Enzymologie prise de note

ENZYMOLOGIE

1. INTRODUCTION.

1. Généralités.

Qu’est qu’une enzyme ?

Pratiquement toutes les enzymes connues à ce jour sont des protéines. Ce sont des protéines hautement spécialisées qui présentent une activité catalytique, c’est-à-dire la possibilité d’augmenter la probabilité qu’une réaction chimique se fasse, on dit encore d’augmenter le rendement de la réaction ou bien d’augmenter la vitesse de la réaction.

Les enzymes vont donc interagir avec leur substrat et favoriser la transformation du substrat en produit (Figure 1):

[pic 1][pic 2]

Figure 1 : Fonctionnement des enzymes.

Comme montré dans la Figure 1, la réaction enzymatique peut se résumer en 2 étapes. Dans la première étape, l’enzyme reconnait et lie le substrat. Dans la seconde étape, l’enzyme transforme le substrat en produit.

Les caractéristiques des enzymes sont :

-un pouvoir catalytique très élevé (plus élevé que celui des catalyseurs chimiques)

-un degré de spécificité élevé pour leur substrat et pour la réaction catalysée, elles reconnaissent leur substrat et le transforment en produit sans formation de substance parasite.

-les enzymes sont des protéines, elles fonctionnent donc la plupart du temps en solution aqueuse, dans des conditions précises de molarité, de pH et de température.

A quoi servent les enzymes ?

In vivo, les enzymes interviennent aux cours du métabolisme cellulaire. En effet, ce sont les systèmes enzymatiques qui coordonnent les différentes réactions chimiques nécessaires au maintien de la vie. Ainsi, les enzymes interviennent en séquences organisées pour catalyser les

réactions de dégradation des nutriments, de transformation ou de conservation de l’énergie chimique, de synthèse ou de dégradation des molécules cellulaires.

1. Nature des enzymes.

-Pratiquement toutes les enzymes connues à ce jour sont des protéines, c’est à dire que ce sont des molécules relativement grosses, donc la taille varie de quelques centaines d’acides aminés à plus d’un million d’acides aminés, qui peuvent agir sur des macromolécules (lipides, glucides, ARN, ADN, protéines) ou sur des molécules très petites (urée, acides aminés, hexose etc.).

-l’activité des enzymes (leur capacité à catalyser une réaction chimique), dépend de leur intégrité en tant que protéine. Si on détruit les liaisons peptidiques des enzymes en les traitant à pH très acide à 100°C pendant plusieurs heures ou bien avec des protéases, elles ne sont plus actives. De même, si on dénature les enzymes par des traitements à des pH extrêmes, la chaleur, des détergents ou bien des agents réducteurs, on perd aussi souvent leur l’activité en perturbant leur structures secondaires, tertiaires ou quaternaires (pour des enzymes polymériques).

Certaines enzymes sont formées uniquement d’une ou plusieurs chaînes polypeptidiques, d’autres ont besoin d’un composé chimique supplémentaire pour fonctionner. Ces composés s’appellent des cofacteurs :

• Ces cofacteurs peuvent être de nature inorganique, ce sont des ions métalliques Fe2+, Fe3+, Ca+, Zn2+, Mg2+ etc.
• Ces cofacteurs peuvent aussi être de nature organique, ils sont alors appelés co-enzymes. Les co-enzymes sont souvent des dérivés de nucléotides, très souvent des vitamines. Ces co- enzymes peuvent être associés aux enzymes de manière permanente et parfois leur être lié de façon covalente, dans ce cas, le co-enzyme est alors appelé un groupement prosthétique. Les co-enzymes peuvent aussi se lier aux enzymes uniquement au moment de la catalyse. Les co- enzymes participent essentiellement à des réactions d’oxydo-réduction et de transfert de groupement. Ils sont ubiquitaires, c’est-à-dire qu’un même co-enzyme peut se retrouver associé à des enzymes différentes. Nous avons listé ci-dessous certains co-enzymes souvent trouvés associés aux enzymes :

1. Les co-enzymes impliqués dans l’oxydo-réduction

• Les co-enzymes nicotiniques sont dérivés de la vitamine B3. Ces co-enzymes se lient de façon non covalente aux enzymes au moment de la catalyse :

Nicotinamide adénine dinucléotide = NAD, dont la forme oxydée (ayant cédé un électron) est NAD+ et la forme réduite (ayant fixé un électron par rapport à la forme oxydée) est NADH.

Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate = NADP dont la forme oxydée est NADP et la forme réduite NADPH.

• Les co-enzymes flaviniques sont dérivés de la vitamine B2. Ils se lient de manière covalente et permanente aux enzymes. On trouve la flavine adénine dinucléotide (FAD) dont la forme oxydée est le FAD et la forme réduite est le FADH2.
• Les co-enzymes ferroporphyriques sont liés de façon covalente à des enzymes appelées cytochromes. Ils existent aussi sous forme oxydée et réduite et ne sont pas des dérivés de vitamines.

1. Les co-enzymes impliqués dans le transfert de groupement.

Le co-enzyme A est dérivé de la vitamine D et il transfère les groupements acyl. Il s’associe aux enzymes uniquement durant la catalyse.

A noter que de nombreux autres groupements peuvent aussi être transférés par des enzymes par exemple, des groupements méthyl, carboxyle, amine, phosphoryl, sulfuryl, etc.

1. Classification des enzymes

De nombreuses enzymes ont été dénommées en ajoutant le suffixe –ase au nom de leur substrat. Ainsi, par exemple, l’uréase, l’arginase, les protéases, les lipases catalysent l’hydrolyse de l’urée, de l’arginine, des protéines, des lipides, respectivement. D’autres ont reçu des noms qui n’ont rien à voir avec leur substrat : pepsine, trypsine, etc. Il arrive même qu’une enzyme soit connue sous 2 noms différents. En raison de ces ambiguïtés, une base systématique de nomenclature et de classification des enzymes a été adoptée, basée sur les réactions chimiques catalysées par ces enzymes. Cette classification est dite nomenclature EC (Enzyme Commission number) et le nom d’une enzyme est EC suivi de quatre chiffres. Sans entrer dans les détails de la nomenclature, ce système classe les enzymes en 6 catégories de 1 à 6. Ce premier chiffre correspond au type de réaction catalysée. Chaque catégorie comporte des sous- catégories fondées sur la manière dont se produit la catalyse et qui constituent les 3 autres chiffres.

...