4. Enzymes

Question 1

définition et description des enzymes

Answer 1

• Définition : catalyseurs biologiques qui accélèrent les réactions chimiques qui ont lieu dans les cellules
• Certains sont des acides ribonucléiques = ribozymes
• Hautement spécifiques
• Ne sont pas consommés lors de la réaction : S + E -> P + E

Question 2

description du site actif ?

Answer 2

o « petit » par rapport à la taille de l’enzyme. Les acides aminés participant à la réaction sont généralement dispersés dans la séquence primaire -> il faut donc un reploiement très important pour rapprocher ces différents acides aminés dans un région très restreinte
o Diminue l’énergie de l’état de transition et stabilise sa structure. Il contient aussi des groupes catalytiques responsables de la réaction proprement dite
o Contient des acides aminés qui lui permettent d’interagir avec le substrat et de le maintenir dans une certaine forme pour que la réaction se produise. La liaison E/S est réversible et le produit P quitte rapidement l’enzyme une fois formé
o Microenvironnement généralement non-polaire. Positionnement correct des réactifs de manière à générer le produit désiré et non pas un autre -> SPECIFICITE
o La structure du site actif est généralement complémentaire de celle du substrat pour optimiser les interactions
o Les deux modèles généralement utilisés pour décrire cette interaction sont le modèleclef/serrure (Fisher) et le modèle avec ajustement induit (Koshland

Question 3

que dit le modèles

Answer 3

❖ Ajustement induit : lorsque le substrat s’approche du site actif, changement de conformation de l’enzyme pour un alignement précis des groupements catalytiques avec le groupe réactionnel du substrat
❖ Clef/serrure : je pense que tu as capté le principe

Question 4

quelle est la nomenclature et la classification des enzymes ?

Answer 4

• Nomenclature : nom (substrat, réaction,…) + suffixe « ase »
• Classification : pas utile à retenir pour le moment, on verra tout plus tard dans notre cursus en enzymo ☺
* cofacteurs

Question 5

parler des cofacteurs

Answer 5

o Généralement nécessaires aux enzymes pour fonctionner correctement
o Ne sont pas spécifiques
o Divisés en 2 classes (Les 2 classes peuvent coexister) :

Question 6

décrire les ions métalliques ?

Answer 6

❖ ions métalliques = éléments trace, oligoéléments
▪ sont souvent présents
▪ Rôles :
• Fonction structurelle
• Acide de Lewis
• Donneurs ou accepteurs d’électrons dans des réactions d’oxydo-réduction

Question 7

décrire les coenzymes

Answer 7

❖ coenzymes = composés organiques dérivé de vitamine, divisés en
▪ cosubstrats
▪ groupes prosthétiques (si le coenzyme interagit de manière permanente avec l’enzyme)
• cofacteur redox : NAD/NADH qui transfère des ions H- (H+ et 2e-) via l’azote du cycle nicotinamide

Question 8

que font les oxydroréductases

Answer 8

♪ Catalysent les oxydations (perte d’e- ) et réductions (addition d’e-)
♪ Donneur (réducteur oxydé) → accepteur (oxydant réduit)
♪ Exemples de couples : alcool-aldéhyde ; aldéhyde-acide ; amine-imine
♪ Par convention, déshydrogénases sont toujours nommées p/r à la réaction d’oxydation

Question 9

que fait la lactate déshydrogénase ?

Answer 9

♫ catalyse la réduction du pyruvate en lactate
♫ on ne parle pas de pyruvate réductase car l’oxydation est + favorable
♫ Mécanismes d’action :
- enzyme libre
- Fixation NADH : E-H+-NADH
- le pyruvate (substrat) se fixe : E-H+-NADH-pyruvate

Question 10

ex de transférases ?

Answer 10

kinases

Question 11

que font les kinases

Answer 11

♪ Catalysent le transfert d’un groupe phosphate d’un donneur (ATP) sur un accepteur (sucre/protéine/lipides P)
♪ De protéines :
o Régulation de protéines : contrôlent l’interrupteur ACTIF/INACTIF
o Signalisation : signaux biochimiques EC lient le ligand -> le ligand est phosphorylé par une enzyme -> cascade de signalisation, de phosphorylation -> phosphorylation d’une molécule qui va transloquer vers le noyau et induire/inhiber la synthèse de certains gènes
o Il s’agit de phosphorylation sur le OH de Ser, Thr ou Tyr

Question 12

que font les lipides (pour les transférases) ?

Answer 12

o Signalisation : la phosphorylation de PIP2 -> PIP3 permet de plateforme d’ancrage pour une série de signalisations

Question 13

que font les sucres (transférases) ?

Answer 13

o Métabolisme de sucres : transformer le glucose -> glucose-6P
o Le Mg2+ sert de cofacteur : en interagissant avec les groupements phosphates chargés négativement, il rend le phosphore γ + électropositif (délocalisation des e-) facilitant ainsi l’attaque nucléophile de l’oxygène

Question 14

que font les hydrolases

Answer 14

♪ catalysent l’addition d’eau sur un substrat
♪ L’hydrolyse est une réaction irréversible
♪ Substrats : généralement un lien ester, amide
♪ Exemple : enzymes digestives et lien peptidique
♪ Mécanisme d’action de la chymotrypsine : = Enzyme digestive qui clive le lien peptidique en C-term d’un aa aromatique à l’aide de Ser 195

Question 15

comment produire 1 nucléophile assez puissant pour une attaque ?

Answer 15

La triade catalytique Acide-Base-Nucléophile : Ensemble de trois résidus qui forment un réseau de transfert de charge qui permet de polariser et activer le résidu nucléophile qui peut alors attaquer son substrat.

Question 16

que va faire le Nu, la base et l’acide ds l’attaque ?

Answer 16

▪ Le nucléophile : généralement groupe OH ou SH
▪ La base : généralement histidine. Elle polarise et déprotone le nucléophile.
▪ L’acide : l’aspartate et le glutamate alignent la base et la polarise

Question 17

parler des nuances concernant l’attaque du Nu à l’électrophile ?

Answer 17

o Le pKa du groupement hydroxyle d’une sérine est trop élevé pour permettre l’existence d’une forme déprotonée à pH physiologique
o Il existe chez la chymotrypsine un réseau de pont H entre la Ser195, l’His57 et l’Asp102 (Triade catalytique)
o Lors de la liaison d’un substrat, il y a un changement de conformation de l’enzyme qui favorise le lien H ente Asp102 et His57 ce qui fait passer le pKa de l’azote du groupe imidazole de 7 à 12
 L’His57 déprotone alors fortement le groupement OH de la Serine 195 et génère un anion très nucléophile : Ser est activée
o Lors de la liaison du substrat, l’aa hydrophobe adjacent au lien à cliver se niche dans une cavité hydrophobe, ce qui
▪ positionne correctement le peptide dans le site actif.
▪ induit la formation de l’oxygène très nucléophile (triade catalytique)
o Cet O nucléophile attaque alors le C du lien peptidique et délocalise les e- sur l’oxygène du groupe carbonyle = Attaque du carbocation (-C=O) : double liaison brisée : Oxyanion très instable
o Stabilisation de l’oxyanion par les liens H avec un H < lien amide de cette même Ser195
o Un deuxième pont H avec un hydrogène de la Gly192 stabilise un état intermédiaire tétraédrique
o L’intermédiaire étant instable, il y a reformation d’un double lien entre l’oxygène et le carbone du carbonyle.
o Cela conduit à un déplacement du lien entre le carbone et l’azote du lien peptidique et à la rupture du lien peptidique.
o Le groupement amine est aussi protoné par l’hydrogène de l’His57 ce qui favorise le déplacement.
o La partie C-terminale du peptide clivé (produit n°1) quitte alors le site actif de l’enzyme
o Une molécule d’eau venant de l’extérieur est déprotonée par l’azote de l’His57
o Un oxygène très nucléophile est alors généré
o Cet O attaque le carbone du lien ester et génère un nouvel intermédiaire qui est stabilisé par le « trou à oxyanion »
o L’instabilité de l’intermédiaire aboutit à la reformation d’un double lien entre l’oxygène et le carbone du carbonyle.
Et à un déplacement du lien entre le carbone et l’oxygène de la Ser195.
o Il y a réformation du lien H entre l’azote de l’His57et le OH de la Ser195
o L’extrémité N-terminale du peptide (Produit n°2) quitte le site actif de l’enzyme

Question 18

que font les lyases et les synthases ?

Answer 18

♪ Famille très disparate d’enzymes qui catalysent un grand nombre de réactions différentes
♪ Fonctionnent avec un grand nombre de groupes prosthétiques différents
♪ Une définition contre-intuitive des lyases : Enzymes qui clivent les liens C-C; C-O et C-N autrement que par hydrolyse ou oxydation pour former généralement une molécule avec un double lien
20
♪ Pyruvate décarboxylase ; Aldolase

Question 19

que font les isomérases ?

Answer 19

♪ Transfèrent un groupe ou un double lien au sein d’une même molécule
♪ Changent aussi la stéréochimie d’un C*

Question 20

que font les ligases ou synthases ?

Answer 20

♪ Forment des liens C-C mais contrairement au lyases, leur action nécessite l’hydrolyse de l’ATP

Question 21

parler des réactions et couplage énergétique

Answer 21

o Pour assurer leur structure et leur fonction, nos cellules ont besoin de matière et d’énergie
o Cette matière et cette énergie sont fournies par les matières organiques alimentaires qui vont subir un ensemble de réactions chimiques (METABOLISME)
Lumière
o 6CO2 + 6H20 -> C6H12O6 + 6O2
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H20 + Energie

Question 22

expliquez le processus de couplage énergétique

Answer 22

❖ association de deux réactions enzymatiques, l’une exergonique, l’autre endergonique, grâce à laquelle l’énergie libérée par la première peut être directement transmise à la seconde au lieu d’être perdue sous forme de chaleur.
❖ permet la réalisation d’un processus endergonique si le processus exergonique qui lui est associé fournit un ΔG dont la valeur absolue est inférieure au ΔG du processus endergonique.
❖ Energie libre de Gibbs (ΔG) peut être utilisée pour décrire le caractère spontané d’une réaction
❖ Rappel: l’énergie de Gibbs d’une réaction est indépendante du chemin réactionnel
➔ une réaction catalysée aura donc la même énergie libre de Gibbs qu’une réaction non catalysée
o L’hydrolyse d’ATP permet à un grand nombre de réactions endergoniques de se produire.
o La concentration en ATP dans nos cellules est faible et l’ATP doit donc être constamment régénéré à partir d’ADP
ATP —–> ADP (mouvement, transport actif, biosynthèse, amplification de signal)
ADP ——> ATP (photosynthèse)
o L’énergie d’activation ΔG* ou EA est l’énergie qu’il faut fournir au système pour que la réaction se produise, donne une idée de la rapidité avec laquelle une réaction va se faire

Question 23

comment agissent les enzymes ?

Answer 23

o Les enzymes agissent en diminuant l’énergie d’activation du système et en stabilisant l’état transitionnel
A-B + C -> [ A┉B┉C]* -> A + B-C

Question 24

parler de l’équilibre réactionnel

Answer 24

Equilibre :
❖ S ⇌ P
❖ K’eq = [𝑃] / [𝑆]
❖ ΔG’°= -RT ln K’eq= -RT ln [𝑃] / [𝑆]
❖ Lien direct entre l’énergie libre et les concentrations en Substrat et Produit

Question 25

parler de la vitesse de réaction ?

Answer 25

❖ quantité de réactif qui réagit par unité de temps (μmol / sec.)
❖ S ⇌ P
❖ V= k [S] où k = constante de vitesse
❖ Loi d’action de masse (Guldberg & Waage): A température constante, la vitesse d’une réaction est proportionnelle au produit des concentrations élevée à une puissance égale au coefficient stoechiométrique de ce produit dans l’équation chimique de la réaction
Ex : 2S ⇌ P V = k [S]2
S1 + S2 ⇌ P V = k [S1][S2]
2S1 + S2 ⇌ P V = k [S1]2 [S2]
❖ Equation d’Arrhénius pour connaitre la constante de vitesse : 𝑘 = 𝐴 𝑒−Δ𝐺*/R𝑇
A = Facteur de fréquence ou de collision
T= température [K]
R = constante des gaz parfait 8,31 J.mol-1.K-1