Cours 4 - enzymes partie 1

Question 1

Qu’est-ce que les enzymes ?

Answer 1

• Les enzymes confèrent aux cellules la capacité de contrôler la cinétique de leur potentiel thermodynamique (i.e. vitesse vs spontanéité)
• Les enzymes sont les agents des
  fonctions métaboliques

(il n’y a pas de cellules vivantes sans enzymes car c’est eux qui permet le fonctionnement)

Question 2

Une enzyme contrôle la vitesse d’une réaction en …

Answer 2

…en l’accélérant, ou en cessant de
l’accélérer

Question 3

la couleur jaune des lucioles vient …

Answer 3

d’enzymes

Question 4

Comment peut-on appeler une enzyme qui va venir diminuer l’énergie d’activation d’une réaction?

Answer 4

un catalyseur

Question 5

Qu’est-ce que la puissance catalytique des enzymes ?

Answer 5

• Les enzymes peuvent accélérer une réaction par un facteur de 10 à la 16 par rapport à la vitesse de base!
• Par exemple l’uréase:
  – Vitesse catalysée: 3x10 à la 4/sec
  – Vitesse de base: 3x10 à la -10/sec
  – Le rapport est de 1x10 à la 14 !

Question 6

Qu’est-ce que la spécificité chez les enzymes ?

Answer 6

• Les enzymes reconnaissent seulement leurs propres substrats
• Les enzymes mènent à de très hauts rendements (souvent plus que 95%)
• La spécificité est contrôlée par la
  structure tri-dimensionnelle: la
  complémentarité unique entre le
  substrat et l’enzyme contrôle la
  spécificité et le produit généré

Est basée sur la reconnaissance
moléculaire
* Le substrat se lie via des forces faibles: ponts H, VdW, électrostatiques et effet hydrophobe
* Hypothèses de la clé dans la serrure et de l’ajustement induit
* Relation entre ajustement induit et états de transition

Question 7

Que sont les composantes non-protéiques des enzymes ?

Answer 7

• Les enzymes se lient à des
  groupements non a.a. pour étendre la chimie disponible.
• Si liaison covalente: groupement
  prosthétique
• Holoenzyme: enzyme avec son groupe prosthétique.
• Apoenzyme: sans groupe prosthétique

Question 8

Quelle est la Classification systématique selon la Commission des Enzymes ? (6)

Answer 8

1: Oxydoréductases: Oxydations et réductions
2: Transférases: Transfert de groupe fonctionnel
3: Hydrolases: Réaction d’hydrolyse (catalyse des réactions d’hydrolyse)
4: Lyases: Addition d’un groupe sur une double liaison
5: Isomérases: Isomérisation
6: Ligases: Liaison avec coupure de liaison à haut potentiel énergétique.

(7 familles mais en apprend juste 6)

Question 9

Qu’est-ce que la cinétique enzymatique ?

Answer 9

Essentielle à la conception rationnelle de nouveaux médicaments.
* Vitesse
* Constante de vitesse
* Équation de vitesse de réaction
* Ordre de la réaction (par rapport à un substrat)

Pour la réaction S -> P,
La vitesse s’écrit: v = d[P]/dt ou
-d[S]/dt
L’équation de vitesse s’écrit:
v = -d[S]/dt = k[S], où k est la constante de vitesse
L’ordre de la réaction définit la
dépendance de la vitesse sur [S]: = 1.

Question 10

Qu’est-ce que l’état de transition (chez delta G) ?

Answer 10

Comprendre la différence entre DG
et DG‡
* Le delta G global est relié à la
constante d’équilibre et à la
spontanéité.
* Le DG‡ est l’énergie libre d’activation, et il est relié à la constante de Vitesse

(es enzymes vont agir sur la variation de l’énergie d’activation donc sur la vitesse)

• Le DG‡ est relié à la constante de
  vitesse par:
  k = Ae-ΔG/RT
  Où A est une constante

Question 11

Quel est le vrai rôle des enzymes ?

Answer 11

• Accélérer les réactions en abaissant l’énergie d’activation
• Stabiliser l’état de transition en le liant mieux que le substrat
• Pas d’effet sur l’équilibre
• Pas consommées par la réaction

(enzyme toujours regénérée après la réaction, ce n’est pas un substrat mais un catalyseur)

Question 12

Qu’est-ce que l’équation de Michaelis-Menten ?

Answer 12

• Louis Michaelis et Maude Menten
• Suppose la formation d’un complexe substrat-enzyme (ES)
• Suppose que le ES est en équilibre rapide avec l’enzyme libre E (et le substrat libre, S)
• Suppose que formation de produits est plus lente que 1) formation de ES, et 2) retour de ES vers E et S.

E + S<(k1 et k-1)-> ES -(k2)> E + P
KM = (k-1 + k2)/k1
Vmax = k2 [ET]
où [ET] est la concentration
totale d’enzyme (ES + E)

Question 13

Que veut dire Km ?

Answer 13

La constante de Michaelis
* Km est une constante
* Km est dérivée des constantes de vitesse
* Km est une estimation de la constante de dissociation ES –> E + S
* Un petit Km veut dire grande affinité, un grand Km signifie une faible affinité pour le S

graphique : y=ax+b
a: km/Vmax
b: 1/Vmax

Question 14

Qu’est-ce que le V max ?

Answer 14

La vitesse maximale théorique
* Vmax est une constante
* On s’approche de Vmax à mesure qu’on augmente la concentration de substrat
* Vmax est la vitesse maximale théorique jamais atteinte en réalité
* L’atteinte de Vmax exigerait que toutes les enzymes soient liées au substrat

Question 15

Qu’est-ce que la constante catalytique kcat ?

Answer 15

• kcat est le nombre de molécules de substrat converties par enzyme par unité de temps, quand l’enzyme est saturée de substrat (en excès).
• Dans un cadre M-M, k2 = kcat = Vmax/Et
• kcat peut prendre des valeurs variant de 1 par seconde, jusqu’à des millions de conversions par seconde

Question 16

Qu’est-ce que la Constante d’efficacité catalytique
kcat/Km ?

Answer 16

• Donne une estimation de la performance d’une enzyme pour un substrat en considérant la force brute catalytique ET l’affinité pour un substrat
• Mesure la performance de l’enzyme à basse concentration de S
• La limite supérieure pour cette constante est celle de la diffusion, i.e. la vitesse à laquelle E et S peuvent faire collision en solution

Question 17

Qu’est-ce que les Représentations linéaires de l’équation M-M ?

Answer 17

Graphe à double réciproque de
Lineweaver-Burk

Permet de calculer Vmax et Km

La vitesse de réaction catalysée
dépend du pH et de la température

Question 18

Comment est l’inhibition d’enzymes ?

Answer 18

Réversible et irréversible
* Un inhibiteur réversible interagit avec une enzyme via des interactions non-covalentes
* Des liaisons covalentes conduisent à l’inhibition irréversible

Question 19

Quels sont les 2 types d’inhibition réversible ?

Answer 19

• Inhibition compétitive – l’inhibiteur (I) se lie à l’E, mais pas à ES. Exemple: liaison
  directement dans le site catalytique qui peut être renversée en ajoutant plus de S.
• Inhibition compétitive – Vmax est stable
  i.e. quand S est infini, pas d’inhibition!
  Le KM apparent change, puisque l’affinité pour le S est affectée par l’inhibiteur
• Inhibition non-compétitive – l’inhibiteur se lie à E ou ES
  Ne peut pas être renversée en ajoutant S…

Question 20

Quels sont les 2 types d’inhibition non compétitive (réversible)?

Answer 20

Inhibition non compétitive pure: La
liaison de I n’a pas d’effet sur la liaison
de S – KM est stable

Inhibition non compétitive mixte: La liaison de I a un effet sur la liaison de S
– KM et Vmax changent

Question 21

Qu’est-ce que l’inhibition irréversible de la pénicilline?

Answer 21

• Pénicilline inhibe irréversiblement
  la glycoprotéine transpeptidase
  impliquée dans la synthèse de la
  paroi cellulaire

Question 22

Quel est le lien entre les enzymes et les médicaments ?

Answer 22

• Les données de cinétique enzymatique aident à cribler les inhibiteurs
  – Affinité vs saturation lors des essais
  – Mode d’inhibition non-compétitif et irréversible
• Métabolisme d’un médicament
  – Peut être éliminé: pénicilline dégradée par la B-lactamase
  – Peut-être activé: 5-fluorouracile devient 2’-désoxy-fluorouridylate pour la chimio

Question 23

Que sont les ribozymes et les abzymes ?

Answer 23

Découvertes récentes
* Ribozymes – segments d’ARN qui
montrent une activité enzymatique
–Exemple: activité peptidyl transférase de la sous-unité 50S après déprotéinisation

• Abzymes – anticorps qui stabilisent l’état de transition, et qui augmentent la vitesse de réaction

(ribozymes vont couper comme des enzymes)

Question 24

Qu’est-ce que l’ajustement induit ?

Answer 24

l’enzyme change de forme « autour » du substrat

L’enzyme se ferme sur le substrat

Question 25

Comment est le contrôle vs l’activité des enzymes ?

Answer 25

Vitesse ralentit à mesure que le produit s’accumule (delta G et réaction inverse)
* Vitesse dépend de la disponibilité du substrat et localisation
* Il peut y avoir induction et répression génétique

• Les modifications covalentes peuvent mettre ON ou OFF, même
  progressivement (modification qui donne plus de flexibilité à la molécule)
• Les zymogènes, isozymes and
  modulateurs permettent le contrôle.

(zymogènes : précurseurs, inactif
pour devenir active : doit enlever partie (bleu) donne insuline active)

Question 26

Que sont les zymogènes ?

Answer 26

Pro-enzymes inactives
* Pourquoi?
– Mobiliser rapidement des protéines qu’on a accumulée, sans attendre leur synthèse.
Ex: Cascade de phosphorylation pour la coagulation

Question 27

Que sont les isozymes ?

Answer 27

enzymes qui catalyse la même réaction mais n’a pas la même séquence de protéine (se ressemble mais quelque variation)

Question 28

Que permet la Structure quaternaire de la LDH ?

Answer 28

permet de diagnostiquer l’infarctus

Question 29

Que sont les modulateurs ?

Answer 29

Protéines qui modulent l’activité d’une enzyme

Question 30

Qu’est-ce que la régulation allostérique ?

Answer 30

“Autre endroit”
* Les enzymes clés du métabolisme sont régulées par des effecteurs allostériques
* Ces effecteurs sont souvent produits par la voie métabolique concernée

• Ils peuvent stimuler ou inhiber (souvent par rétroinhibition)
• Les courbes cinétiques vs S deviennent sigmoïdes et non hyperboliques (Michaelis Menten ne tient plus)

(site substrat différent du site allostérique
peut induire aussi l’ajustement
peut être inhibiteur comme activateur)

(comment différencié les allostérique de ceux de bases : regarder la cinématique, allostérique inhibiteur

-> n’obéit pas à la loi michaelis

vitesse de formation en fonction du substrat)

Question 31

Quel est le modèle du comportement allostérique ?

Answer 31

Modèle MWC (Monod, Wyman,
Changeux):

Les protéines allostériques peuvent adopter 2 états: R (relâché) et T (tendu)

• Suppose que toutes les sous-unités d’un oligomère sont dans le même état
• En absence de substrat, l’état T domine
• Le substrat se lie avec plus d’affinité à R

(forme sigmoïde expliqué ici :
Forme R 2 sous-unités avec sites
quand substrat se fixe déplace équilibre de S vers R donc un seul substrat à permis de rendre 2 sites supplémentaire accessible (donc quand substrat se lit à S -> formation du double/triple de sites disponibles car déplacement de S vers R) )

• R0 T0
  Où l’indice zéro indique l’absence de S. Sans S, T domine.
• L= T0 / R0 , et si L est grand, la
  coopérativité et la sigmoidicité seront grandes

Question 32

Qu’est-ce que le modèle MWC ?

Answer 32

• La coopérativité (sigmoidicité) vient du fait que S augmente la concentration de R.
  – Plus de R, plus de sites disponibles pour S!
• S agit comme un effecteur homotrope positif dans ce cas
• Les molécules qui influencent la liaison de molécules différentes sont des effecteurs hétérotropes

(quand autre que le substrat qui permet le déplacement)

Si j’attache un S, alors je pousse
l’équilibre vers R, qui présente des
sites disponibles. T n’en présente
pas.