Enzymes

• Substrat: molécule transformée lors d'une réaction par l'action d'une enzyme.

  Produit: molécule qui est produite lors d'une réaction catalysée par une enzyme.
• Enzyme: une catalyseur biologique qui assure la transformation biochimique d'un substrat en un produit.

  C'est une protéine produite par l'organisme à action spécifique et régulable.
• Structure des enzymes: Protéines

  • Holoprotéines ou Hétéroprotéines
  • Monomériques
  • Oligo ou Polymériques
  • Complexe multienzymatique
• Les hétéroprotéines:

  • Partie protéique: Apoenzyme(porte spécificité en enzymatique, fixation du substrat, favorise l'action du coenzyme)
  • Partie non protéique: cofacteur ou coenzyme(apporté par l'alimentation, indispensable à la catalyse enzymatique)
• Les hétéroprotéines:

  • Partie protéique: Apoenzyme(porte spécificité en enzymatique, fixation du substrat, favorise l'action du coenzyme)
  • Partie non protéique: cofacteur ou coenzyme(apporté par l'alimentation, indispensable à la catalyse enzymatique)
• Il existe 2 types de coenzyme:

  • lié: Groupement Prosthétique régénéré sans etre libéré et fonctionne à concentration stoechiométrique
  • libre: Cosubstrat nécessite un second apoenzyme pour etre régénéré
• Mode d'action des enzymes: pour que la réaction enzymatique se produise il faut que:

  • l'enzyme reconnaisse spécifiquement les cofacteurs dont elle besoin.
  • la formation d'un complexe enzyme-substrat.
  • un échange d'énergie libre entre le complexe et le milieu.
• Constante d'équilibre:

  Kéq=[C][D]/[A][B]
• Energie libre notée GA,GB,GC,GD

  La variation d'énergie libre:  ΔG=(GC+GD)-(GA+GB)
• Variation d'énergie libre standard dans les conditions standard( 1atm, 25°C, pH7, 1mole)  ΔG°'=-RT ln(Kéq) en kjoule/moule

  c'est une caractéristique d'une réaction donnée avec

  R cste des gaz parfaits 8.31joules/mole; T:298K;
• La variation d'énergie libre  ΔG est variable

   ΔG= ΔG°'+RT ln(Kéq)

   ΔG<0 réaction exergonique

   ΔG >0 réaction endergonique
• La cste d'équilibre permet le calcul de ΔG°'.

  Une réaction endergonique est couplée à une autre exergonique pour avoir lieu.

  Si on connait les [] et ΔG°' on peut calculer ΔG et prédir le sens de la réaction
• Etat de transition: un état activé de contenu énergétique plus élevé qu'un substrat doit passer par pour transformé en produit.
• Energie d'activation: l'énergie libre moyenne qu'une molécule doit recevoir du milieu pour que la réaction se produise à une vitesse donnés. c'est la différence d'énergie entre l'état initial et de transition.
• Action des enzymes sur l'énergie d'activation: Abaissent l'énergie d'activation.

  Action sur la vitesse de la réaction: augmentent la vitesse, l'équilibre est atteint plus rapidement et les [] ne sont pas modifiées.
• Notion de site actif: c'est l'ensemble des acides aminés qui entrent en contact avec le substrat, il est localisé au fond d'une poche de la zone interne hydrophobe de la protéine.
• Parmi les a.a du site actif on distingue:

  • site de fixation: reconnaissance du substrat et formation des liaisons covalentes.
  • site catalytique: participe à la transformation chimique du substrat en produit.
• Modèle de site actif:

  • modèle de FISHER: de la clé et la serrure(complémentarité)
  • modèle de KOSHLAND ou ajustement induit: molécule enzymatique n'est pas rigide, elle adapte.
• Mise en évidence du site actif: méthodes chimiques de marquages.

  A.A fréquents au niveau du site actif: SERINE, CYSTEINE, HISTIDINE, TYROSINE, LYSINE.
• Spécificité de la réaction enzymatique:

  • liée à la réaction: une enzyme peut avoir plusieurs substrats mais catalyse un seul type de réaction
  • liée au substrat: une enzyme catalyse un seul type chimique(étroite 1 ou large)
  • liée à la nature de la liaison
  • de groupe
  • stérospécificité
• Les enzymes sont distinguées en 6 classes, chaque classe contient des sous-classes (groupement fonctionnel du substrat) et des sous-sous classes (accepteur).
• 1. Oxydo-réductase 17
  2. Transférase 8
  3. Hydrolase 11
  4. lyases 7
  5. isomérases 6
  6. ligase 5
• Nomenclature:

  E.C nbre de classe. nbre de sous-classe. nbre de sous-sous-classe.

  Ex: E.C 2.7.1.1
• Le nom de l'enzyme est formé de 2 parties:

  • le nom du ou des substrat.
  • suffixe ase et désigne le type de réaction.
• Les coenzymes sont des cofacteurs indispensables à l'activité de certains enzymes.

  Libres( cosubstrat) Liés(groupement prosthétiaue)

  Métalliques, dérivés de vitamines hydrosolubles, héminiques

  Oxydo-réduction , transfert de groupement.
• Les coenzymes métalliques: Cations bivalents qui se lient à l'enzyme ou au substrat Mg2+,Cu2+ et Zn2+.
• Les coenzymes de transfert de groupement: Dérivés de vitamines hydrosolubles, S-adénosyl méthionine.
• La thiamine pyrophosphate:

  Origine: Vitamine B1

  structure: cycle pyrimidine lié à un cycle thiazole lié à son tour à un groupe diaphosphate.

  Role: réaction de décarboxylation des acides alpha-acétoniques
• Le phosphate de pyridoxal:

  Origine: vitamine B6 ou pyridoxine

  Structure: Noyau pyridine substitué

  Role: réaction de décarboxylation et de transamination des acides aminés(transfert du groupement amine)
• Le coenzyme A:

  Origine: dérivé de l'acide pantothénique= vitamine B5

  Structure complexe avec SH site actif

  Role: activation des molécules contenant groupement carboxylique par formation d'une liaison thio-ester riche en énergie.
• Radicaux Monocarbonés: groupement

  formyl -CH=O ; formimino CH=NH ; hydroxyméthyl -CH2-OH

  méthyl -CH2 ; carboxyle -COOH .
• Acide tetrahydrofolique:

  Origine: vitamine B9

  Structure: noyaux ptéroique

  Role: 1) transport de groupements monocarbonés liés au N5 et N10 et interconversion ; coenzyme de réduction
• La cyanocobalamine:

  Origine: vitamine B12

  Structure: complexe

  Role: réaction d'isomérisation(migration) et réduction de radical hydroxyméthyl en méthyl
• La biotine:

  Origine: vitamine H

  Structure: noyau imidazole + noyau thiophène

  Role: groupement prosthétique des carboxylases, transport et activation du CO2.
• La s-adenosyl methionine: donneur de CH3, cosubstrat.
• Les coenzymes de transfert de radicaux monocarbonés:

  l'acide tetrahydrofolique

  la cyanocobalamine

  la biotine

  la s-adenosyl methionine
• Les coenzymes d'oxydoréduction:

  les coenzymes flaviniques

  les coenzymes nicotiniques

  l'acide lipoique

  le coenzyme Q ou ubiquinone

  protéines à centre fer-soufre.

  les coenzymes héminiques
• Les coenzymes flaviniques:

  Origine: riboflavine/ B2

  Structure: flavine mononucléotide, flavine dinucléotide

  Fonctionnement: enzyme à FMN: cytochrome c réductase et L amino-acide oxydase

  enzyme à FAD: glucose oxydase
• Les coenzymes nicotiniques:

  Origine: nicotinamide/ vitamine PP indispensable

  Structure: NAD nicotinamide adénine dinucléotide

  NADP nicotinamide adénine dinucléotide phosphate

  Role: NAD cosubstrat de réaction d'oxydation catalysée par des déshydrogénases et réductreur dans la synthèse des acides gras

  NADP réducteur dans la synthèse des acides gras.
• L'acide lipoique:

  Structure: AG en C8 avec pont S-S(partie active) entre C6 et C8

  Mécanisme: fixe réversiblement 2 atomes H

  Role: groupement prosthétique lié à un résidu lysine de l'apoenzyme par son groupement COOH

  décarboxylation oxydatives des acides alpha-cétonique.