Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

Spé SVT 1ère Th1/1-A- Transmission, variation et expression du patrimoine génétique

Chapitre 4 : Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

Exercice type 2 : Pratique d’un raisonnement scientifique.

Exercice n°12 p.97 – Un médicament contre le cancer

Afin de proposer des solutions de traitements aux personnes atteintes de

cancer, les chercheurs tentent de trouver de nouveaux médicaments. Le taxol est une molécule issue des arbres du genre “ taxus” et utilisée dans ces médicaments. Présente en faible quantité, les chercheurs la substitue par une autre molécule le XDT afin d’obtenir des plus grandes quantités de ces médicaments. Le XDT subit une réaction chimique afin de devenir du taxol. Cette réaction est dite enzymatique et s’effectue donc à l’aide d’une enzyme appelée ß- xylosidase qui permet de catalyser la réaction. Une version mutée de cette enzyme, l’enzyme Ep1, semblerait pourtant plus efficace que l’enzyme sauvage.

Dans ce développement, nous verrons en quoi cette enzyme mutante est plus pertinente que l’enzyme sauvage pour la production de taxol.

Dans un premier temps nous étudierons les caractéristiques et l’efficacité de ces deux enzymes. Dans un second temps, nous émettrons une hypothèse sur cette différence d’efficacité et donnerons un exemple d’enzyme mutante plus efficace.

Tout d’abord, nous remarquons des différences entre ces deux enzymes. En

premier lieu, nous notons des résultats différents d’efficacité. En effet, dans le premier document nous constatons une activité relative de l’enzyme sauvage inférieure à celle de l’enzyme mutante. Bien que l’enzyme sauvage présente 100% d’activité relative, l’enzyme mutée, elle, dépasse les attendus avec 140,35%. De plus, nous pouvons également observer que l’enzyme sauvage a une affinité pour son substrat de 1 UA, alors que l’enzyme mutante a une affinité de 3 UA avec ce même substrat. L’enzyme EP1 est donc plus active et a une meilleure capacité à établir des liaisons faibles et donc à fixer une molécule  de XDT, son substrat. Enfin, nous remarquons une différence de phénotype moléculaire. En effet, le document 2 nous apprend que l’enzyme mutante présente en position 91 un acide

aminé acide aspartique (Asp 91) à la place d’un acide aminé sérine (Ser 91).

[pic 1]

Maintenant que nous connaissons les principales différences entre ces

deux enzymes, nous pouvons à présent formuler une hypothèse afin de comprendre pourquoi l’enzyme mutante est plus efficace lors de la catalyse du XDT que la ß- xylosidase sauvage. Nous avons mis en évidence précédemment la présence d’un acide aspartique en position 91 à la place d’un sérine. Nous avons donc la formation d’un nouveau complexe enzyme-substrat. De plus, il y a bien des différences d’efficacité visible donc on en conclut que cet acide aminé fait partie du site actif de l’enzyme. Or, les acides aminés dans le site actif d'une enzyme sont essentiels pour sa fonction catalytique, et un changement dans un acide aminé pourrait potentiellement altérer la spécificité de substrat de l'enzyme, sa capacité à se lier au substrat, ou sa réactivité chimique. Notons également que le produit reste inchangé à l’issue de la réaction avec chacune des deux enzymes puisqu’on retrouve du taxol dans les deux cas. La mutation sur l’enzyme ß- xylosidase a donc conduit à rendre l’enzyme plus performante sans pour autant altérer la spécificité de substrat. Un parallèle avec les récentes découvertes sur la PETase, une enzyme bactérienne capable de dégrader le plastique PET, peut aisément être réalisé. En effet, l’Université de Portsmouth a créé une enzyme mutante de la PETase. Ce mutant serait 20% plus efficace dans la dégradation du plastique. Le site actif contient une sérine Ser238 au lieu d’une phénylalanine Phe209. Cet exemple comporte donc bien des similitudes avec notre problème posé.

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