Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

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    Phenylalanine
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    Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Phenylalanine le Ven 2 Juil - 21:33

    Parce que c'est moi la biologiste, voilà.
    Donc si quelqu'un veut parler de bio avec moi, il est le bienvenu, je me sens un peu seule. :D

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Lavoisier le Ven 2 Juil - 21:39

    Mais t'as pas encore compris ?

    La bio c'est tellement pourri que personne aime !! Evil or Very Mad AHAHAHA !!! Razz

    Je plaisante (euh...ou pas).

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Phenylalanine le Sam 3 Juil - 9:35

    Toi, la physicienne, je te demanderais bien de sortir si ce n'était pas ton forum. Razz

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    ...

    Message  Julie le Jeu 8 Juil - 18:25

    MDR le combat physique/maths VS svt ... ! mais bon sang toutes les sciences se rejoignent et partagent le même objectif ! après ce sont les affinités de chacun pour un domaine particulier ! vive l ouverture d'esprit

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Physikaddict le Jeu 8 Juil - 21:39

    Merci de ne pas faire que du flood.

    La modération.


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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Phenylalanine le Ven 9 Juil - 8:54

    Ah ? Pas de flood ? Bon.

    Est-ce que quelqu'un veut partager mes connaissances sur la catalyse enzymatique, tout juste ingurgitées hier à l'aide de mon bouquin de BCPST flambant neuf ? cheers

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Lavoisier le Ven 9 Juil - 9:41

    Bon je vois que ça te fais envie, vaz-y, explique. Smile

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Phenylalanine le Dim 25 Juil - 8:58

    Tu vas voir, ça va te plaire, il y a même de la chimie.

    Alors, mon cours :

    I. GENERALITES SUR LES ENZYMES ET CONDITIONS DE REACTION

    1) Conditions cellulaires et nécessité d'enzymes


    En fait, à la base, les conditions cellulaires sont peu favorables à des vitesses de réaction élevées (températures basses inférieures à 40°C, concentrations des réactifs faibles car concentration en eau élevée, pression faible, pH voisin de la neutralité).
    Or, pour être compatibles avec les processus vitaux, les réactions cellulaires se doivent d'être rapides pour les besoins de la cellule (production d'énergie, stockage, déposition de marqueurs sur les cellules ...).

    CONSEQUENCE : Nécessité d'un Taux d'augmentation de la vitesse réactionnelle devant être très élevé (voisin de 10^5, peut aller jusqu'à 10^9) pour l'accomplissement des travaux de la cellule et la survie de cette dernière.

    2) Mode d'action des enzymes

    L'enzyme ne rend donc pas possible une réaction impossible : Quand on fait le test avec la liqueur de Fehling et tout, on se rend compte que l'amidon est tout de même dégradé en glucose dans le tube où il n'y a pas de salive, mais que cette réaction est juste très, très lente.
    L'enzyme modifie donc considérablement les facteurs cinétiques, mais pas les facteurs thermodynamiques ni par conséquent la constante des réactions qu'elle catalyse.
    Et c'est pour ça que des fois, pour que les réactions soient réversibles, l'organisme à besoin de deux enzymes qui catalysent la même réaction en sens inverse. Smile

    3) Nature des enzymes


    Et tu sais quoi ? Jusque là on t'a dit que les enzymes étaient des protéines. Bah c'est vrai. Mais pas tout le temps ! Il existe des enzymes de nature non protéique, comme les ribozymes, qui catalysent la formation des protéines au moment de la traduction (je crois que ça devraient se voir dans leur nom ... Elles stimulent les ribosomes ...). Ce ne sont pas des protéines mais ... Des ARN ! Qui l'eut cru ? :D

    Alors, quelques enzymes : C'est rigolo parce qu'elles sont nommées selon la réaction qu'elles accélèrent et le nom de leur substrat ou de leur action dessus. Dis-moi comment tu t'appelles, je te dirai ce que tu fais Laughing

    Les oxydoréductases : Déshydrogénases, réductases, catalase, oxygénases.
    Les transférases : Aminotransférases, kinases, glycosyltransférases.
    Les hydrolases : Glucidases, lipases, protéases, nucléases, phosphatases. (Je les aime bien, celles-là.)
    Les lyases : Décarboxylases, cylases, cynthases.
    Et aussi les isomérases (Ex : Epimérases) et les ligases (Ex : Synthétases).

    (Je viens de résumer un truc qui prend 4 pages sur le livre. Je suis trop fière).

    Et pour très bientôt, quand j'aurai le temps :

    II. MAIS QUE DIABLE SE PASSE-T-IL VRAIMENT PENDANT CETTE [BIP] DE CATALYSE ENZYMATIQUE ?

    Parce que c'est vrai quoi, au lycée on te dit que l'enzyme vient sur le substrat et que d'un coup de baguette magique le substrat se transforme en produit. C'est nul.


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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Lavoisier le Mar 27 Juil - 11:24

    "Dis-moi comment tu t'appelles, je te dirai ce que tu fais"


    Je m'appelle Lu'...Alors je fais quoi ? Smile

    C'est juste dit de façon plus compliqué mais ce cours on le fait en première S...Ouh ils sont nuls en BCPST :D


    Dernière édition par Lavoisier le Sam 2 Oct - 13:03, édité 1 fois

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Phenylalanine le Mar 27 Juil - 12:21

    J'ai pas dit les détails. Et la suite est beaucoup plus dure. Evil or Very Mad

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Lavoisier le Jeu 29 Juil - 12:12

    La suite, la suite !!!! geek

    PS : Les vacances me rendent pire que d'habitude, c'est dire.
    PS2 : Je crois qu'on est à la limite du flood, et en tant qu'admin je suis censée montrer l'exemple...pff...

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

    Message  Phenylalanine le Sam 25 Juin - 18:33

    Bon, bah maintenant je peux vous donner mon cours sur les enzymes au complet :D
    (Désolée, pas de schémas. J'ai 10 polycopiés plein de schémas, mais ils ne son pas sur mon PC. Et désolée aussi pour les "voir ...", "voir...", tous mes cours de bio sont reliés les uns avec les autres).


    LES ENZYMES, ACTEURS DU METABOLISME
    .
    Le métabolisme correspond à l’ensemble des réactions chimiques se déroulant dans une cellule vivante. Il fait intervenir de nombreuses molécules que l’on appelle les enzymes. (Remarque : Le terme enzyme est à la fois masculin et féminin). Le métabolisme peut être subdivisé en deux aspects : L’anabolisme et le métabolisme. Chacun fait intervenir des enzymes spécifiques.

    Quelles sont les caractéristiques structurales et fonctionnelles des enzymes ?
    Comment permettent-elles la catalyse enzymatique ?
    Comment l’activité des enzymes est-elle contrôlée ?
    I. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques très performants.

    A. La plupart des enzymes sont des protéines, parfois associées à un cofacteur (exemples de la triose phosphate isomérase = TPI et de la ribonucléase) – p1.

     La TPI
    La TPI est une enzyme qui permet l’isomérisation de la dihydroxyacétone phosphate (DHAP) en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Son rôle est capital puisque la réaction catalysée fait partie du mécanisme de glycolyse, qui est un mécanisme universel de la production d’énergie chez les cellules (voir cours métabolisme, et plus particulièrement catabolisme).

    (Note sur le catabolisme p 2 : Glucose donne 2 pyruvates en faisant intervenir 10 enzymes, dont la TPI et en produisant de l’ATP à partir d’ADP et de Pi).
    Grâce à sa structure, elle rapproche des acides aminés catalytiques initialement éloignés : Glu165 et His95.Leur rôle catalytique consiste en un transfert de protons qui se trouvaient sur le carbone 1 vers le carbone 2. Son rôle catalytique est également assuré par l’acide aminé Lys12 (qui peut parfois être remplacé), qui est qualifié d’acide aminé de positionnement ou de fixation car il est chargé positivement et interagit avec les groupements phosphates (négatifs) des substrats par interaction ionique, ce qui permet la fixation du substrat au niveau du site actif.

    Il s’agit d’une protéine, c’est-à-dire d’un enchainement d’acides aminés avec deux extrémités (COOH ou COO- et NH3+). Elle possède une structure primaire (enchainement d’acides aminés), des structures secondaires (8 brins bêta, 8 hélices alpha) une structure tertiaire (tonneau alpha-bêta : Brins bêta au centre, hélices alpha en périphérie), et une structure quaternaire (se présente sous la forme d’un homodimère) (voir cours protéines). Elle est constituée d’environ 250 acides aminés.
    Au niveau de l’hélice alpha F se trouve une boucle mobile qui aura un rôle primordial car elle va bloquer l’intermédiaire dans le site actif et ainsi éviter son détachement en cours de réaction. Sa taille est de 10 acides aminés.

    (Exemple d’enzyme intervenant, au contraire dans l’anabolisme, dans le cadre de la photosynthèse : La Rubisco, qui fixe un CO2 sur un composé à 5 carbones, permettant ainsi de former deux composés à 3 carbones. Autres réactions enzymatiques comme la fermentation : p2)
     La ribonucléase pancréatique
    Elle est sécrétée dans le tube digestif (duodénum), puis agit dans l’intestin en dégradant les ARN (d’où le nom de ribonucléase).

    Elle possède elle aussi une extrémité N terminale et une extrémité C terminale, ainsi qu’une association d’acides aminés catalytiques et d’acides aminés de positionnement qui vont constituer, au centre de l’enzyme, un site actif où se produira la réaction entre l’enzyme et le substrat. Elle a une forme de gouttière, avec des boucles d’hélices alpha.

    Les histidines permettent la catalyse et la lysine la fixation, tout comme chez la TPI. Ces rôles sont également dus à la charge de ces acides aminés.
     Les cofacteurs (p3)
    Il peut par exemple s’agir d’ions métalliques (Fe, Mg, Mn, Zn) ou de molécules organiques non protéiques attachées ou non de manière permanente à l’enzyme (ex d’ion métallique : L’anhydrase carbonique, enzyme à Zn2 +,intervient dans les hématies. Elle donne de l’acide carbonique HCO3- à partir de CO2 et de H2O).
    Dans les cas où elles sont attachées en permanence, on parle de groupements prosthétiques (ex : biotine = vitamine B8 qui s’associe au pyruvate carboxylase pour catalyser la réaction de régénération de l’oxaloacétate dans le cycle de Krebs – voir cours métabolisme).
    Dans les cas contraires, on parle de coenzymes (ex : NADH lors des fermentations lactique et éthanolique (p2)).
     Des enzymes non protéiques : Les ribozymes
    Deux scientifiques, Altman et Cech, ont découvert dans les années 1980 une activité catalytique effectuée par des ARN, et ont ainsi obtenu le prix Nobel de chimie en 1989.
    Ces ARN effectuaient ce que l’on peut observer p 3 et que l’on appelle l’auto-épissage.
    En effet, dans les ARN il y a des exons et des introns, lesquels sont excisés lors de la maturation tandis que les exons sont épissés. Ces scientifiques ont découvert que les ARN effectuaient eux-mêmes ces excisions et épissages.
    Certains pensent ainsi qu’à l’origine, les ARN étaient les catalyseurs, et que c’est seulement après au cours de l’évolution que les enzymes ont pris une place prépondérante dans la catalyse.
    On appelle les ARN catalyseurs les ribozymes.
    B. Mise en évidence expérimentale de l’efficacité de la catalyse enzymatique (p4)

     Exemple de l’amylase salivaire
    L’expérience est la suivante : On prend deux tubes à essais dans lesquels on met des emplois d’amidon. On les place dans un bain marie à 37°C (température du corps humain). Dans un des deux, on ajoute de la salive (ou, à défaut, de l’amylase salivaire – voir p 4).
    Puis on effectue deux tests sur ces tubes à essai : Un au lugol (marqueur de la présence d’amidon), et un à la liqueur de Fehling (marqueur de la présence de glucides réducteurs) – voir cours glucides.
    On constate que, pour le tube témoin, après 9 minutes, le test au lugol est toujours positif, ce qui montre que l’amidon ne disparait pas. Le test à la liqueur de Fehling, lui, est négatif.
    Au contraire, dans le tube qui a contenu de l’amylase salivaire, on note, au bout de 9 minutes, la disparition de l’amidon et l’apparition de glucides réducteurs (notamment le maltose, constitué de deux glucoses ; et les dextrines, qui sont de petits polymères glucidiques). Cela permet de déduire la dégradation relativement rapide de l’amidon en glucides réducteurs par l’amylase salivaire. (Certaines réactions enzymatiques sont bien plus rapides …)
    D’autre part, si on place dans un récipient des emplois d’amidon et quelques gouttes d’acide chlorhydrique puis qu’on porte ce mélange à 100 degrés pendant une heure, on obtient les mêmes résultats (mais donc après un temps beaucoup plus long), ce qui confirme le caractère rapide de la catalyse exercée par l’amylase salivaire par rapport à une dégradation par de l’acide chlorhydrique).
     Autre exemple : Fixation de l’azote atmosphérique par la nitrogénase (p4)
    L’azote atmosphérique se trouve dans certains végétaux, les Fabacées, où des bactéries se situant dans les nodosités effectuent la transformation de cet azote à 0,1 hPa et à température ambiante.
    Des procédés industriels pour effectuer la même réaction à la même vitesse utilisent un catalyseur chimique avec des pressions et températures bien plus élevées … Et ce n’est pas plus efficace !
    La catalyse biologique est donc plus efficace que la catalyse chimique.
    C. Aspect thermodynamique de la catalyse enzymatique.
    (Voir également cours de chimie de deuxième année)
    Les cellules sont au sens thermodynamique ce que l’on appelle des systèmes ouverts, c’est-à-dire qu’elles présentent des échanges de matière et d’énergie avec le milieu extérieur (contrairement aux systèmes isolés qui n’échangent rien et aux systèmes fermés qui échangent de l’énergie et pas de matière).
    Lorsqu’on les étudie, on s’intéresse aux variations d’enthalpie lors des réactions chimiques. L’enthalpie obéit à la formule ΔH=ΔG+TΔS, avec G l’enthalpie libre, qui correspond au travail fourni, T la température et S l’entropie (qui mesure le désordre d’un système).

    Variation d’enthalpie libre
    Pour les réactions exergoniques, comme la dégradation d’ATP ΔG<0 (-50 kJ/mol) et la réaction est spontanée. Pour les réactions endergoniques, comme la fabrication d’ATP, ΔG>0 (50 kJ/mol) et la réaction est impossible à moins que de l’énergie ne soit fournie par le milieu extérieur.
    Cette variation d’enthalpie dépend du pH, mais comme le pH est globalement neutre dans les conditions biologiques, on définir une variation d’enthalpie libre standard à pH=7 et avec des concentrations de 1 mol/L.
    La formule de cette variation est en haut à droite de la p5.
    Dans le cas de la TPI, cette variation d’enthalpie libre standard est de +7,5 kJ/mol (il s’agit donc presque d’une réaction à l’équilibre.
    Lorsque la réaction est possible, il peut y avoir utilisation d’un catalyseur, présent au début et à la fin de la réaction (car régénéré en cours). Le catalyseur n’a pas d’effet thermodynamique (il ne peut pas rendre possible une réaction impossible) mais il modifie beaucoup la vitesse de la réaction. L’effet de l’enzyme sur la variation énergétique du système est en effet présenté en bas de la p 5 : Sans enzyme, l’état de transition nécessaire à l’atteinte de l’état final est très fort en énergie et donc difficile à atteindre. L’enzyme change l’état de transition en modifiant les étapes intermédiaires de la réaction, qui ont alors un état de transition plus facile à atteindre.
    Lors de la glycolyse, il y a donc parfois besoin d’enzymes, lorsqu’il faut atteindre un état énergétique plus élevé, mais les enzymes rendent ces réactions bien plus faciles (il n’y a jamais besoin de fournir beaucoup d’énergie). Les réactions spontanées libèrent beaucoup d’énergie.
    D. Fonctions d’un catalyseur.
    Les catalyseurs, chimiques ou biologiques, possèdent des propriétés expliquées p 6 :
     Ils ne peuvent pas rendre possibles des réactions endergoniques
     Ils augmentent la vitesse de réaction
     Ils ne modifient pas les concentrations à l’équilibre et accélèrent dans les mêmes proportions les vitesses des deux réactions opposées
     Ils se retrouvent intacts à la fin de la réaction
    Les enzymes biologiques ont la particularité d’être bien plus efficaces que les catalyseurs chimiques (Energie d’activation de la décomposition peroxyde hydrogène -> eau : 75 kJ/mol en l’absence de catalyseur, 49 kJ/mol avec un catalyseur chimique, 8 kJ/mol avec la catalase)

    II. Modalités de la catalyse enzymatique.

    A. Spécificités de la catalyse enzymatique

    1. Spécificité liée à la réaction catalysée
    Chaque enzyme ne peut catalyser qu’un seul type de réaction chimique : Les enzymes sont donv spécifiques du type de réaction considérée.
    Cela a permis de les classer en différentes catégories, dont les 6 principales sont présentées p6 :
     Les oxydoréductases, qui transfèrent des électrons entre deux couples oxydoréducteurs, comme la lactase déshydrogénase lors de la fermentation lactique
     Les transférases, qui transfèrent un groupement chimique d’une molécule à une autre, comme la phosphofructokinase (PFK1 et PFK2) lors de la glycolyse
     Les hydrolases, qui coupent par hydrolyse des liaisons, comme la trypsine ou la chymotrypsine sécrétées par le pancréas (voir cours sur la cellule acineuse pancréatique). Ce groupe est subdivisé selon les molécules coupées (d’où les sous-catégories lipases, peptidases, protéases …).
     Les lyases, qui clivent des molécules en éliminant des liaisons C-C, C-O ou C-N ; ce qui forme des doubles liaisons, comme la citrate lyase.
     Les isomérases, qui changent la configuration de molécules, comme la TPI qui transforme le DHAP en GAP et réciproquement.
     Les ligases, qui condensent deux molécules par couplage avec la rupture d’une liaison à haut potentiel énergétique, comme l’aminoacyl-ARNt-synthéthase.

    2. Spécificité liée au substrat (p7)
    Cette spécificité fait qu’une enzyme ne catalyse qu’un seul substrat.
    Cela peut être du à différentes caractéristiques du substrat :
     Spécificité liée à la nature de la liaison (exemple de la maltase)
    La maltase est une hydrolase qui coupe le maltose en 2 glucoses. Elle ne peut couper que les liaisons alpha-1,4 comme celles présentes dans le maltose, et les glucoses obtenus doivent être de la série D. L’enzyme doit « reconnaitre » la liaison pour pouvoir se lier au substrat et exercer son action catalytique.
     Spécificité de groupe (exemple de la trypsine)
    La trypsine, la pepsine et la chymotripsine, des endopeptidases, ne coupent pas la protéine aux mêmes endroits, car chacune ne peut couper qu’en ayant reconnu un groupe (la trypsine par exemple coupe après la lysine)
     Spécificité absolue pour un unique substrat
    Certaines enzymes, au-delà de reconnaitre un groupe ou une liaison, ne peuvent agir que sur un seul substrat : C’est par exemple le cas de l’uréase, qui agit sur l’urée et uniquement sur l’urée (voir réaction p 7).
     Stéréospécificité
    En cas de stéréospécificité, l’enzyme est spécifique à une seule configuration d’une molécule et ne peut pas dégrader la même molécule si sa configuration stéréochimique est différente. C’est par exemple le cas de la fumarase, qui catalyse la transformation de l’acide fumarique en acide L malique mais ne peut le faire que si l’acide fumarique est sous sa forme trans (il ne se passe rien en cas de configuration cis – voir cours de chimie orga)
    3. Spécificité vis-à-vis des paramètres physico-chimiques (pH et température) (p8)
    (Remarque : Le terme de spécificité fait ici l’objet d’une controverse).
     Spécificité vis-à-vis du pH
    Certaines enzymes sont spécifiques d’un pH donné : Leur efficacité est optimale à un certain pH, puis diminue très rapidement lorsque l’on s’en éloigne. Chaque enzyme a ainsi son pH optimal, malgré des actions similaires bien que localisée de manière différente (par exemple, la pepsine et la trypsine, deux endopeptidases, ont des pH optimaux respectifs de 2 et de 9. Celui de l’amylase salivaire est d’environ 7).
    Cela s’explique par la différente localisation dans l’organisme de ces enzymes :
    La pepsine est sécrétée par l’estomac et agit au sein de ce dernier, or dans l’estomac le pH est très acide, autour de 1 à 2. C’est pourquoi le pH optimal doit être faible pour que l’enzyme soit efficace.
    La trypsine, sécrétée dans le duodénum, agit dans l’intestin, ou le pH devient, après augmentation de la basicité due à l’arrivée des sucs pancréatiques, d’environ 8 ou 9. Idem pour la ribonucléase, qui dégrade des acides nucléiques dans l’intestin, et dont le pH optimal est de 8.

    (Remarque : La ribonucléase contient en fait deux Histidines catalytiques, His119 et His12 ; or on observe également que quand le pH est proche de 8, et uniquement quand il est proche de 8, l’histidine 119 est protonée ET l’histidine 12 est déprotonée, ce qui est nécessaire à la catalyse. A un pH plus faible, les deux sont protonées, et à un pH élevé les deux sont déprotonées, ce qui empêche l’activité enzymatique. Cela explique donc le conditionnement de l’activité enzymatique par le pH).La spécificité en ce qui concerne le pH est donc due à l’ionisation des protéines.
    L’amylase salivaire agit dans la bouche, où le pH est aux alentours de 7. Il y a donc une très forte corrélation entre le pH optimal et le lieu.
    Certaines enzymes sont moins spécifiques, et peuvent par exemple fonctionner systématiquement à condition que le pH soit suffisamment élevé. C’est par exemple le cas de l’acétylcholinestérase. Les hydrolases acides fonctionnent à pH élevé.
     Spécificité vis-à-vis de la température
    Les enzymes ont une vitesse de réaction croissante en fonction de la température, et ce jusqu’à une certaine température dite optimale. Nos enzymes ont généralement une température optimale autour de 37°C. Puis il y a une diminution brutale due à la dénaturation.
    La première phase est due au phénomène d’activation : Lorsqu’on augmente la température, on augmente l’agitation moléculaire et donc on favorise la rencontre substrat-enzyme. Lors de cette phase s’applique ce que l’on appelle la loi du Q10 : Lorsque l’on augmente la température de 10 degrés, la vitesse de la catalyse est multipliée par 2 environ.
    On applique également la loi d’Arrhénius (k=A*exp(Ea/RT)).

    Note, voir p 9 : Des enzymes produites par une bactérie thermophile des sources chaudes appelée Thermus Aquaticus ont leur fonctionnement optimal à plus de 70°, et notamment une enzyme appelée la Taq Polymérase, qui permet de répliquer de l’ADN en augmentant la température. En effet, pour séparer les deux brins pour répliquer l’ADN, il faut une forte agitation moléculaire et donc une forte température. Cette enzyme est utilisée pour les enquêtes criminelles.
    D’autre part, l’augmentation de l’activité enzymatique en fonction de la température explique les comportements des animaux à sang froid (qui se mettent au soleil un peu un repas) : Les enzymes digestives de ces animaux tendent à avoir un fonctionnement optimal quand la température corporelle est élevée, or chez eux elle varie en fonction de la température extérieure à laquelle ils sont exposés.
    La seconde phase est due à la dénaturation progressive des enzymes du fait d’une agitation moléculaire si forte que les liaisons faibles sont brisées, or ces dernières sont nécessaires à la conformation des protéines (structure tertiaire notamment), et donc les protéines ne peuvent plus assurer leur fonction, les acides aminés catalytiques ne se situant plus nécessairement les uns à côté des autres. La dénaturation peut être irréversible.
    B. Cinétique enzymatique : Etude de la vitesse des réactions enzymatiques

    1. Les réactions enzymatiques peuvent être étudiées en mesurant la disparition du substrat ou l’apparition du ou des produits de la réaction (p10)
    On peut étudier cela via deux exemples :
     Exemple de la glucose-oxydase : Etude de la spécificité à l’aide de la disparition du substrat.
    Le glucose réagit avec le dioxygène et l’eau pour donner du glucono-1,4-lactone et du peroxyde, qui est un bon bactéricide. La glucose-oxydase est l’enzyme qui catalyse cette réaction.
    On peut mesurer la vitesse de cette réaction en mesurant la disparition du dioxygène dans le milieu au cours de la réaction, à l’aide de sondes à dioxygène. La réaction est rapide si et seulement si le taux de dioxygène diminue rapidement.
    On observe que la concentration d’oxygène au cours du temps ne diminue rapidement que si on place du glucose dans le milieu (aucun autre glucide ne fonctionne) ; mais également que si ce glucose est sous sa forme D (la forme L ne fonctionne pas). Cela prouve la spécificité de cette enzyme.
     Exemple de la catalase
    Cette fois, la réaction forme à partir de deux peroxydes (qui sont donc les substrats) de l’eau et du dioxygène. La vitesse de la réaction se mesure donc avec l’apparition du dioxygène.
    On observe que la concentration en O2 augmente d’autant plus rapidement que la concentration initiale de H2O2 était importante.
    On peut tracer la courbe de la vitesse initiale en fonction de la concentration en peroxyde.
    2. Les données cinétiques permettent de préciser les modalités de l’interaction enzyme-substrat : Distinction enzymes michaéliennes (courbe hyperbolique) et enzymes allostériques (courbes sigmoïde)

    a) La vitesse initiale d’une réaction enzymatique est déterminée lorsque le substrat est présent en excès (p12)
    Les concentrations du produit au cours du temps ([P]=f(t)) permettent d’établir une courbe.
    A partir de la lecture de ce graphique on peut déterminer la vitesse initiale, qui correspond à la pente de la tangente de la courbe à l’origine. Elle est notée Vi ou V0.
    On peut par la suite comparer ces vitesses initiales en fonction de la concentration en substrat. Lorsque l’on trace des courbes Vi=f([S]), on peut observer plusieurs types de courbes.
    Lorsque la courbe est hyperbolique, on qualifie l’enzyme de michaélienne.
    Note : Il y a systématiquement un large excès de substrat, les quantités d’enzyme utilisée étant faibles. Cela dit, la vitesse initiale augmente également en fonction de la concentration en enzyme.
    b) L’existence d’une vitesse maximale de réaction permet de suggérer la formation d’un complexe enzyme-substrat
    On constate, en traçant le graphique de la vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat, qu’on atteint une vitesse maximale, même en continuant d’augmenter la concentration en substrat.
    Cela signifie que tous les sites actifs des enzymes sont occupés par des substrats (la vitesse est limitée par la quantité d’enzyme). Indirectement, cela permet donc de montrer l’existence d’un complexe enzyme substrat.
    On peut donc finalement créer un modèle cinétique :
    E+S -> (<-) ES -> E+P (voir cours de chimie pour étude cinétique complète)
    c) Le Km (constante de Michaelis Menten : Constante de dissociation du complexe enzyme-substrat) caractérise l’affinité des enzymes pour leurs substrats
    Le Km peut se lire sur un graphique (lorsque la concentration en substrat est Km, la vitesse initiale est égale à la vitesse maximale sur 2). Cette constante s’appelle la constante de Michaelis-Menten, et est égale à (K2+K3)/K1.
    Quand le Km est grand, il y a besoin de beaucoup de substrat pour avoir la vitesse maximale et l’affinité de l’enzyme pour son substrat est faible.
    A l’inverse, quand le Km est petit, l’affinité de l’enzyme pour son substrat est forte.
    Note : Pour l’hexokinase, qui peut catalyser plusieurs substrats, on remarque que l’affinité pour le fructose est beaucoup plus faible que pour le glucose, vu que le Km est 10 fois plus élevé. Le Km permet donc d’étudier la spécificité des enzymes.
    Le Km est particulièrement variable selon les couples enzymes substrats, dans la mesure où il peut aller à moins de 1 μM pour l’argninine-ARNt synthétase et l’ARNt à plus de 8000 μM pour l’anhydrase carbonique et son substrat le CO2.
    Note : Lorsque l’on observe l’évolution des concentrations en enzyme, en substrat et en complexe enzyme-substrat, on observe que ce dernier est dans un état stationnaire.
    d) Le rapport kcat/Km est une mesure de l’efficacité catalytique d’une enzyme
    On a kcat=k3. Le rapport kcat/Km permet de mesurer l’efficacité d’une enzyme : Plus il est élevé, plus la catalyse est efficace.
    Pour certaines enzymes, comme la TPI, il est très élevé (2,4*10^8 /s/M). On dit alors que la catalyse atteint la « perfection cinétique », c’est-à-dire que la vitesse de la catalyse est limitée uniquement par la vitesse à laquelle l’enzyme rencontre le substrat dans la solution.
    L’efficacité enzymatique est également caractérisée par le nombre de turnover par seconde. Elle est d’autant plus élevée que le nombre de Turnover est grand.
    Pour un même substrat, les enzymes peuvent avoir des vitesses très différentes.
    e) Les représentations graphiques des cinétiques enzymatiques permettent de déterminer Vm et Km.
    Ces graphiques sont présentés page 13. Les inhibiteurs peuvent affecter soit Vm, soit Km.
    C. Modalités de l’interaction enzyme-substrat

    1. Mise en évidence de la spécificité de l’enzyme pour son substrat et de la formation d’un complexe ES
    On peut se baser sur les études cinétiques pour obtenir de manière indirecte l’existence d’un complexe enzyme-substrat.
    Mais on peut également utiliser un analogue de substrat, qui va se fixer dans le site actif mais ne sera pas transformé, comme le présentent les schémas de la p14 : Ce sont des molécules suffisamment proches structuralement, mais qui ne se transforment pas. On montre ensuite la diminution de la quantité d’enzyme disponible.
     Utilisation d’un analogue de substrat radioactif
    Enfin, on peut utiliser un substrat radioactif : C’est ce que l’on a fait pour étudier une enzyme, la bêta-galactosidase. Cette enzyme coupe une liaison covalente de type glycosidique (présence d’oxygène dans la liaison) entre un galactose et un ose quelconque ; et l’enzyme reconnait l’oxygène avant de couper la liaison.
    On utilise alors un analogue de substrat qui au lieu de présenter du dioxygène au niveau de sa liaison a du soufre radioactif (ce faux substrat s’appelle le bêta-thiogalactoside) : On met ce soufre d’un côté d’une cuve coupée en deux par une membrane ave de très petits pores, et l’enzyme de l’autre. Au bout d’un moment, on constate que la radioactivité à gauche est devenue supérieure à la radioactivité à droite, ce qui va contre le principe d’équilibre de diffusion qui voudrait que les concentrations deviennent égales au bout d’un temps suffisamment long.
    On peut interpréter cela en disant que certains substrats, après être passés de l’autre côté de la membrane, se sont liés aux enzymes, qui, elles, ne peuvent pas changer de côté. Les concentrations en substrat libre, elles, sont équilibrées.
     Utilisation de deux analogues de substrats dont l’un est radioactif
    On constate alors qu’au bout d’un certain temps, la radioactivité diminue à gauche et augmente à droite, ce qui traduit une dissociation des complexes ES radioactifs et la formation de ES non radioactifs. Nous pouvons donc conclure que le complexe ES est réversible.

    D’autre part, si on met une molécule autre qu’un bêta-thiogalactoside, il n’y a pas de dissociation du complexe radioactif, ce qui prouve une fois de plus la complémentarité enzyme-substrat.
    2. Une réaction enzymatique présente plusieurs niveaux de spécificité
    Voir II.A
    3. La spécificité des réactions repose sur les caractéristiques des sites actifs et sur les modalités de l’interaction enzyme-substrat.

    a) Etude à l’échelle moléculaire d’une catalyse enzymatique
     La TPI est une enzyme de la glycolyse qui permet d’isomériser la dihydroxyacétone phosphate (DHAP) en glycéraldéhyde-3-phosphate.
    La TPI coupe la dihydroxyacétone en dihydroxyde acétone phosphate et en GPI, 2 molécules à 3 carbones. Seul le G3P sera par la suite utilisé dans la glycolyse (il est lui-même le substrat d’une enzyme intervenant après dans la glycolyse).
     Le site actif de la TPI possède deux acides aminés catalytiques Glu165 et His95 et un acide aminé de fixation Lys12.
    Le bromoacétol phosphate est un marqueur d’affinité de l’enzyme. Lorsqu’il se lie à l’enzyme, il modifie le Glu165 (glutamate 165) et la catalyse est alors entièrement bloquée. On a pu, grâce à l’aspartate (qui remplaçait le glutamate), voir que l’extrémité COO- de la chaine s’éloignait du substrat dans un tel cas. Cela divise par 1000 l’efficacité de la catalyse et s’explique par le racourcissement de la chaine que ce remplacement induit.
    Un autre acide aminé, l’histidine 95 (efficacité prouvée par des expériences similaires) intervient également dans la catalyse. En plus de ces deux acides aminés, la Lysine 12 , chargée positivement, interagit avec le substrat par une interaction ionique et permet à ce dernier de se fixer au niveau du site actif (en interagissant avec le groupement phosphate du substrat).
    Ces 3 acides aminés forment ce que l’on appelle le site actif.
     Une boucle mobile se lie à l’intermédiaire énediol
    Cette boucle empêche qu’un intermédiaire réactionnel soit transformé en bloquant le site actif.
    En effet, la réaction comprend un intermédiaire réactionnel appelé l’énediol. Si cette boucle ne se refermait pas, l’énediol serait transformé en méthyl glyosal + Pi et la réaction ne pourrait plus se faire.
    Si on fait une mutagenèse sur 4 acides aminés de la boucle, i y a changement de conformation et l’efficacité de la catalyse diminue fortement. L’efficacité de la boucle est donc assurée par ces 4 acides aminés, qui servent en fait à interagir et à refermer l’enzyme après l’entrée du substrat.
     La TPI atteint la perfection catalytique, car la vitesse de la réaction catalysée est seulement limitée par la diffusion.
    Au stade initial, la TPI se lie à la dihydroxyacétone phosphate, qui a une histidine à un de ses côtés et un COO- de l’autre. Le glutamate ca accepter un proton provenant du C1 tandis que l’histidine donnera un proton au niveau du carbone 2. On obtient alors un intermédiaire, l’énediol. (Voir p 15).
    Puis, au terme d’une réaction de coupure expliquée p5, le cétose est devenu un aldose : Le G3P, avec un transfert d’hydrogène du carbone 1 au carbone 2 faisant intervenir le glutamate et l’histidine.

    b) Propriétés des sites actifs
    Le site actif est une région fonctionnelle de l’enzyme qui va fixer le(s) substrat(s) et permettre leur transformation en un ou plusieurs produits. Les sites actifs présentent plusieurs caractéristiques :
     Les sites actifs forment une fente/cavité constituée de différents acides éloignés dans la structure primaire de la protéine
    Dans le cas de la TPI, qui possède environ 250 acides aminés, les acides aminés du site actif sont initialement distants (positions 12,95 et 165) ; mais le repliement particulier de la protéine rapproche ces acides aminés et permet donc la catalyse enzymatique.
    Dans le cas de la ribonucléase, les deux acides aminés catalytiques sont les Histidines 12 et 119 (plus une lysine de fixation) donc sont également éloignées dans la structure primaire, mais forment finalement une poche dans la structure finale (ou une gouttière hydrophobe). Les poches sont bordées de brins bêta (voir p 16), tout comme chez la TPI.
    (Note : Le caractère hydrophile ou hydrophobe du site actif est en relation avec le type d’enzyme : Par exemple, les hydrolases ne sauraient avoir un site actif entièrement hydrophobe en raison de la nature hydrophile de leur substrat).
    Parfois, l’enzyme est constituée de plusieurs sous-unités qui comportent chacune un site actif. Il y a alors coopération entre les sous-unités ; et on ne parle plus d’enzyme michaélienne mais allostérique (voir partie III).
     Les sites actifs impliquent un nombre limité de résidus d’acides aminés : Certains fixent le substrat et d’autres effectuent la catalyse (p17)
    Nécessité d’ions : Par exemple, l’anhydrase carbonique contient un ion Zinc (Zn2+). Cet ion est fondamental car il permet la fixation de l’eau puis la réaction de l’eau avec le CO2, puis la formation de HCO3-. D’autre part, les endonucléases (enzymes qui découpent l’ADN en reconnaissant puis coupant une séquence en particulier), et notamment l’endonucléase EcoRV, ont besoin de magnésium Mg2+ pour réaliser leur catalyse.
    Etablissement de liaisons faibles : C’est une interaction ionique qui relie le substrat (possédant un groupement phosphate chargé négativement) à l’acide aminé de fixation (chargé positivement) dans la TPI. Néanmoins, certaines enzymes se fixent de manière covalente à leur substrat. C’est par exemple le cas de la chymotrypsine. Cette enzyme possède en effet un groupement OH lié à une sérine (Ser195). Le substrat va se fixer à la sérine et il va y avoir établissement d’une liaison covalente (=forte) entre l’enzyme et le substrat (voir p18).
     Les sites actifs s’ajustent à leur substrat : Modèle d’ajustement induit de Kochland
    Ce modèle s’oppose au modèle de Fisher (1890), qui induit une complémentarité de forme entre le substrat et son enzyme (« modèle rigide », « clé-serrure »). Il a été établi en 1958 par Kochland.
    Il suppose qu’il n’y a pas de complémentarité parfaite entre l’enzyme et le substrat (le site actif n’a pas la forme du substrat). Au contraire, c’est l’enzyme qui, en reconnaissant le substrat, change de forme pour s’adapter à lui et permet la catalyse.
    L’hexokinase, elle, permet la catalyse en transformant le glucose + ATP en glucose-6-phosphate + ADP. Elle obéit à l’ajustement induit : L’enzyme possède deux conformations : Une ouverte (avec deux domaines décollés) lorsqu’elle ne catalyse pas, puis une conformation fermée qui se referme sur le substrat tout en excluant l’eau du site actif. Cela va permettre le transfert du groupement phosphate de l’ATP vers le glucose (ce qui serait compromis par une réaction de l’ATP avec l’eau)
    Chez la TPI, l’ajustement induit permet de maintenir l’intermédiaire énédiol en place (boucle).
    III. Inhibitions et contrôles de l’activité enzymatique.

    A. Les études cinétiques permettent de mettre en évidence différents types d’inhibitions

    1. L’inhibition irréversible
    Un inhibiteur irréversible se fixe sur l’enzyme de manière permanente et bloque entièrement son activité (il est lié très fortement à l’enzyme). Il peut par exemple se fixer par une liaison covalente ou par un grand nombre de liaisons faibles.
    La pénicilline constitue un bon exemple d’inhibiteur irréversible. Elle se fixe de manière covalente à un résidu sérine du site actif de la transpeptidase, qui normalement participe à l’élaboration de la paroi des bactéries. Le 3-bromoacétol-phosphate est un inhibiteur irréversible de la TPI. Il se fixe au Glu165 par liaison covalente et modifie ce résidu indispensable à l’activité de l’enzyme.
    2. L’inhibition réversible

    a) L’inhibition compétitive
    Considérons une enzyme michaélienne (p19) et l’évolution de sa vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat. Dans le cas d’un inhibiteur compétitif, le Km augmente. (K’m>Km). Cela signifie que l’efficacité de l’enzyme diminue. Vmax, en revanche, est inchangée.
    (Note : En vérité, c’est dur à établir car on trouve rarement Vmax. C’est pourquoi il convient davantage d’effectuer la linéarisation de Lineweaver-Burk pour observer l’augmentation du Km, malgré que l’intersection avec l’axe des ordonnées soit toujours au même endroit).
    Etudions à présent la succinate déshydrogénase de la matrice mitochondriale : Elle transforme le succinate en fumarate avec production de FADH2. Si on fournit expérimentalement du malonate à cette enzyme ; le malonate étant une molécule présentant beaucoup de similitudes avec le succinate mais à laquelle il manque un des deux groupements CH2, il n’y a aucune réaction, ce qui montre qu’il ne s’agit pas d’un substrat ; mais en revanche la molécule est suffisamment proche du substrat pour se lier à l’enzyme. Cela en fait un inhibiteur compétitif : L’inhibiteur compétitif rentre en compétition avec le substrat en se fixant à l’enzyme à sa place, et n’est pas transformé par cette dernière.
    Le modèle de l’inhibition compétitif est E+I -> (<-) EI (en tant que concurrente de la réaction catalytique normale, sans inhibiteur).
    b) L’inhibition non compétitive
    Repartons des courbes. Cette fois, contrairement à l’inhibiteur compétitif, le Km reste inchangé et la Vmax diminue. (V’m<Vm, K’m=Km). Cela peut également s’observer avec la linéarisation (l’intersection avec l’ordonnée présente une ordonnée plus élevée).
    L’inhibiteur non compétitif peut, tout comme le compétitif, se fixer sur l’enzyme seule, mais également sur le complexe enzyme substrat. Cela explique la courbe de vitesse : S’il y a beaucoup plus de substrat que d’enzyme, l’inhibiteur non compétitif perd de son effet ; mais la présence de ESI diminue la vitesse. (ESI doit d’abord se transformer en ES pour pouvoir aboutir à nouveau à un produit).
    Note : Le mercure est un inhibiteur non compétitif qui peut se fixer à un grand nombre d’enzymes. Il existe d’autre part des inhibiteurs non compétitifs de la transcriptase inverse, comme la délavidine ou la névivapine, qui sont utilisés dans la lutte contre le VIH (trithérapie).
    c) L’inhibition par excès de substrat ou de produit (p20)
    Etudions le cas de l’acétylcholinestérase, qui dégrade l’acétylcholine. Cette enzyme possède un site anionique de positionnement, qui fixe l’acétylcholine, et un site estérasique qui permet la coupure.
    La courbe de cette enzyme présente une forme particulière que l’on peut observer p20 : Au-delà d’une certaine quantité de substrat, la vitesse diminue à nouveau.
    Cela s’explique par le fait que lorsque l’acétylcholine est en trop grande quantité, elle se positionne différemment (deux acétylcholines se fixent de manière impossible à catalyser).
    Il y a donc une concentration optimale en substrat puis, suite à un excès de substrat, une diminution de la catalyse.
    De même, l’hexokinase est inhibée par le glucose-6-phosphate, produit de la réaction.
    B. Le contrôle de l’activité enzymatique par phosphorylation/déphosphorylation (modification covalente)

    1. Principe du contrôle par phosphorylation/déphosphorylation
    Cette voie de contrôle est très représentée dans le métabolisme. De nombreuses enzymes sont contrôlées par modifications covalentes, sous la forme de phosphorylations et déphosphorylations. La phosphorylation se fait via l’ATP, par le transfert d’un groupement phosphate (il y en a au total 3 dans l’ATP) – plus précisément le phosphate gamma – vers l’enzyme à contrôler. Les enzymes qui phosphorylent à partir de l’ATP s’appellent les kinases.
    Une fois que le groupement phosphate est lié à l’enzyme, il apporte des charges négatives et peut donc modifier la conformation de la protéine, et donc ses propriétés catalytiques : Soit la nature de la catalyse est totalement modifiée (par exemple catalyse de la réaction de l’inverse), soit cela inhibe ou inactive l’activité de l’enzyme.
    Ce type de contrôle présente l’avantage d’être très rapide (la kinase et la phosphatase agissent très vite), et peut donc s’adapter très rapidement aux besoins de la cellule. On notera que la kinase est elle-même contrôlée, et que ses outils de contrôle sont eux-mêmes contrôlés, ce qui permet un contrôle très précis et pouvant s’amplifier largement : On peut augmenter ou diminuer tout le métabolisme de la cellule de manière efficace grâce aux kinases.
    2. Exemple du contrôle de la PFK2
    Ce contrôle est présenté p 21. La phosphofructokinase agit, comme son nom l’indique, sur du fructose déjà phosphorylé, le fructose-6-phosphate, pour en faire du fructose-2,6-biphosphate, qui stimule la PFK1, une enzyme-clé de la stimulation de la glycolyse.
    La PFK2 peut effectuer la phosphorylation comme la déphosphorylation (elle est bifonctionnelle).
    Elle possède un acide aminé, la Sérine 32 (non indiquée sur le schéma), qui peut être phosphorylée. Elle va en fait être phosphorylée par une kinase, la protéine kinase A, à l’aide d’ATP. Le groupement phosphate est fixé sur Ser32. Lorsque l’enzyme n’est pas phosphorylée, le domaine phosphatase n’est pas fonctionnel et l’enzyme a une activité kinase (phosphoryle le fructose-6P), et lorsqu’elle est phosphorylée c’est le domaine phosphatase qui devient actif et l’enzyme catalyse désormais une réaction presque inverse (fructose-2,6-P donne fructose-6P en utilisant de l’eau et en produisant du phosphate inorganique ; contre F6P->F2,6P en utilisant de l’ATP et en produisant de l’ADP).
    La déphosphorylation de la protéine est assurée par la phosphoprotéine phosphatase.
    La PFK1 a par la suite une action dans le contrôle de la glycoyse, en rendant le glucose davantage disponible (voir p 21). Elle permet de laisser davantage de glucose pour les muscles et le cerveau.
    3. Importance du contrôle par phosphorylation/déphosphorylation dans le métabolisme énergétique

    a. Modification du type de réaction catalysée par l’enzyme : PFK2/FBPase2 et effet sur glycolyse.
    Voir paragraphe précédent.
    b. Diminution de l’activité catalytique d’une enzyme : Pyruvate kinase L dans la glycolyse.
    La pyruvate kinase effectue la transformation du phosphoénolpyruvate (PEP) + ADP en pyruvate + ATP (il s’agit de la toute dernière réaction de la glycolyse). Cette enzyme possède en fait plusieurs isoformes : La forme L (liver, prédominante dans le foie) et la forme M (prédominante dans le foie et dans le cerveau). L’activité de la forme M n’est pas contrôlée par des actions covalentes.
    La phosphorylation de cette enzyme, présentée p 21, diminue son activité : On a pu montrer que la catalyse était moins active quand l’enzyme est phosphorylée, mais elle n’est pas totalement bloquée.
    c. Inactivation d’une enzyme : Pyruvate déshydrogénase de la matrice mitochondriale.
    La pyruvate déshydrogénase est une enzyme qui, à partir du pyruvate, va permettre la synthèse d’Acétyl-CoA dans la matrice mitochondriale. Si elle est phosphorylée, elle devient inactive (pas de transformation du pyruvate vers l’Acétyl-CoA).
    C. Le contrôle de l’activité enzymatique par intervention de protéines allostériques

    1. L’ATCase (aspartate transcarbamylase) catalyse la première étape de biosynthèse des pyrimidines (bases constituantes des acides nucléiques) : Carbamyl-Phosphate + aspartate -> N-carbamylasparate + Pi.
    Cette réaction est présentée p 23. Il y a fixation de l’aspartate sur le carmbamyl avec libération de Pi. Il y a par la suite synthèse de CTP (Cytidine triphosphate), qui exerce un rétrocontrôle négatif sur l’ATCase.
    Lorsque l’on trace la courbe de l’ATCase, on obtient une forme inhabituelle : Une courbe sigmoïde.
    2. L’allure sigmoïde de la vourbe Vi=f([S]) résulte d’effets coopératifs (effets homotrophes positifs)
    a) La courbe est présentée p 23 (la courbe du milieu correspond à la réaction sans inhibiteurs ou stimulants). On constate que quand la concentration en substrat est forte, la vitesse est maximale – ce qui ne change pas par rapport aux enzymes michaéliennes – mais surtout que l’augmentation dans la vitesse dans de faibles concentrations de substrats est très faible : La courbe est sigmoïde et montre que l’enzyme elle-même devient d’autant plus active que la concentration en substrat est élevée. Elle évoque donc la notion de coopération entre sous-unités et donc de modifications allostériques (pour plus d’informations sur l’allostérie, voir cours protéines – l’hémoglobine) de la protéine quand la concentration de substrat augmente. Etudions donc si elle présente différentes sous-unités.
    D’autre part, si on ajoute un composé chimique qui présente du mercure (le p-Hyrdoxymercuribenzoate), on constate que l’enzyme présente une cinétique hyperbolique : Il y a donc perte de l’allostérie et des effets de coopération. Le mercure a en fait pour effet de dissocier les différents protomères constitutifs de l’enzyme, d’où la perte de la coopération. Cela confirme donc l’origine de la courbe catalytique.
    Si on isole les différentes sous-unités et qu’on teste chaque sous-unité isolément, les courbes sont proches de celles des enzymes michaéliennes.
    b) Deux trimères catalytiques et 3 dimères régulateurs
    On dissocie puis identifie les sous-unités à l’aide de l’ultracentrifugation. On sépare les grosses unités des petites (La taille s’exprime en unités Svedberg = unités de sédimentation, attention il ne s’agit pas réellement de taille mais de vitesse de sédimentation, qui prend aussi en compte l’encombrement). L’enzyme native, de 11,6 S, a des sous-unités de 2,8 S ) (petite sous-unité) et 5,8 S. (grosse sous-unité).
    On a pu voir que l’Etat T était constitué de 2 trimères de 3 petites sous-unités, reliés par 3 dimères. (Il y a donc un total de 12 sous-unités), 6 catalytiques et 6 régulatrices. Chaque unité du trimère pèse 34 kDa (1kDa = Masse d’1 atome d’H). On noera que la masse permet de déterminer le nombre d’acides aminés.
    Les sous-unités régulatrices sont fixées aux trimères catalytiques et les maintiennent dans une certaine forme. La catalyse s’effectue au niveau des trimères catalytiques.
    Si on prend une molécule qui s’appelle le PALA et se fixe à la place du substrat, on peut regarder où se fixe le PALA. Il se fixe entre deux sous-unités d’un trimère catalytique. C’est un puissant inhibiteur compétitif de l’aspartate transcarbamylase. Il n’est pas catalysé comme le substrat.
    Le PALA Permet de mettre en évidence un écartement des deux trimères catalytiques lors de sa fixation : Lorsqu’on le place avec l’enzyme, il y a écartement de 1,2 nm et rotation d’environ 10 degrés des trimères catalytiques. Une fois modifiée, la protéine est sous sa forme R. Ces changements favorisent la fixation des autres substrats sur les sous-unités pas encore transformées.
    La courbe sigmoïde est la résultante de deux courbes hyperboliques : Celle de l’état R et celle de l’état T. Elle suit celle de l’état T au début, puis celle de l’état R.
    3. Des régulateurs allostériques modulent l’équilibre T-R de l’ATCase : Effets hétérotropes
    Le produit de la réaction, à terme, participe à la formation du CTP. Si on fait varier la concentration du CTP dans le milieu, on observe que la présence de CTP inhibe l’action de l’ATCase.
    D’autre part, on observe que la courbe se décale vers la droite. On pourrait donc penser, par analogie avec les courbes des enzymes michaéliennes, que ce que l’on pourrait appeler le « Km d’analogie » (moitié de la vitesse maximale atteinte) augmente.
    L’effet inverse se produit lorsque l’on ajoute de l’ATP.
     Influence sur les formes T et R
    Le CTP se fixe en fait sur les dimères régulateurs. Il stabilise ainsi la forme T et limiter le passage vers la forme R, d’où une limite de la catalyse enzymatique puisque la forme R est la plus active.
    4. Les enzymes allostériques sont des points de contrôle des voies métaboliques.
    Contrôle de la voie de synthèse des pyrimidines : Rétrocontrôle négatif de la synthèse de CTP.
    On peut généraliser cela à d’autres enzymes. Par exemple, la PFK1, qui effectue la catalyse complète du fructose 6-phosphate vers le glucose 1,6 P (à l’aide d’ATP). La PFK1 comprend des sites allostériques sur lesquels l’ATP peut se fixer lorsqu’il est en trop grande quantité, et ainsi diminuer la catalyse (alors qu’il se fixe sur les sites catalytiques et permet la réaction quand il est en petite quantité), d’où une courbe sigmoïde … Et un caractère allostérique de la PFK1, qui joue un rôle-clé dans la glycolyse.
    De manière générale, les enzymes allostériques contrôlent ainsi des voies métaboliques.
    D. Le contrôle des réactions enzymatiques par les paramètres physico-chimiques du milieu : Température et pH (cf avant, lulz)

    E. Le contrôle de la synthèse des enzymes et le contrôle par clivage protéolytique spécifique.
    Etudions la bêta-galactosidase de E.Coli. L’opéron lactose transforme le lactose en galactose + glucose : La bêta-galactosidase a pour fonction de couper le galactose.
    E.Coli va synthétiser plus ou moins de bêta-galactosidase par contrôle sur l’expression des gènes (cf cours génétique).
    D’autre part, les enzymes sont parfois inactives, et leur activation passe par leur clivage protéolytique. C’est par exemple le cas du chymotrypsinogène synthétisé par les cellules du pancréas (cf cours sur la cellule acineuse pancréatique). Cette protéine, qui possède 245 acides aminés, est inactive lors de sa synthèse, puis est activée dans le duodénum par la trypsine, une endopeptidase qui coupe le chymotrypsinogène entre le 15e et le 16e acide aminé, puis excise les acides aminés 147 et 148. On obtient alors 3 chaines, qui vont être reliées entre elles par deux liaisons disulfures interchaines (entre A et B, et B et C), pour former finalement une protéine fonctionnelle.

    CONCLUSION : Les enzymes sont des acteurs du métabolisme, en très grande majorité des protéines, qui effectuent leur action par l’intermédiaire d’un site actif, constituées d’une ou plusieurs sous-unités, de types variables (michaéliennes ou allostériques), et pouvant être contrôlées notamment par modifications covalentes (phosphorylations, déphosphorylations), et par des propriétés allostériques. Etant donné que l’on a pu voir qu’il y avait une enzyme, appelée hexokinase, qui effectuait la phosphorylation de glucose en G6P, on pourrait à présent s’intéresser à la voie métabolique dans laquelle elle intervient, c’est-à-dire la glycolyse, son contrôle et son importance biologique chez les êtres vivants.

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    Re: Juste parce que le 1er sujet sur la bio, ce sera le mien.

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