Enzymologie

Question 1

Qu’est-ce qu’un catalyseur?

Answer 1

Un catalyseur est une espèce chimique permettant une réaction chimique ou augmentant la vitesse d’une réaction.

Question 2

Qu’est-ce qu’une enzyme?

Answer 2

Une enzyme est une protéine dotée de propriétés catalytiques.

Question 3

Quel est l’effet d’un catalyseur sur une réaction chimique qui est spontanée?

Answer 3

Elle augmente la vitesse de réaction.

Question 4

Un catalyseur peut-il rendre spontanée (thermodynamiquement favorable) une réaction qui ne l’est pas ?

Answer 4

Non. Rapide ne veut pas dire spontané.

Question 5

Un catalyseur peut-il modifier l’équilibre final d’une réaction chimique ?

Answer 5

Non. Il augmente la vitesse pour atteindre l’équilibre mais ne modifie pas l’équilibre final.

Question 6

Un catalyseur change-t-il la nature des produits de la réaction ?

Answer 6

Non.

Question 7

Un catalyseur est-il lui-même transformé suite à la réaction chimique qu’il catalyse ? En cours de réaction?

Answer 7

À la suite d’une réaction chimique, le catalyseur revient toujours à sa forme initiale. Cependant, il peut changer de conformation durant la réaction. Il y a formation et destruction d’intermédiaires de réactions lors d’une réaction chimique. Par contre, le catalyseur va toujours revenir à sa forme native à la fin de la réaction.

Question 8

Vrai ou faux? La majorité des enzymes ne sont pas des protéines.

Answer 8

Faux. La majorité des enzymes sont des protéines.

Question 9

Comment une enzyme accélère une réaction?

Answer 9

Une enzyme accélère grandement une réaction (kcat) par rapport à une réaction non-catalysée (knon) en diminuant l’énergie d’activation. En effet, l’enzyme va immobiliser le substrat, le rapprocher et l’orienter dans la bonne direction.

Les enzymes accélèrent les réactions en favorisant l’atteinte de l’état de transition. Pour cela, elles doivent avoir plus d’affinité pour le substrat activé que le substrat non-activé. On dit qu’elles stabilisent l’état de transition.

Question 10

Qu’est-ce que l’énergie d’activation?

Answer 10

L’énergie d’activation (Ea): quantité d’énergie nécessaire pour former le complexe activé et atteindre l’état de transition (sommet du cheminement réactionnel illustré ci-dessous).

Question 11

Pourquoi les enzymes sont essentielles à la vie?

Answer 11

Les enzymes sont essentielles à la vie puisque la vitesse des réaction non-catalysées est insuffisante pour soutenir la croissance et la reproduction des organismes vivants.

Question 12

Comment est donné le taux d’accélération d’une enzyme?

Answer 12

Le taux d’accélération est donné par kcat/knon.

Question 13

Les enzymes fonctionnent en quelles conditions?

Answer 13

En conditions douces, physiologies (température ambiante, pression normale et majoritairement en milieu aqueux [ou organique]).

Question 14

Qu’est-ce que le site actif des enzymes?

Answer 14

Correspond à une faible fraction de l’enzyme dont la géométrie et les propriétés biophysiques sont complémentaires à celles du substrat.

Question 15

Quelles sont les deux différentes régions du site actif? Donnez leurs caractéristiques.

Answer 15

Région de spécificité: les groupement polaires et non-polaires de l’enzyme forment des interactions faibles avec le substrat (ex. liaison hydrogène)

Région de réaction: des groupements provenant de résidus d’acides aminés et de cofacteurs/coenzymes participent à la réaction chimique (proximité et orientation, catalyse acide/base, substitution nucléophile et catalyse électrophile).

Question 16

Comment les résidus importants pour la catalyse sur le site actif peuvent être mis en évidence?

Answer 16

En général, les résidus importants pour la catalyse (ou la liaison de substrat) peuvent être mis en évidence par l’étude de mutants. Les résidus importants sont habituellement conservés au cours de l’évolution.

Question 17

Comment décrire le modèle clé-serrure de Fisher de la liaison du substrat?

Answer 17

Le site actif est essentiellement préformé, c’est-à-dire qu’il existe même en absence de substrat.

Question 18

Comment décrire le modèle de réarrangement induit de Koshland?

Answer 18

La liaison du substrat (ou d’une molécule de régulation à un site allostérique) entraine un changement conformationnel de l’enzyme qui aligne correctement certains résidus importants pour la catalyse. Comme un gant s’adapte à la forme de la main.

Question 19

La spécificité enzymatique peut être étroite. Donnez des exemples.

Answer 19

La fumarase (cycle de Krebs) n’hydrate que l’acide fumarique (isomère double liaison trans) et pas l’acide maléique (isomère double liaison cis).

Des enzymes reconnaissent et coupent spécifiquement le maltose (dimère du glucose avec un lien a) et le cellobiose (dimères du glucose avec un lien b).

Question 20

Le spécificité enzymatique peut être large. Donnez des exemples.

Answer 20

La β-galactosidase hydrolyse tous les β-galactosides, i.e. toute molécule comportant un galactose lié à une autre molécule.

Question 21

Pourquoi la spécificité large des enzymes peut être utile?

Answer 21

La spécificité large peut être utile, par exemple par l’utilisation de substrats non-naturels pour suivre les réactions enzymatiques en laboratoire.

Substrats non-naturels: Analogue du substrat naturel utilisé pour les essais enzymatiques afin de permettre le suivi de la réaction (détection colorimétrique par absorbance du produit généré ou autre type de détection). Par exemple, l’hydrolyse de l’ONPG, qui contient un groupement galactose, libère le O-Nitrophenol, un composé jaune qui absorbe la lumière à 410-420 nm.

Question 22

Comment décrire la nomenclature des enzymes?

Answer 22

Les noms d’enzymes sont formés généralement par l‘ajout du suffixe - ase

au nom du composé sur lequel agit l'enzyme (exemple : glucosidase)

au nom de la substance ajoutée ou enlevée (exemple : déshydrogénase)

au type de réaction induite (exemple : transférase, ligase)

Question 23

Quelles sont les 7 classes d’enzymes dans l’ordre?

Answer 23

1 - les oxydoréductases

2 - les transférases

3 -les hydrolases

4 - les lyases

5 - les isomérases

6 - les ligases

7 - les translocases

Question 24

Quelles sont les caractéristiques des oxydoréductases?

Answer 24

Catalysent l’oxydation d’un substrat avec la réduction simultanée d’un autre substrat. Il y a un gain de O ou une perte de H.

Question 25

Quelles sont les caractéristiques des transférases?

Answer 25

Catalysent le transfert d’un groupement contenant C, N, P ou S d’un substrat à un autre.

Question 26

Quelles sont les caractéristiques des hydrolases?

Answer 26

Catalysent la rupture de liaisons C-O, C-N, O-P, et C-S par l’addition d’une molécule d’eau.

Question 27

Quelles sont les caractéristiques des lysases?

Answer 27

Catalysent la rupture de liaisons C-C, C-O, C-N autrement que par l’addition d’une molécule d’eau. Elles génèrent souvent un lien double ou un cycle.

Question 28

Quelles sont les caractéristiques des isomérases?

Answer 28

Catalysent des réarrangements intramoléculaires et produisent des isomères (optiques, géométriques ou de position). Il n’y a pas de changement dans la composition chimique seulement dans l’arrangement.

Question 29

Quelles sont les caractéristiques des ligases?

Answer 29

Catalysent l’union de deux molécules aux dépends de l’hydrolyse d’une liaison phosphate à haute énergie. Catalysent la formation des liens dans les nucleotides.

Question 30

Quelles sont les caractéristiques des translocases?

Answer 30

Transfèrent des ions ou de molécules de part et d’autre d’une membrane ou catalysent leur séparation dans une membrane.

Implique typiquement l’hydrolyse de l’ATP comme source d’énergie.

Par exemple, un mécanisme pour le transport d’un lipide à travers une membrane

Question 31

Que sont des cofacteurs?

Answer 31

Certaines enzymes contiennent un ou des groupements non- protéiques, ces molécules sont des cofacteurs (coenzymes si molécule organique).

Question 32

Quels sont des exemples de cofacteurs?

Answer 32

Ions métalliques (Zn2+, Mg2+…)

Groupements prosthétiques: groupements liés fortement (covalent ou non-covalent) à l’apo-enzyme (partie protéique de l’enzyme). Ex. l’hème est un cofacteur de l’hémoglobine et de plusieurs cytochromes.

Question 33

Que sont des coenzymes? Donnez des exemples.

Answer 33

Coenzymes: molécules organiques qui sont souvent des dérivés de vitamines. Certains sont labiles (se dissocient sous forme libres) alors que d’autres demeurent liés à l’enzyme. Certains sont présents sur l’enzyme tandis que d’autres on doit les ajouter en solution.

Labiles: NAD+, coenzyme A
Liés: FAD et FMN

Question 34

Comment évaluer l’activité d’une enzyme?

Answer 34

Pour évaluer l’activité d’une enzyme, on mesure la vitesse d’une réaction donnée.

On estime la vitesse d’une réaction par la variation de la quantité de substrat, ou de produit, par unité de temps.

On limite la mesure aux premiers instants, lorsque moins de 10% du substrat a été consommé. La pente de cette portion correspond à vitresse initiale (v0).

Question 35

Qu’est-ce qui influence la vitesse d’une réaction enzymatique?

Answer 35

La vitesse dépend de la quantité de complexe ES multipliée par kcat constante catalytique (v= kcat[ES])

La quantité du complexe ES à l’équilibre dynamique dépend:
De la quantité de substrat S présente
L’affinité de l’enzyme E pour son substrat S (donné par k1 et k-1)
De kcat

Question 36

Qu’est-ce que Vmax?

Answer 36

On définit Vmax comme étant la vitesse maximale obtenue à de fortes concentrations en substrat, lorsque l’enzyme est saturée, c’est à dire quand elle se trouve essentiellement entièrement sous forme ES à l’équilibre dynamique.

Question 37

Quelle est la relation entre la vitesse et la quantité de substrat?

Answer 37

A faible [S], il y a peu de complexe ES et la vitesse est faible.

La vitesse augmente lorsque la [S] augmente puisque la formation du complexe ES est favorisée. Il y a plus de complexe ES à l’équilibre dynamique, et donc v = kcat[ES] prend une valeur plus élevée.

A très forte [S], Vmax est atteinte. ~100% de l’enzyme est sous forme du complexe ES (v ≈ kcat[E]). C’est l’étape chimique de la catalyse qui limite alors globalement la vitesse de la réaction.

Question 38

Qu’est-ce que la constante de Michaelis (Km)? Quelle est son unité?

Answer 38

La Km est la constante de Michaelis (𝐾𝑚 = (k-1+kcat)/k1): elle correspond à la concentration en substrat pour laquelle la vitesse de la réaction est égale à la moitié de la vitesse maximale.

Son unité est la concentration.

Question 39

Quelle est la relation entre la Km et l’affinité pour le substrat? Quel est le résultat de ça?

Answer 39

Plus la Km est faible, plus l’affinité est forte et plus l’activité catalytique est grande à de faibles concentrations de substrats.

Question 40

La Km dépend de quoi?

Answer 40

La valeur de la Km est unique à chaque enzyme et fonction d’un substrat particulier. Elle dépend aussi des paramètres physico-chimiques tels la température et du pH.

Question 41

Qu’est-ce que la constante catalytique?

Answer 41

Kcat = Vmax/[E]

Elle indique combien d’événements de catalyse s’effectuent par unité de temps (ex: kcat = 1000 s-1 veut dire qu’une enzyme effectue 1000 événements catalytiques par seconde).

Question 42

De quoi dépend la kcat? Quelle est son unité?

Answer 42

Tout comme la Km, la valeur de kcat dépend des paramètres physico- chimiques tels la température et du pH.

Son unité est temps-1

Question 43

Qu’est-ce que l’activité enzymatique?

Answer 43

Activité enzymatique : quantité (poids ou mole) de substrat ou de produit converti par unité de temps.

Question 44

Qu’est-ce que l’unité internationale?

Answer 44

Unités internationales (UI ou U) : par convention, une unité enzymatique est la quantité d’enzyme (mg ou mole) qui convertit 1 μmole de substrat en 1 minute, dans les conditions optimales de l’enzyme.

Question 45

Qu’est-ce que l’activité spécifique des enzymes? Quelle est l’unité utilisée?

Answer 45

Activité spécifique (AS): Activité enzymatique (UI) en fonction de la quantité totale de protéines (poids ou mole) présente dans l’essai. L’AS est habituellement rapportée en UI/mg ou UI/mole.

Question 46

À quoi sert le calcul de l’activité spécifique des enzymes?

Answer 46

L’AS sert à évaluer l’efficacité de la purification d’une enzyme. Sa valeur devrait augmenter en cours de purification.

Question 47

Comment calculer l’activité spécifique d’une enzyme?

Answer 47

AS = (umole de S/t) x (1/qtt prot)

AS = (umole/min) x (1/mg) = UI/mg

Calcul des AS : Activité totale (U) divisé par la quantité (mg) de protéines.

Question 48

Comment l’activité enzymatique peut-elle être régulée?

Answer 48

Les effecteurs de l’activité enzymatique : les activateurs qui augmentent l’activité catalytique tandis que les inhibiteurs qui diminuent l’activité catalytique (page suivante)

Par exemple, certains cations augmentent l’activité des enzymes: Mg2+ pour les polymérases (ex, Taq polymérase) et Zn2+ pour les phosphatases alcalines

Question 49

Quels sont les trois types d’inhibition d’une enzyme?

Answer 49

Les inhibiteurs compétitifs : entrent en compétition avec le substrat pour se fixer au site actif de l’enzyme. Il s’agit souvent d’analogues structuraux du substrat.

Les inhibiteurs non compétitifs : se fixent de façon indépendante de celle du substrat et modifient l’activité de l’enzyme.

Les inhibiteur incompétitifs : ne se lient qu’au complexe formé entre l’enzyme et le substrat et empêchent la catalyse.

Question 50

Quel est le pH optimal d’une enzyme? Donnez des exemples.

Answer 50

Le pH optimal d’une enzyme reflète habituellement le pH de son environnement physiologique.

Pepsine (enzyme digestive, pH estomac ‹ 2)

Glucose-6-phosphatase (enzyme cytoplasmique)

Phosphosérine amino transférase (enzyme isolée d’une bactérie vivant dans un environnement alcalin)

Question 51

Quel est l’influence du pH sur la vitesse de réaction?

Answer 51

Plus le pH se rapproche du pH optimal de l’enzyme, plus la vitesse sera rapide.

Question 52

Quelle est l’influence de la température sur une réaction enzymatique?

Answer 52

L’activité des enzymes comme toute réaction dépend de la température.

La vitesse croit en fonction de la température jusqu’à ce que la protéine commence à se dénaturer menant à la perte d’activité