Cours d'enzymologie - Médecine PACES UE1

Enzymologie

1. Définition

• Une enzyme est un puissant catalyseur des systèmes biologiques, par contre, l’enzyme facilite (catalyse) une réaction mais ne rend pas possible ce qui est impossible sur le plan énergétique.

Quand il y a un saut énergétique fort entre le départ et l’arrivée de la réaction enzymatique la réaction inverse est impossible.

• Les enzymes ont une activité spécifique: sous une même terminologie (ex: déshydrogénase) on a l’activité de réduction qui est importante mais la spécificité de la réaction vis-à-vis du substrat est importante.
  
• Les enzymes dans le métabolisme sont finement régulées : certaines de ces régulations sont lié au changement de conformation de l’enzyme, des changements de structure quaternaire de l’enzyme par exemple.
  
• Ces enzymes, si ce sont des protéines sont transcrites et traduite, il y aura donc une régulation du gène qui la code.

Ce qui est dit sur la régulation de la transcription est vrai pour la régulation enzymatique : un changement de conformation va vite mais une régulation de la transcription est plus lente !

• Les enzymes sont pour la plupart des protéines mais il existe aussi dans certain ARN une possibilité catalytique (lors de la traduction l'activité peptidyl transférase par exemple) ce sont les ribozyme.
  
  Cette activité enzymatique des ARNm explique que lors du Big bang l’ARN est la première molécule qui nous a permis de se développer.

Le pouvoir catalytique d’une enzyme est la possibilité de mettre le substrat (molécule sur laquelle agit enzyme) dans des orientations favorables pour qu’une réaction se produise rapidement.

Il y a une géométrie dans l’espace qui fait qu’un substrat pour être catalyser doit se montrer sous une bonne forme et c’est le rôle de l’enzyme de prendre ce substrat, de le mettre dans la bonne forme et de le mettre dans le site actif pour que la réaction puisse se produire.

1. La réaction enzymatique

Elle st schématisé par la formule suivante:

[pic 1]

• On a l’enzyme plus le substrat qui va donner dans une première étape un complexe enzyme-substrat. Cette formation de ce complexe se fait avec une vitesse V1.
  
•  Cette formation est réversible avec une autre vitesse V2 et on peut retrouver l’enzyme et le substrat séparés.

• Le complexe ES va donner de l’enzyme plus du produit avec une vitesse V3.

Au total sur cette réaction classique, il faut voir que l’enzyme n’est pas consommé dans la réaction est que le substrat devient un produit.

1. Vitesse:[pic 2]

La concentration d’enzyme (protéine) est une constante et c’est quelque chose d’important : on se met dans des conditions ou la concentration en enzyme est suffisante pour faire la réaction.

On a ici en ordonné la vitesse de la réaction enzymatique et en abscisse la concentration en substrat.

Dans une réaction enzymatique, la vitesse augmente avec la concentration en substrat !

Dans une première étape on va avoir une proportionnalité entre l’augmentation de la vitesse et l’augmentation du substrat.

Puis la vitesse ralentie pour devenir pratiquement constante.

Donc dans une réaction biologique la vitesse de réaction devient constante.

Cette vitesse constante est un des paramètres qu’on appelle la vitesse maximum Vmax.

• On dit que la première partie de la courbe quand il y a une proportionnalité a peu près linéaire entre l’augmentation de la vitesse et en substrat est d’ordre 1.
  
• Et quand la vitesse a atteint son maximum soit Vmax on est en ordre 0.

En biologie clinique : quand on mesure des activités enzymatique on va tenir compte de l’ordre pour bien mesure l’activité.

Sur le plan pratique cette vitesse maximum veut dire que l’enzyme fonctionne au max de ces possibilités : on a une occupation totale du site catalytique de l’enzyme.

À Vmax l’enzyme travail au max de ce qu’elle peut faire.

1. Notion de site actif

C’est une région qui constitue ce qu’on appelle le groupe catalytique, région précise de la protéine.

Cette région est capable de lié les substrats qui sont lié a cette activité enzymatique, elle contient des résidus (AA) qui participe à la formation ou a la rupture des liaisons enzymes-substrat et ce site actif a des caractéristiques commune :

• Ce site actif est très limité dans la protéine : Seulement quelque AA impliqué.

Donc en cas de mutation sur le gène qui code l’enzyme, si la mutation touche les codons de ces AA on a des dégâts considérable sur l’action des enzyme, on peut avoir des pathologie grave !

• Les AA du site actif ne sont pas contiguë ! :
  En effet en fonction des repliements des structure primaire des protéines les AA ne sont pas  contiguë mais les repliement font qu’ils sont dans la même région.
  
  Cette notion de région dans les protéines est importante !
  Il se crée une véritable structure tertiaire de ce site actif.
  
• Les substrats vont donc se lier au niveau de ce site actif a l’enzyme et il vont se lier par des liaison faibles ! : Ces liaison sont : ionique, hydrogène, hydrophobe, interaction de VDW.
  
• Généralement le site actif a la forme d’une crevasse : fissure dans la protéine, en principe l’eau est exclue du dispositif sauf si c’est une réaction qui fait intervenir l’eau. L’exclusion de l’eau rend plus réactif ce site actif.

Ce caractère non polaire augmente la liaison enzyme substrat mais il y a des sites actifs avec des résidus polaires.

On a une spécificité de l’enzyme : c’est une machine construite pour faire une seul réaction biochimique (en principe une seul !).

• On a une spécificité de la réaction enzymatique phosphorylase, déshydrogénases.

Cette spécificité de la réaction enzymatique est contenue par la composition en AA du site actif !

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