Les enzymes catalyseurs biologique PDF

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Introduction en enzymo en licence 2 biologie ...

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Embryologie

Chapitre 1 : Les enzymes catalyseurs biologique (généralité) Introduction-définitions : Dans les organismes vivants, une centaine de réactions chimiques constituent les voies métaboliques qui sont de deux types : • Anabolisme : synthèse des molécules • Catabolisme : voie de dégradation Toute les réactions chimiques sont catalysées par des enzymes. Une enzyme est un catalyseur biologique, en effet dans le niveau de la biologie ce sont la majorité des enzymes qui sont des protéines, mais cependant on peut trouver des ARN qui peut avoir une activité catalytique : on les appels des ribosomes. Le catalyseur permet aux enzymes d’accélérer la vitesse des réactions qui existent : thermodynamiquement possible. 106 à 1010 fois plus. Ex : Oxydation du sucre. Si on laisse du sucre à l’air, on n’aura pas de dégradation visible. L’oxydation du sucre se ferait à une vitesse infiniment lente. Or la dégradation du glucose, et l’utilisation du glucose et du saccharose se fait en permanence dans l’organisme, grâce à des enzymes. → On a donc catalyse de réactions thermodynamiquement possibles, mais à une vitesse très lente sans enzymes, c’est incompatible avec le vivant. Elle n’invente pas des réactions , elle est thermodynamiquement possible , elle existe déjà. Les enzymes ne changent pas le sens de la réaction ainsi que le substrat, le produit et les niveaux énergétiques, et ne modifie pas au cours de la réaction. Les substrats sont des molécules qui rentrent dans les réactions pour y être transformés par les enzymes. Notée S. Le produit c’est la molécule qui résulte de la transformation du substrat par l’action de l’enzyme. L’effecteur : modifie la réaction au niveau de la vitesse, il peut être activateur pour augmenter la vitesse de la réaction ou bien il peut être inhibiteur où il diminue la vitesse. Le ligand : toute molécule qui peut se fixer sur l’enzyme. Le schémas réactionnel : ensemble des événements moléculaires entre le moment où on mélange l’enzyme et le substrat jusqu’à l’obtention du produit. E + S ⇋ ES ⇋ E+ P , ES est le complexe enzyme substrat qui est un catalyse enzymatique, mais le complexe peut être catalyseur chimique. Le site actif : C’est une poche constituée d’un petit nombre d’acides aminés. En général, ces AA ne sont pas à proximité les uns des autres dans la séquence primaire , chaîne polypeptidique (= contiguë). La chaîne se replie dans l’espace, et ils se retrouvent donc à proximité. → C’est le lieu où se fixe le substrat, et où ce dernier est transformé. Les chaînes latérales vont interagir avec les groupements fonctionnels (réactionnel) du substrat (ils interviennent dans la catalyse ). Au niveau des chaînes latérales , Il y a deux paramètres importants : Encombrement stérique qui est le volume occupé par la chaîne latérale, nature chimique. On parle de stéréochimie des chaînes latérales. Elle est responsable de la spécificité des enzymes pour leur substrat → stéréospécificité enzymatique du substrat. Le substrat doit avoir une taille et une forme adaptées au site actif, ainsi que sa nature chimique adaptée.

I. La génération du site actif :

Embryologie Comment le site actif est généré ? Les chaînes se replient dans l’espace en fonction de certaines conditions, il existe différentes structures (primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire) •

Rappels sur la structure 3D des protéines

La séquence primaire dépend de l’environnement nucléotide dans le gène qui code la protéine ;

La structure conditionne la fonction mais celle-ci peut-être altérer dût à une mutation. Quels sont les paramètres qui conditionne le repliement de la chaîne latérale dans l’espace ? Ils y a 2 types : - les contraintes de la chaîne elle-même : soit sur la structure au niveau de la chaîne polypeptidique sur les acides aminés notamment à la nature chimique de la chaîne latérale, soit au niveau de ma liaison peptidiques. •

Rappels sur les différentes structures des chaînes d’acides aminés (nature chimique des chaînes latérales)

-AA polaires = Hydrophiles. Ils établissent des interactions avec l’eau. On les retrouvent orientés vers l’extérieur dans les protéines cytosoliques, au contact de l’eau et de l’environnement. Les interactions mises en jeu sont des interactions hydrogènes et ioniques et les forces de Van der Waals. • AA neutres : Ser, Thr, Cys, Met, Agn (asparagine) et Gln (glutamine) → interaction Hydrogène • AA chargés négativement (Acides) : Asp (aspartique) et Glu (glutamique) →Ionique • AA chargés positivement (Basiques) : His (histidine), Lys (lysine) , Arg (arginine)→ Ionique • AA aromatiques : Phé, Tyr, Trp -AA apolaires, on a des interactions hydrophobes et de Van Der Waals. • AA aliphatique, chaîne carbonée linéaire : Ala, Val, Leu, Ile • AA cyclisée : Pro

•

Rappels sur la liaison peptidique

Embryologie Le repliement de la chaîne dans l’espace à 2 formes de résonances en équilibre à cause de l’électronégativité de l’atome d’oxygène qui tente à attirer les électrons vers lui. C’est ce qui confère une rigidité à cette liaison donc il n’y a pas de rotation possible entre le C et le N, tout les atomes de la liaison peptidique se trouve sur le même plan. Les seul rotation possible c’est autour de Cα et C avec un angle ψ Psi Ou entre C α et N et un angle ϕ Phi. La chaîne polypeptidique est un enchaînement de plans qui sont mobiles les uns par rapports au autres selon les angles de rotation déterminée par Psi ou Phi. La chaîne polypeptidique se replie dans l’espace en fonction de 2 critères : Les angles ψ et ϕ, la nature des chaînes latérales qui la constitue et qui vont donc conditionner l’environnement dans laquelle elle se trouve.

Structure secondaire II : Hélice α : La chaîne s’enroule en spirale autour d’un axe. Les chaînes latérales sont orientées vers l’extérieur. Cette structure est stabilisée par des liaisons hydrogènes entre C=O et N-H de liaisons peptidiques qui se retrouvent en visvis.

à-

Le feuillet β : La chaîne est étirée,se replie en zig-zag et forme un brin β qui n’est jamais stable seul. Il interagit avec un autre brin β pour former le feuillet. Ce feuillet est stabilisé par des liaisons hydrogènes entre C=O et N-H en vis-à-vis.

Structure tertiaire III : → arrangement des structure II dans l’espace vont être relié par les groupes. C’est l’organisation de toute chaîne polypeptidique dans l’espace. Des aa qui sont éloignés des uns des autres de la séquence primaire peuvent se retrouver à proximité et former le site actif. Qu’est-ce qui détermine cette structure III ? → expérience 1 : ribonucléase : forme d’un « escargot » stabilisé par les ponts disulfures, mesure l’activité enzymatique : on va la casser pour couper les ponts s-s = βmeratoethanol + ajout d’un agent pour les interactions hydrophobe par de l’urée. La ribonucléase sera alors dépliée, on mesure cette activité qui est égal à 0. ⇒ la structure 3D est nécessaire pour l’activité enzymatique. Qu’est-ce qui constitue la structure 3D ? → expérience 2 : renaturation en enlevant les agents dénaturants → on retrouve l’activité enzymatique => la séquence primaire est nécessaire et suffisant sans aucun autre paramètre pour générer la structure 3D dans l’espace. Il existe des cas où la séquence primaire n’est pas suffisante, des protéines chaperones vont aider d’autre protéines à replier la séquence correctement dans l’espace.

Embryologie Une fois que la structure est stabilisés, elle peut faire des interactions ionique, hydrophobe, hydrogène, Van der Walls et aussi des liaisons covalentes qui sont des pont disulfures. Il y 3 classes de protéine en fonction de la structure : • globulaire : pour la plupart des enzymes • fibreuse : organisé en file (ex kératine) → protéines de structures • membnaire Structure quaternaire : certaines protéines sont constitués de plusieurs chaînes polypeptidiques, dans beaucoup d’enzymes ont une structure oligomérique parallèle de façon organiser dans l’espace = monomère ou protomère. Si identique → homo-oligomérique si différent hétéro-oligomérique. Monomère → sous-unité en rapport de la définition fonctionnelle. Sous-unité + site actif = sous unité catalytique Sous-unité + site de fixation d’un effecteur = sous-unité régulatrice. → stabiliser uniquement par les intéractions hydrogène faible → jamais covalente. 2 intérêts biologiques : • le site catalystique peut se trouver sur 2 unités différentes généré par le rapprochement des 2 sous-unités • co-opérativité (négative ou positive) : le fonctionnement d’une des sous-unités va agir sur la fonction de la sous-unités adjacent. Changement de conformation permet une affinité de plus en plus grande pour le site de fixation du substrat sur les sous-unités Enzyme allostérique hydrophile → contact avec l’eau, hydrophobe → membrane II. les co-facteurs : il arrive parfois que la partie protéique ne suffise pas à l’activité enzymatique et il faut un élément supplémentaire appelé cofacteur : • ion organique (cation divalent:Fe 2+, Mn2+, Mg2+) • coenzyme: molécule organique ou métalo-organique → NAD+ , FAD+ cofacteur lié de façon covalente = groupement prosthétique enzyme catalytiquement active = holoenzyme , partie protéique = apoenzyme, apoenzyme + cofacteur = holoenzyme III. La nomenclature des enzymes nom commun = S+ ase ex → amylase, uréase… classification internationale : pour chaque enzyme =nom systématique (indique la réaction catalyser par l’enzyme) + numéro de classification à 4 chiffres ex : l’hexokinase : glucose + ATP → glucose-6-P + ADP → nom systématique : ATP : glucose phosphotransférase (groupement phosphate transférer sur le glucose à partir de l’ATP) → numéro de classification : EC: 2.7.1.1 2 → classe des transférase, 7 → phosphotransférase,1 → sous-classe groupement accepteur O qui accepte le phosphate 1→ D-glucose

Embryologie 1 → oxydoréductase : catalyse les réactions impliquant un transfert d’électrons ce qui nécessite fréquemment un coenzyme 2→ transférase : transfert un groupement fonctionnel d’une molécule à une autre (méthyl, phosphate). Les kinases appartiennent à ce groupement 3→ hydrolase : clivent une liaison en utilisant une molécule d’eau 4→ lyases : catalyse les réactions de coupure de liaison autre que les hydrolyses (ex : aldolases ; formation de l’AMPc ou GMPc)→ ajoute groupement fonctionnelle sur les doubles liaisons 5→ isomérase : convertisse une molécule en un de ses isomères (topoisomérase, épimérase, mutase) 6→ ligase/synthase : catalyse la formation de liaisons entre 2 molécules. La réaction consomme de l’ATP....