH : Chaque enzyme a une gamme de pH optimale. Changer le pH en dehors de cette gamme ralentit l'activité enzymatique. Les valeurs extrêmes de pH peuvent causer la déformation des enzymes. – L’effet des électrolytes : La variation de la concentration d’ions peut interagir avec certains enzymes et avoir un effet sur leur activité. 16 L’influence du milieu sur l’activité enzymatique La concentration d'enzyme : L'augmentation de la concentration d'enzyme accélèrera la réaction, tant qu'il y a suffisamment de substrat disponible pour se lier. Une fois que tout le substrat est lié, la réaction ne s'accélèrera plus, car il n'y aura plus de substrat à lier aux enzymes supplémentaires. La concentration du substrat : Augmenter la concentration du substrat augmente également la vitesse de réaction jusqu'à un certain point. Une fois que tous les enzymes se sont liés, toute augmentation de substrat n'aura aucun effet sur le taux de réaction, car les enzymes disponibles seront saturés et fonctionneront à leur taux maximal. 17 L’INHIBITION ENZYMATIQUE 18 INHIBITION ENZYMATIQUE Certaines substances chimiques peuvent inhiber le fonctionnement d’un enzyme = inhibiteurs enzymatiques L’inhibiteur agit en se liant chimiquement à l’enzyme. La liaison de l’inhibiteur avec l’enzyme empêche l’enzyme de fonctionner. L’inhibiteur peut se fixer dans le site actif ou ailleurs sur l’enzyme. Un inhibiteur enzymatique peut être : Réversible ou irréversible 19 Irreversible inhibitors usually covalently modify an enzyme, and inhibition can therefore not be reversed. Irreversible inhibitors often contain reactive functional groups such as nitrogen mustards, aldehydes, haloalkanes, alkenes, Michael acceptors, phenyl sulfonates, or fluorophosphonates. These electrophilic groups react with amino acid side chains to form covalent adducts. The residues modified are those with side chains containing nucleophiles such as hydroxyl or sulfhydryl groups; these include the amino acids serine (as in DFP, right), cysteine, threonine or tyrosine. Irreversible inhibition is different from irreversible enzyme inactivation. Irreversible inhibitors are generally specific for one class of enzyme and do not inactivate all proteins; they do not function by destroying protein structure but by specifically altering the active site of their target. For example, extremes of pH or temperature usually cause denaturation of all protein structure, but this is a non-specific effect. Similarly, some non-specific chemical treatments destroy protein structure: for example, heating in concentrated hydrochloric acid will hydrolyse the peptide bonds holding proteins together, releasing free amino acids. 20 INHIBITION ENZYMATIQUE Si l’inhibiteur se lie à l’enzyme au moyen de liaisons covalentes, l’inhibition est habituellement irréversible et l’enzyme sera inactivé de façon permanente.. liaisons covalentes 21 INHIBITION ENZYMATIQUE Si l’inhibiteur se lie à l’enzyme au moyen de liaisons intermoléculaires faibles, l’inhibition est réversible. et l’enzyme sera de nouveau fonctionnel si la concentration de l’inhibiteur diminue. 22 PPP Dans quelles situations/processus peut-il être utile qu’un inhibiteur réversible soit impliqué ? 23 LA RÉGULATION DES VOIES MÉTABOLIQUES La régulation allostérique Plusieurs enzymes possèdent un site de liaison en plus du site actif. Ce site, nommé site allostérique, est destiné à recevoir une molécule nommée : régulateur. 24 Le régulateur peut soit stimuler ou inhiber l’activité enzymatique LA RÉGULATION DES VOIES MÉTABOLIQUES La régulation allostérique Lorsque le régulateur diminue l’activité enzymatique, on le nomme régulateur inhibiteur. Lorsque le régulateur stimule l’activité enzymatique on le nomme régulateur activateur. 25 Un inhibiteur réversible peut être compétitif ou non compétitif : Un inhibiteur compétitif ressemble chimiquement au substrat et entre en compétition avec lui pour se fixer au site actif. L’inhibiteur compétitif diminue donc le rendement de l’enzyme. Inhibiteur compétitif Un inhibiteur non compétitif se lie au site allostérique de l’enzyme et altère la conformation de l’enzyme de sorte que le substrat ne peut plus se lier ou se lie moins bien au site actif. La réaction catalysée est arrêtée ou ralentie. i.e régulateur (allostérique) inhibiteur Inhibiteur non compétitif 26 Inhibition compétitive et non compétitive Inhibiteur compétitif Inhibiteur non compétitif 27 La rétroinhibition Inhibition spécifique, réversible, non compétitive Le produit final de la voie se lie à un site allostérique sur le premier enzyme de la voie. 28 La rétro-inhibition empêche la cellule de gaspiller ses ressources chimiques. la glycémie (taux de glucose dans le sang) est réglée par un mécanisme de rétro-inhibition faisant intervenir les hormones pancréatiques (figure 18) 29 Exemples d’utilisation L’acide cyanhydrique est un inhibiteur pour l’enzyme cytochrome c-oxydase, qui intervient dans la respiration cellulaire, Durant la Seconde Guerre mondiale, les nazis l'ont utilisé dans les chambres à gaz des camps d'extermination Il est produit naturellement par certains végétaux, et peut être trouvé notamment dans les amandes amères et les noyaux de pêche 30 Venin du trigonocéphale malais Contient des inhibiteurs d’enzymes responsables de la coagulation. Utilisé pour le traitement des ACV. 31 Plusieurs antibiotiques sont des inhibiteurs de certaines enzymes bactériennes. La pénicilline est un inhibiteur irréversible d’une enzyme (la transpeptidase) essentielle à la fabrication de la paroi de certaines bactéries (les bactéries sont recouvertes d’une paroi rigide faite de polymères). 32 L’aspirine (acide acétylsalycilique) est un inhibiteur irréversible de la cyclooxygénase une enzyme nécessaire à la production d’une hormone responsable de l’inflammation. 33 http://jice.lavocat.free.fr/archives/tpe_aspirine/action%20aspirine.htm 34 Les statines comme l'atorvastatine (Lipitor® ) ou la lovastatine (Mevacor®) sont des médicaments utilisés pour abaisser le taux de cholestérol sanguin chez les patients qui ont un taux élevé de cholestérol. Ce sont des inhibiteurs compétitifs de la HMG-CoA réductase, une enzyme qui joue un rôle capital dans la synthèse du cholestérol dans le foie. 35 Les cofacteurs et les coenzymes Ions inorganiques (Cu, Zn, Fe) ou molécules non protéiques organiques. Assistent les enzymes. 36 Situés dans les sites actifs des enzymes où ils attirent les molécules de substrat. Exemple : carboxypeptidase 37 Les coenzymes : cofacteurs non protéiques organiques Les cofacteurs sont souvent connus sous le nom de vitamines. (certaines vitamines sont des substrats.) Vitamine Coenzyme Niacine NAD+ B2 (Riboflavine) FAD B1 (Thiamine) Pyrophosphate de thiamine Acide pantothénique Coenzyme A (CoA) B12 (Cobalamine) Coenzymes B12 38