Module 9 - Enzymologie

Question 1

Qui a découvert l’origine des enzymes et comment?

Answer 1

C’est Eduard Buchner qui a démontré qu’un filtrat de levures est suffisant pour causer la fermentation alcoolique, mettant ainsi fin au débat à l’époque sur la nécessite d’un organisme vivant (la levure) pour cette activité (proposée par Pasteur).

Question 2

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

Answer 2

Le catalyseur augmente la vitesse de réaction en diminuant l’énergie d’activation.

Question 3

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

Answer 3

NON, les catalyseurs n’ont aucune influence sur la thermodynamique d’une réaction.

Question 4

Vrai ou Faux. Un catalyseur change la nature des produits de la réaction.

Answer 4

Faux

Question 5

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

Answer 5

Non. Toutefois, il peut être modifié en cours de réaction.

Question 6

Vrai ou Faux. La majorité des enzymes sont des protéines.

Answer 6

Vrai

Question 7

Vrai ou Faux. Certains ARNs et ADNs ont aussi une activité catalytique.

Answer 7

Vrai

Question 8

Qu’est-ce que l’énergie d’activation?

Answer 8

L’énergie d’activation (Ea) est la quantité d’énergie nécessaire pour former le complexe activé et atteindre l’état de transition (sommet de la réaction).

Question 9

Pourquoi les enzymes sont-elles essentielles à la vie?

Answer 9

Puisque la vitesse des réactions non-catalysées est insuffisante pour soutenir la croissance et la reproduction des organismes vivants.

Question 10

À quoi correspond le taux d’accélération?

Answer 10

Au ratio k catalyseur/k non catalyseur

Question 11

À quoi correspond le site actif des enzymes?

Answer 11

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

Question 12

Quelle est la composition du site actif?

Answer 12

Région de spécificité et région de réaction

Question 13

Quel modèle prend en compte le changement conformationnel de l’enzyme suite à la liaison du substrat?

Answer 13

Le modèle de l’ajustement induit

Question 14

Donner un exemple de la spécificité enzymatique étroite.

Answer 14

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

Question 15

Donner un exemple de la spécificité enzymatique large.

Answer 15

La bêta-galactosidase hydrolyse tous les bêta-galactosides, donc toute molécule comportant un galactose lié à une autre molécule.

Question 16

Qu’est-ce qu’un substrat non-naturel?

Answer 16

C’est un analogue du substrat naturel utilisé pour les essais enzymatiques afin de permettre le suivi de la réaction.

Question 17

Comment l’ONPG est-il utilisé pour la détection de l’activité bêta-galactosidase chez les bactéries lysées?

Answer 17

L’ONPG est un substrat non naturel (analogue au substrat naturel) qui peut se faire hydrolyser par l’enzyme galactosidase. Dans la culture de bactéries lysées transparente, on ne voit pas de changement de couleur. L’ONPG n’est donc pas hydrolysé et il n’y a pas l’enzyme galactosidase dans cette culture de bactéries. Pour celle de de couleur jaune, la couleur indique que l’ONPG a été hydrolysée par la galactosidase.

Question 18

Pourquoi l’ONPG ne peut-il pas être utilisé dans les cellules in vivo?

Answer 18

L’ONPG ne pénètre pas la barrière cellulaire et ne peut donc pas être utilisé pour la détection de l’activité enzymatique in vivo à moins de lyser les cellules au préalable.

Question 19

Comment peut-on détecter la présence de l’enzyme bêta-galactosidase in vivo?

Answer 19

En insérant un promoteur endogène naturel qui va pouvoir pénétrer dans la cellule et qui va agir comme substrat de l’enzyme Galactosidase (ex: X-gal), on peut détecter la présence de l’enzyme galactosidase dans la bactérie. En effet, on obtiendra un précipité bleu à la fin de la réaction si la bactérie contenait un plasmide ayant le gène codant pour l’enzyme galactosidase.

Question 20

Quelles sont les 7 classes d’enzymes selon l’IUBMB?

Answer 20

1) Oxydoréductases
2) Transférases
3) Hydrolases
4) Lyases
5) Isomérases
6) Ligases
7) Translocases

Question 21

Définir les oxydoréductases et donner un exemple.

Answer 21

Catalysent les réactions d’oxydoréduction, des réactions de transfert d’électrons entre un donneur (agent réducteur) et un receveur d’électrons (agent oxydant) qui impliquent souvent la perte ou le gain d’un atome d’hydrogène ou d’oxygène.

Exemple: lactate déshydrogénase

Question 22

Définir les transférases et donner un exemple.

Answer 22

Catalysent les réactions de transfert d’un atome ou d’un groupe d’atomes (amine, carboxyle, carbonyle, etc.). La présence d’une coenzyme est généralement requise.

Exemple: hexokinase

Question 23

Définir les hydrolases et donner un exemple.

Answer 23

Catalysent les réactions d’hydrolyse, c’est-à-dire les bris d’un lien covalent par l’addition d’une molécule d’eau.

Exemple: glucose-6-phosphatase

Question 24

Définir les lyases et donner un exemple.

Answer 24

Catalysent la formation d’une double liaison associée à l’élimination d’un atome ou d’un groupement OU le bris d’une double liaison par l’addition d’un atome ou d’un groupement.

Exemple: aldolase

Question 25

Définir les isomérases et donner un exemple.

Answer 25

Catalysent les réarragements intramoléculaires (isomérisation).

Exemple: phosphoglycérate mutase

Question 26

Définir les ligases et donner un exemple.

Answer 26

Catalysent la formation de liens covalents entre 2 molécules en utilisant l’énergie produite par l’hydrolyse de l’ATP.

Exemple: ADN ligase

Question 27

Définir les translocases.

Answer 27

Transfèrent des ions ou des 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.

Question 28

Définir le terme cofacteurs.

Answer 28

Certaines enzymes contiennent un ou des groupement non protéiques. Ces molécules sont des cofacteurs (nommés coenzymes s’ils sont des molécules organiques).

Question 29

Vrai ou Faux. On étudie l’activité enzymatique en analysant la vitesse tout le long de la réaction.

Answer 29

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

Question 30

De quoi dépend la vitesse d’une réaction enzymatique?

Answer 30

Elle dépend de la quantité de complexe ES multipliée par la constante catalytique k cat:
v = k cat x [ES]

Question 31

De quoi dépend la quantité du complexe ES à l’équilibre dynamique?

Answer 31

1) De la quantité de substrat S présente
2) De l’affinité de l’enzyme E pour son substrat
3) De K cat

Question 32

À quoi correspond v max?

Answer 32

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

Question 33

À quoi correspond la constante de Michaelis (Km)

Answer 33

À la concentration en substrat pour laquelle la vitesse de réaction est égale à la moitié de la vitesse maximale.

Question 34

Quelle est la relation entre la grandeur de Km et l’affinité enzyme-substrat?

Answer 34

Inversement proportionnelle: plus la Km est faible, plus l’affinité est forte et plus l’activité catalytique est grande à de faibles concentrations de substrat.

Question 35

De quoi dépend la Km?

Answer 35

1) La Km est unique à chaque enzyme et fonction d’un substrat particulier
2) Paramètres physico-chimiques tels que la température et le pH

Question 36

À quoi correspond la constante catalytique K cat?

Answer 36

• La k cat est le ratio v max/[E]
• Son unité de temps est -1
• Elle indique combien d’événements de catalyse s’effectuent par unité de temps (proportionnelle à la vitesse de catalyse)
• Dépend des paramètres physico-chimiques (température et pH)

Question 37

Définir l’activité enzymatique et comment la calculer.

Answer 37

C’est la quantité (poids ou moles) de substrat ou de produit converti par unité de temps:
Activité = qté de S ou P/t

Question 38

Définir l’unité enzymatique internationale (UI) et comment la calculer.

Answer 38

Par convention, une unité enzymatique est la quantité d’enzyme (mg ou mole) qui convertit 1 micromole de substrat en 1 minute, dans les conditions optimales de l’enzyme:
UI = 1 micromole de S/minute

Question 39

Définir l’activité spécifique (AS) et comment la calculer.

Answer 39

C’est l’activité enzymatique (UI) en fonction de la quantité totale de protéines (poids ou mole) présente dans l’essai:
AS = (micromole de S/minute) x (1/qté de protéine en mg) = UI/mg

Question 40

Quelle est l’utilité de l’AS?

Answer 40

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

Question 41

Comment calculer le taux (facteur) de purification final?

Answer 41

En faisant le rapport entre l’activité spécifique de la dernière étape et celle de départ.

Question 42

Par quoi peut-être régulée l’activité enzymatique?

Answer 42

Par des effecteurs, soit les activateurs (qui augmentent l’activité enzymatique, ex: cations Mg2+ et Zn2+) et les inhibiteurs (qui diminuent l’activité enzymatique).

Question 43

Quels sont les 3 types d’inhibiteurs?

Answer 43

1) Compétitifs: analogues structuraux du substrat, se lient au site actif
2) Non compétitifs: se fixent indépendamment sur l’enzyme (pas au site actif) ou sur le complexe enzyme-substrat et modifient l’activité de l’enzyme
3) Incompétitifs: ne se lient qu’au complexe enzyme-substrat et empêchent la catalyse

Question 44

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

Answer 44

Chaque enzyme montre un profil unique d’activité à différents pH. Normalement, ce profil prend la forme d’une hyperbole orientée vers le bas. Le pH optimal d’une enzyme est le pic de cette hyperbole et reflète habituellement le pH de son environnement physiologique.

Question 45

Quelle est l’influence de la température sur l’activité enzymatique?

Answer 45

L’activité enzymatique dépend de la température. La vitesse de réaction croit en fonction de la température jusqu’à ce que l’enzyme (protéine) commence à se dénaturer menant à la perte d’activité visible par un pic soudain et intense.