Biochimie - Les enzymes (o. s.) Flashcards
Objectifs spécifiques
BIO-01.01 Qu’est ce qu’une protéine?
C’est un polymère formé d’acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques et qui possède une structure primaire, secondaire, tertiaire et quelques fois quaternaire.
BIO-01.02 Expliquez brièvement les quatre niveaux de structure d’une protéine.
Structure PRIMAIRE :
- Décrit l’ordre des acides aminés dans une protéine.
- Cette séquence linéaire est essentielle pour les structures ultérieures.
Structure SECONDAIRE :
- Organisation spatiale des acides aminés voisins.
- Comprend des motifs réguliers comme les hélices alpha et les feuillets plissés bêta, ainsi que des arrangements moins réguliers.
Structure TERTIAIRE :
- Repliement complet de la protéine en une forme tridimensionnelle unique.
- Permet à des acides aminés éloignés dans la séquence primaire de se rapprocher spatialement.
Structure QUATERNAIRE :
- Formation de protéines fonctionnelles à partir de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques.
- Les protéines monomériques, avec une seule chaîne, n’ont pas de structure quaternaire.
Fonctionnalité :
- La fonctionnalité d’une protéine dépend de son arrangement spatial correct.
- Changements dans la séquence des acides aminés ou le milieu (comme le pH) peuvent altérer sa conformation et sa fonction.
BIO-02.01 Qu’est-ce qu’une enzyme?
Une protéine douée d’un pouvoir catalytique.
Substance de nature protéique, fabriquée par les organismes vivants et douée d’un pouvoir catalytique.
Biocatalyseur protéique agissant sur les réactions chimiques des systèmes biologiques.
BIO-02.02 Expliquez le mécanisme d’action d’un biocatalyseur.
Accélération de la réaction :
- Un biocatalyseur (enzyme) accélère la vitesse d’une réaction chimique.
- Il abaisse l’énergie d’activation nécessaire pour transformer le substrat en produit.
Interactions au site catalytique :
- Les chaînes latérales des acides aminés dans le site catalytique forment des liaisons avec les substrats (électrostatiques, hydrophobes, hydrogène).
- Ces liaisons favorisent une orientation productive des substrats, réduisant les rencontres infructueuses.
Formation de complexes intermédiaires :
- Les liaisons enzyme-substrat créent des complexes intermédiaires nouveaux.
- Ces complexes sont instables et n’existent pas en solution libre.
Transformation des substrats :
- Les interactions entre enzyme et substrat imposent des tensions et des échanges électroniques.
- Cela facilite la transformation des substrats en produits.
Spécificité des enzymes :
- Les enzymes sont spécifiques et ne catalysent qu’un type de réaction chimique
BIO-02.03 Distinguez enzyme simple, holoenzyme et apoenzyme.
Enzyme simple :
- Constituée uniquement d’acides aminés.
- Le site catalytique est formé exclusivement par les chaînes latérales des acides aminés.
Holoenzyme :
- Enzyme qui nécessite un ou plusieurs cofacteurs pour être active.
- Sans ces cofacteurs, l’enzyme est inactive et est alors appelée « apoenzyme ».
Apoenzyme :
- Partie protéique de l’holoenzyme.
- Le terme « apo » vient du grec signifiant « à partir de » ou « élément de ».
Cofacteur :
- Peut être un ion métallique ou une molécule organique simple (coenzyme).
- Participe à la réaction en étant plus ou moins liée au site actif de l’enzyme.
- La majorité des coenzymes sont des vitamines ou dérivent de vitamines.
BIO-02.04 Quels sont les effets d’une VARIATION DE LA CONCENTRATION DU SUBSTRAT SUR LA VITESSE (INITIALE) de réaction dans des conditions où la concentration en enzyme est constante? Expliquez cette variation.
Courbes de réaction enzymatique :
- Courbe de gauche : Formation du produit en fonction du temps.
- Courbe de droite : Vitesse de la réaction en fonction du temps, mesurée par la quantité de produit formé par unité de temps.
Période A :
- Quantité de produit formé augmente de façon presque constante.
- La vitesse de réaction est relativement constante.
- La concentration du substrat est élevée, et la réaction est dans sa phase initiale. Dans cette région on parle de VITESSE INITIALE.
Période B :
- Concentration du substrat diminue, et la quantité de produit formé augmente de façon appréciable.
- La vitesse de réaction diminue car le substrat se fait rare, et le produit formé peut également inhiber la réaction si elle est réversible.
Période C :
- La vitesse de la réaction devient nulle car tout le substrat est transformé en produit.
Effet de la concentration de substrat :
- À faible concentration (point A) : Vitesse initiale proportionnelle à la concentration de substrat, car il y a trop de molécules d’enzyme libres.
- À forte concentration (point C) : Vitesse initiale maximale, car toutes les molécules d’enzyme sont saturées de substrat.
BIO-02.05 Que signifie la Vmax?
C’est la vitesse (initiale) mesurée quand TOUTES les molécules d’enzymes sont saturées par des molécules de substrat. Elle n’est donc pas sujette à une augmentation si on augmente la concentration en substrat. Elle est toujours sujette aux conditions du milieu réactionnel.
BIO-02.06 Quels sont les effets d’une VARIATION DE LA CONCENTRATION DE L’ENZYME SUR LA VITESSE (INITIALE) de réaction dans des conditions où la concentration en substrat est très élevée (saturante; en excès par rapport aux concentrations d’enzyme)? Expliquez cette variation.
Si on répète ces expériences mais avec des échantillons contenant plus d’enzymes, la vitesse (initiale et maximale) sera encore plus grande, et ce, jusqu’à saturation des enzymes.
La vitesse mesurée (maximale) est directement proportionnelle à la concentration en enzyme conditionnellement à ce que toutes les enzymes soient saturées en substrat.
BIO-02.07 Quels sont les effets d’une variation du pH et de la température du milieu dans lequel agit une enzyme?
Chaque enzyme a une température et un pH optimaux où son activité est maximale. En deçà et au delà de ces valeurs optimales, l’activité de l’enzyme diminue de plus en plus de sorte que la courbe de l’activité enzymatique en fonction de la température ou du pH a la forme d’un U inversé. Chez l’être humain, la température optimale des enzymes est souvent de 37 °C et le pH optimal de 7 bien que des exceptions existent.
BIO-03.02 La synthèse de tous les types d’enzymes est-elle sujette à ce type de contrôle?
Non. Il y a des enzymes dont la synthèse est constante. On nomme ces enzymes, « enzymes constitutives ».
Il y a des enzymes dont la synthèse est constante dans certains tissus et variable dans d’autres tissus.
BIO-03.01 Comment nomme-t-on le mécanisme qui augmente la SYNTHÈSE de molécules d’une enzyme donnée et celui qui la diminue?
Induction et répression
BIO-03.03 Nommez et expliquez les deux mécanismes qui contrôlent l’EFFICACITÉ catalytique des enzymes.
Allostérie et modification covalente.
BIO-03.03.01 Expliquez l’allostérie
Les enzymes allostériques sont des enzymes de régulation dont l’activité est contrôlée par des molécules modulatrices effectrices qui interagissent avec l’enzyme de façon RÉVERSIBLE NON COVALENTE. Le terme “allo” veut dire “autre”. La structure de ces molécules modulatrices n’étant pas apparentée à celle du substrat, les enzymes qu’elles contrôlent sont dites allostériques. En plus du site catalytique, ces enzymes ont un ou plusieurs sites régulateurs ou allostériques pour la liaison d’un effecteur. Ce site allostérique est spécifique de son effecteur.
Les enzymes allostériques sont donc des enzymes dont la structure subit une modification lors de leur association à des molécules de substrat, à des molécules d’effecteurs positifs et à des molécules d’effecteurs négatifs.
BIO-03.03.02 Expliquez la modification covalente
Dépendance de l’activité enzymatique :
- L’activité enzymatique dépend des structures secondaire, tertiaire et parfois quaternaire de l’enzyme.
- Ces structures sont influencées par la structure primaire des acides aminés.
Impact des chaînes latérales :
- Les interactions entre les chaînes latérales des acides aminés déterminent les structures secondaire et tertiaire.
- Une modification de ces chaînes, comme l’ajout d’un groupement phosphate, peut affecter l’activité enzymatique en modifiant les liaisons dans la molécule.
Exemples de modifications :
- Des enzymes comme la glycogène synthase et la glycogène phosphorylase sont modifiées par l’ajout ou le retrait de groupements phosphates, ce qui change leur activité.
Modification covalente :
- Le contrôle de l’activité enzymatique par ajout ou retrait de groupements phosphates est un exemple de modification covalente.
BIO-03.04 Les enzymes sont-elles toutes susceptibles à un de ces deux mécanismes de contrôle?
Non. La majorité des enzymes ne sont pas contrôlées.
Celles qui le sont agissent au niveau de réactions clés des voies métaboliques, des réactions qui sont généralement physiologiquement irréversibles et qui catalysent des réactions limitantes (c-à-d les réactions qui sont responsables de l’activité de toute la série de réactions d’une voie métabolique). Leur contrôle permet de moduler l’activité de ces voies.
BIO-04.01 Plusieurs médicaments sont des inhibiteurs compétitifs de réactions enzymatiques. Qu’est-ce qu’un inhibiteur COMPÉTITIF et quel est son effet sur la vitesse maximale de la réaction ?
Inhibiteur Compétitif :
- A une structure chimique similaire à celle du substrat.
- Compète avec le substrat pour se lier au même site sur l’enzyme.
Effet sur l’Enzyme :
- L’enzyme n’est pas modifiée.
- La compétition réduit l’affinité apparente de l’enzyme pour le substrat.
Vitesse Maximale (Vmax) :
- La Vmax reste inchangée, mais nécessite une concentration plus élevée de substrat pour être atteinte en présence de l’inhibiteur.
Impact de l’Inhibiteur :
- À haute concentration de substrat (point A), l’influence de l’inhibiteur est minimale et la Vmax est atteinte.
- À faible concentration de substrat (point C), l’inhibiteur occupe des sites catalytiques, diminuant la vitesse par rapport à ce qu’elle serait sans inhibiteur (point B).
- Pour atteindre la vitesse sans inhibiteur (point B), une concentration plus élevée de substrat est nécessaire.
Utilisation des Inhibiteurs Compétitifs :
- Les médicaments sont souvent des inhibiteurs compétitifs ciblant des réactions enzymatiques spécifiques.
BIO-04.02 Non seulement des médicaments mais aussi des insecticides, des herbicides, des agents polluants comme le monoxyde de carbone ou des métaux lourds peuvent agir comme des inhibiteurs NON COMPÉTITIF irréversibles d’enzymes. Qu’est-ce qu’un inhibiteur non compétitif et quel est son effet sur la Vmax de la réaction ?
Inhibiteur Non Compétitif :
- Réagit souvent avec l’enzyme de manière irréversible, par exemple, par liaison covalente.
- Modifie la structure de l’enzyme ou empêche le substrat d’atteindre le site actif.
- Une augmentation de la concentration de substrat ne peut pas dissocier l’inhibiteur de l’enzyme.
Exemples d’Inhibiteurs Non Compétitifs Irréversibles :
- Aspirine, gaz Sarin, et pénicilline.
- Ils éliminent des molécules d’enzyme, réduisant le nombre d’enzymes actives.
Impact sur la Vmax :
- La Vmax diminue proportionnellement à la diminution des molécules d’enzyme active.
- Les enzymes restantes conservent leur affinité pour le substrat.
Relation entre Inhibiteurs Irréversibles et Non Compétitifs :
- Tous les inhibiteurs irréversibles sont non compétitifs.
BIO-04.03 Un inhibiteur non compétitif irréversible peut-il agir à un autre site qu’au site actif?
Oui. Il peut s’attacher à l’enzyme, modifier sa structure tertiaire et ainsi affecter indirectement la structure du site actif et donc l’activité de l’enzyme.
Il peut aussi agir au site actif de l’enzyme et avoir une grande spécificité pour le site actif. On n’a qu’à penser au Sarin, à l’aspirine, à la pénicilline.
BIO-05.02 Nommez les principales enzymes du suc pancréatique et indiquez leur fonction.
Le suc pancréatique facilite la digestion des aliments dans l’intestin en décomposant les molécules complexes en formes plus simples, permettant ainsi leur absorption par les cellules intestinales.
PRINCIPALES ENZYMES :
- Enzymes protéolytiques : Trypsine, Chymotrypsine, Élastase, Carboxypeptidase A, Carboxypeptidase B :
- Hydrolysent les liaisons peptidiques dans les PROTÉINES alimentaires.
- Lipase :
- Hydrolyse les TRIACYGLYCÉROLS en acides gras et 2-acylglycérol.
- Amylase :
- Hydrolyse les liaisons α (1→4) de l’AMIDON et du glycogène.
BIO-05.04 Où et comment ces enzymes sont-elles activées?
Dans l’intestin.
Le trypsinogène est transformé (perte d’un hexapeptide) en trypsine par l’entéropeptidase, une enzyme sécrétée par le duodénum. Ensuite, la trypsine elle- même va catalyser sa propre activation (autoactivation). La trypsine catalyse aussi la transformation des autres proenzymes.
BIO-05.06 À part l’amylase, nommez les deux principales enzymes chargées de la digestion des glucides.
Saccharase et lactase.
BIO-05.07 Où ces enzymes sont-elles synthétisées et où agissent-elles?
Elles sont synthétisées par les cellules intestinales et font partie des protéines de la membrane cytoplasmique de ces cellules. On les retrouve du côté faisant contact avec la lumière de l’intestin grêle.
Plus précisément, elles sont sur la partie de la membrane recouvrant les microvillosités de la bordure en brosse des entérocytes.
CAPSULE CLINIQUE :
Expliquer l’utilisation de la concentration sanguine de certaines enzymes comme outil diagnostique en prenant comme exemple la pancréatite aiguë et l’hépatite virale.
Vers 20h, Madame « Rigolotte » se présente à l’urgence souffrant de douleurs abdominales importantes irradiant dans le dos et accompagnées de nausées et de vomissements. Les douleurs ont débuté en avant-midi et se sont intensifiées au cours de la journée. À l’anamnèse, on apprend que madame consomme souvent de l’alcool et en a ingéré de fortes quantités au cours des derniers jours. Aussi, elle a effectué un voyage au Mexique il y a 6 semaines en compagnie de son mari qui y aurait contracté une hépatite A. Madame « Rigolotte » n’a jamais reçu de vaccin contre l’hépatite A.
On a mesuré l’activité de certaines enzymes dans le sérum de madame dont voici les résultats.
À FAIRE
BIO-06.02 Pourquoi a-t-on exprimé les résultats en U/L?
EXPRESSION EN U/L :
- Les résultats de concentration dans les liquides biologiques sont exprimés en quantité par volume (litre).
MESURE ET MULTIPLICATION :
- Les analyses sont faites sur de petits volumes (ex. : 0,1 mL), et les résultats sont multipliés pour obtenir la concentration par litre.
UNITÉ DE MESURE :
- La concentration peut être en POIDS (g/L) ou en NB DE MOLÉCULES (mol/L).
- Pour les enzymes, on utilise la CAPACITÉ CATALYTIQUE : une « unité enzymatique » (U) mesure la quantité d’enzyme transformant un substrat donné par unité de temps.
CONCENTRATION ENZYMATIQUE :
- Exprimée en « U/L » pour indiquer la quantité d’enzyme par litre
BIO-06.03 Que signifie « valeurs de référence »? (REP DE BASE)
Ce sont les valeurs auxquelles on se réfère pour interpréter un résultat de laboratoire.
BIO-06.03 Que signifie « valeurs de référence »? (AVEC EXEMPLE)
Ce sont les valeurs auxquelles on se réfère pour interpréter un résultat de laboratoire.
Dans le cas présenté ici, un résultat d’amylase à 2450 U/L ne signifie rien si on ne sait pas que les individus normaux ont des niveaux d’amylase dans leur sérum inférieurs à 150 U/L. La façon habituelle d’établir des valeurs de référence est de faire la mesure chez des individus normaux et d’établir les limites en incluant 95% de ces individus (du 2,5ième au 97,5ième percentile). Par exemple, ici pour la phosphatase alcaline, le 95% central des individus se situe entre 50 et 140 U/L. Pour les enzymes, des valeurs basses dans le sérum n’ont habituellement pas de signification clinique, c’est pourquoi pour les enzymes analysées ici (sauf la phosphatase alcaline) on a que la limite supérieure de référence. Comme les limites excluent 5% des gens normaux, des résultats en dehors des valeurs de référence, particulièrement ceux près des limites, doivent être interprétés avec réserve.
Notez que les valeurs de référence peuvent se rapporter à des sous-groupes de la population normale comme les hommes et les femmes pour l’ALT.
Mentionnons aussi qu’il y a une façon autre que l’étude des sujets normaux pour établir des valeurs de référence. Il s’agit d’établir des limites au-delà ou en deçà desquelles il y a un risque de maladie peu importe les résultats obtenus dans la population dite normale. C’est de cette façon que l’on détermine par exemple les valeurs de référence pour les niveaux de cholestérol et des autres lipides sanguins.
BIO-06.04 Pourquoi l’amylase et la lipase sont-elles si élevées chez madame « Rigolotte » ?
Lorsqu’il y a inflammation ou nécrose, les cellules affectées par ces processus pathologiques ou bien deviennent poreuses ou bien éclatent déversant alors leur contenu dans le liquide interstitiel, lequel contenu se retrouvera finalement dans la circulation sanguine. C’est ce qui se produit ici. Madame « Rigolotte » présente des symptômes compatibles avec une PANCRÉATITE AIGUË L’élévation dans le sang d’enzymes retrouvées en grande quantité dans cet organe comme la lipase et l’amylase confirment la pancréatite aiguë. Si les symptômes avaient été provoqués par l’atteinte d’un autre organe ne contenant pas ces enzymes, la vésicule biliaire par exemple, ces enzymes ne se seraient pas élevées.
De façon générale, on mesure les enzymes les plus spécifiques à certains organes pour diagnostiquer une atteinte de ces organes. Les enzymes retrouvées dans plusieurs organes sont moins spécifiques donc moins utiles ou même inutiles comme outil diagnostique.
NB. Jusqu’à tout récemment, les mesures de l’amylase, conjointement à celles de la lipase, étaient utilisées en clinique pour le diagnostic d’une pancréatite aiguë. Puisque bien d’autres conditions cliniques peuvent donner une hyperamylasémie (insuffisance rénale, néoplasies bronchiques, oreillons, obstruction intestinale), et que l’élévation de la lipase est plus spécifique que l’amylase pour le diagnostic de la pancréatite aiguë, <il>. L’usage de l’amylase demeure principalement au niveau des liquides biologiques autres que le sang (liquide pleural, liquide abdominal) afin de déterminer l’étiologie de ces épanchements.</il>
BIO-06.05 Interprétez brièvement les résultats des autres enzymes.
Les autres enzymes mesurées sont utilisées surtout pour le diagnostic des affections hépatiques.
L’AST et l’ALT vont s’élever de façon considérable lors d’une atteinte de la cellule hépatique par exemple lors d’une hépatite, ce qui était à soupçonner ici étant donné la maladie contractée par son mari lors de leur voyage au Mexique. Les résultats obtenus chez madame «Rigolotte» sont à la limite supérieure de la normalité donc infirment l’hypothèse d’hépatite.
La phosphatase alcaline et la GGT sont des enzymes qui s’élèvent principalement lorsque le flot biliaire est obstrué (choléstase). La GGT s’élève aussi lorsqu’une personne consomme des quantités importantes d’alcool de façon chronique. Ici la phosphatase alcaline est normale et la GGT est élevée donc le flot biliaire n’est pas obstrué mais la consommation importante d’alcool explique l’élévation de la GGT.
Quant à la phosphatase alcaline, elle s’élève aussi lorsqu’il y a atteinte osseuse.
NB. Jusqu’à tout récemment, il était pratique courante de prescrire les deux enzymes combinées AST et ALT. Il est connu que l’élévation de l’ALT est plus spécifique que l’AST pour le diagnostic des atteintes cytolytiques hépatiques; <il est donc maintenant de bonne pratique pour la majorité des cas de ne doser l’AST que lorsque l’ALT est anormale>, ce qui favorise un usage optimal des analyses de laboratoire.
