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Présenté par : Zidour Nabil Mehdi
Encadré par : Pr. Harizi

 Structure et fonction
 des enzymes
 Propriétés générales des enzymes


                                Université Djilali Liabes
                                Faculté de médecine
                                Département de pharmacie
                                Laboratoire de biochimie 2011/2012
Propriétés générales des enzymes
Introduction
1-Structure des enzymesClassification des
enzymes.
2-Spécificité enzymatiqueLiaisons substrats-
enzymes
3-Nomenclature des enzymes
4-Classification des enzymes
5-Catalyse enzymatique
6-Les Isoenzymes - Exemples d’isoenzymes
Introduction
Le mot "enzyme" a été inventé en 1876 par le
professeur Willy Kühne de l'université de
Heidelberg .
Le mot vient du grec "en zume", et signifie, de
façon assez appropriée, "dans la levure".
• Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN
  dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser
  l'énergie d'activation d'une réaction et
  d'accélérer jusqu'à des millions de fois les
  réactions chimiques du métabolisme se
  déroulant dans le milieu cellulaire ou
  extracellulaire sans modifier l'équilibre formé (à
  titre d'exemple, une réaction qui met une
  seconde en présence d'une enzyme mettrait 12
  jours en son absence).
• Les enzymes agissent à faible concentration et
  elles se retrouvent intactes en fin de réaction : ce
  sont des catalyseurs biologiques (ou
  biocatalyseurs).
• La première enzyme fut découverte par Anselme
  Payen et Jean-François Persoz en 1833. Après
  avoir traité un extrait aqueux de malt à l'éthanol,
  ils ont précipité une substance sensible à la
  chaleur. Cette substance était capable
  d'hydrolyser l'amidon : ils l'ont nommée diastase
  (étym. : diastasis = séparation) car elle séparait
  le sucre soluble de l'amidon. On l'appelle aussi α
  -amylase (alpha-amylase)
1-Structure des enzymes
Structure primaire
Acides aminé reliés par des liaisons covalentes ,
chaines lineaires
Structure secondaire
1ere organisation dans l’espace
Nature des forces qui contribuent à l’organisation
spatiale des molécules :
  ▫   liaisons hydrogènes ; établies entre l’O du C et le
      H de l’N
  ▫   En feuillets plissés H intermoléculaire
  ▫   En hélice plissées  H intramoléculaire
  ▫   Formation d’une pelote statique = Random Coil
Hélice alpha
Feuillet beta
Structure tertiaire
Repliement de la structure secondaire pour donner
des organisations spatiales bien déterminées
Le repliement de la chaine se fait de manière à ne
laisser ni espace vide ni molélcule d’eau a l’interieur
des protéines  les chaines apolaires à l’interieur de
l’édifice et les chaines ionisées a l’éxterieur
Liaisons impliquées : (liaisons faibles )
  ▫   Liaisons Hydrophobes
  ▫   Liaisons ioniques
  ▫   Liaisons hydrogene
  ▫   Liaisons de Van Der Waals
Structure tertiaire
Structure tertiaire
• Toute protéine est définie par rapport aux
  interactions qu’elle a avec d’autres molécules qui
  peuvent être protéique ou non (ligand)
• L’interaction avec ce ligand fait intervenir des
  liaisons faibles
• Cette zone d’interaction est appelée site de
  fixation et pour une enzyme elle est appelée
  « site actif »
Structure quaternaire
Assemblage symétrique de plusieurs chaines
polypeptidiques

 Structure quaternaire de
 la GDH
2-Spécificité enzymatique
Spécificité enzymatique
02 niveaux :
 • 1er niveau  type de réaction catalysée
 • 2eme niveau  au niveau du substrat de la
   réaction
1) Type de réaction catalysée
Lorsqu’un substrat est susceptible de subir
différentes transformations catalytiques , l’enzyme
ne catalyse qu’un seul type de réaction
Le type de réaction catalysée n’est pas absolu , elle
peut être + ou – large
Exemple : une estérase peut hydrolyser
  ▫ Un ester en présence d’eau
  ▫ Un ester + un alcool
  ▫ Un ester + une amine
2) Spécificité au niveau du substrat
• Large
• Peut être absolue : une enzyme n’hydrolyse qu’un
  seul substrat (uréase  urée )
• Une enzyme est dite spécifique lorsqu’elle agit sur
  un groupe de substrats possédants des
  caractéristiques particulières :
  ▫ Hexokinase phosphorylation d’hexose
  ▫ Peptidase  hydrolyse toutes les liaisons peptidiques
  Ces peptidases peuvent se distinguer en sous groupes ,
  mettant en valeur une caractéristique particulière de la
  liaison peptidique ( aminopeptidase , carboxypeptidase
  )
3) Stéréospécificité
• Spécificité optique : s’exerce sur les
  énantiomorphes (série D ou L )
• L’organisme possède des enzymes relatifs à un
  énantiomorphe particulier
 ▫ D  glucides
 ▫ L  acides aminés
4) Spécificité d’organe
• Tout les organes n’ont pas le même équipement
  enzymatique
• Certaines enzymes ne sont présentes
  spécifiquement que dans des organes
  particuliers ; GLDH  foie
• Certaines enzymes sont prédominantes dans
  certains organes particuliers ; TGP ( foie et
  muscle )
• Mais ces enzymes diffèrent par quelques AA ce
  qui permet de les différencier en Isoenzymes
• Sur ces deux critère :
  ▫ Spécificité de réaction
  ▫ Spécificité de substrat
• Est basée :
  ▫ La classification internationale des enzymes
  ▫ L’appellation classique des enzymes
3-Nomenclature des
enzymes
Nomenclature Fonctionnelle
Nomenclature des enzymes officielle
Nomenclature Fonctionnelle
Elle est très utilisée. Elle prend en compte le nom
du substrat de l’enzyme et le type de réaction
catalysée. Pour désigner une enzyme on indique :
 • d'abord le nom du substrat
 • puis le type de réaction catalysée
 • on ajoute enfin le suffixe ase.
Par exemple :
- glucose-6-phosphate isomérase
- Isocitrate lyase
- pyruvate carboxylase
Lorsque l'enzyme utilise 2 substrats on les désigne
tous les deux en indiquant
 • le substrat donneur de radicaux
 • puis le substrat accepteur du radical libéré
 • le radical échangé
 • le type de réaction
 • on ajoute enfin ase
Par exemple
- ATP-glucose phosphotransférase
- UDPglucose-fructose glucosyltransférase
- Glutamate pyruvate aminotransférase
Nomenclature des enzymes officielle
La nomenclature officielle des enzymes, a été
établie par la Commission des Enzymes (EC) , un
organisme tributaire de l'union Internationale de
Biochimie et de Biochimie Moléculaire (IUBMB).
Cette nomenclature officielle nous permet d'avoir
une référence unique à l'échelle mondiale pour la
désignation des enzymes.
• Le code qui permet de désigner une enzyme de
   façon systématique a la forme :
EC (chiffre de 1 à 6).(Chiffre). (Chiffre).
(Chiffre)
 • "EC" désigne la commission des enzymes.
 • Le premier chiffre classe l'enzyme dans l'une des
   six classes d'enzymes:
1: Les oxydoréductases, qui catalysent des
transferts d'électrons
2: Les transférases, qui catalysent les transferts de
groupements
3: Les hydrolases, qui catalysent des réactions
d'hydrolyse
4: Les lyases, qui catalysent l'addition de groupes à
des liens doubles ou l'inverse
5: Les isomérases, qui catalysent le transfert de
groupes dans une même molécule pour produire
des formes isomères (la conversion d'un acide
aminé L en acide aminé D' par exemple)
6: Les ligases, qui forment des liens C-C, C-S, C-O
et C-N lors de réactions de condensation couplées
à l'utilisation d'ATP .
1: Les oxydoréductases
2: Les transférases
3: Les hydrolases
4: Les lyases
5: Les isomérases
6: Les ligases
Les autres chiffres ?
Ils désignent des sous-classes pour chaque enzyme
; Par exemple, l'enzyme tripeptide
aminopeptidase a le code EC 3.4.11.4 qui est
construit comme suit : 3 signifie une hydrolase
(enzymes qui utilisent l'eau pour détruire une
autre molécule), 3.4 signifie hydrolases agissant
sur des liens peptidiques, 3.4.11 implique celles
qui détachent un acide aminé amino-terminal d'un
polypeptide et 3.4.11.4 implique celles qui
détachent cet acide aminé aminoterminal d'un
tripeptide.
Cette classification officielle précise et complète la
nomenclature fonctionnelle. Dans un rapport ou
une publication le nom fonctionnel continue à être
utilisé mais ce dernier est toujours suivi entre
parenthèses par son numéro dans la nomenclature
officielle.
4-Classification des
enzymes
Les differents types d'enzymes
4.1 - les enzymes d'oxydoreduction et de fixation   4.3.3 hydrolases des lipides
d'oxygene
                                                    4.3.4 - hydrolases des peptides et des proteines
4.1.1 – deshydrogenation des fonctions alcool,
carbonyles ou                                       4.3.5 - hydrolases des nucleosides, nucleotides et
                                                    acides nucleiques
Carboxyles
                                                    4.3.6 - hydrolases des esters ou anhydrides
4.1.2 - deshydrogenases faisant apparaitre des      phosphoriques
doubles liaisons
                                                    4.4 - les lyases ou synthases
4.1.3 - deshydrogenases agissant sur les
fonctions azotees                                   4.4.1 - decarboxylases
4.1.4 - enzymes participant au transfert            4.4.2 - aldehydes-lyases
d'electrons dans la mitochondrie                    4.4.3 - acyl-lyases ou acylsynthase
4.1.5 - oxygenases                                  4.4.4 - hydratases et deshydratases
4.2 - les transferases                              4.5 - les isomerases
4.2.1 - enzymes transferant un groupe methyle       4.5.1 - epimerisation
4.2.2 - enzymes transferant des radicaux a          4.5.2 - oxydoreduction intramoleculaire
plusieurs carbones                                  4.5.3 - transport de radicaux
4.2.3 - enzymes transferant des molecules           4.6 - ligases (synthetases)
glucidiques                                         4.6.1 - ligases formant les liaisons c-o
4.2.4 - aminotransferases                           4.6.2 - ligase formant des liaisons c-c
4.2.5 - phosphotransferases                         4.6.3 - ligases des liaisons c-s
4.3 - les hydrolases                                4.6.4 - ligases des liaisons c-n
4.3.1 - hydrolases des glucides
4.3.2 - hydrolases des esters phosphoriques
d'oses
4.1 - Les enzymes d'oxydoreduction et
de fixation d'oxygene
Les réactions, qui échangent des électrons ou des
hydrogènes, sont les plus fréquentes en biochimie,
celles de fixation d’oxygène sont rares. Les
enzymes qui catalysent ces réactions sont appelées
des déshydrogénases. Lorsque les enzymes fixent
préférentiellement des électrons ou des
hydrogènes sur des substrats elles sont appelées
des déshydrogénases ou des réductases ,
les principales enzymes d'Oxydoréduction sont :
4.1.1 – deshydrogenation des fonctions
alcool, carbonyles
ou carboxyles
Dans les réactions de dégradation le coenzyme ou
cofacteur des déshydrogénases est le NAD+ chargé
de récupérer les électrons. Dans les réactions de
biosynthèses les réactions de réductions sont les
plus fréquentes. Les électrons sont alors apportés
par le coenzyme NADPH,H+ . La séquence est la
suivante :
R-CH2-OH ↔ R-CHO ↔ R-COOH
Quelques exemples :
 • alcool déshydrogénase (EC 1.1.1.1)
CH3-CH2OH + NAD+ ↔ CH3-CHO + NADH,H+
 • Malate déshydrogénase (EC .1.1.37)
-OOC-CH2-CHOH-COO- + NAD+ ↔ -OOC-CH2-
CO-COO- + NADH,H+
4.1.2 - Déshydrogénases faisant
apparaitre des doubles liaisons
Le cofacteur accepteur des hydrogènes est le FAD.
Il est lié à l'enzyme par une liaison covalente. On
ne citera que :
Succinate déshydrogénase (EC 1.3.99.1)
-OOC- CH2-CH2-COO- + FAD ↔ -OOC-CH=CH-
COO- + FADH2
4.1.3 - Déshydrogénases agissant sur
les fonctions azotées
Elles utilisent comme cofacteur NAD+ ou NADP+.
Nous citerons essentiellement la L glutamate
déshydrogénase (EC 1.4.1.3) qui joue un rôle
important dans le métabolisme des acides aminés .
Glutamate + NAD+ + H2O  a-cétoglutarate +
NH3 + NADH,H+
4.1.4 - Enzymes participant au
transfert d‘électrons dans la
mitochondrie
Ce sont des complexes multi-enzymatiques
regroupant plusieurs séquences de réactions. Ils
interviennent dans la chaîne respiratoire :
NADH-Coenzyme Q réductase (EC 1.6.99.3)
NADH,H+ + Coenzyme Q  NAD+ + QH2
4.1.5 - Oxygénases
Elles n'utilisent pas l'oxygène pour dégrader une
molécule mais fixent l'oxygène sur le substrat pour
créer une fonction alcool par exemple. On parle de
:
 • monooxygénases si un atome d'oxygène est fixé,
   l'autre atome forme de l'eau avec H2 arraché à la
   molécule.
 • de dioxygénases si 2 atomes d'oxygène sont
   fixés.
4.2 - Les Transferases
Ces enzymes transfèrent des          le méthyle (-CH3),
radicaux ou des groupes d'atomes     l'hydroxyméthyle (-CH2OH),
d'une molécule (substrat             Carboxyle (-COOH),
donneur) à une molécule              Groupement carboné
(substrat accepteur). Leur nom        comportant des fonction
complet comporte le donneur,          aldéhydes ou cétones (-CHO)
l'accepteur, le radical transféré     ou (-CO-R),
suivi de transférase. Les groupes
                                     Groupe acyle,
transportés sont :
                                     groupe osidyle,
                                     amine,
                                     phosphoryle,
                                     etc...
4.2.1 - Enzymes transferant un groupe
methyle
Ce sont les méthyltransférases ou méthylases. Le
donneur est souvent la S-adénosylméthionine.
On peut citer :
 • Protéines -N-méthyl transférase (EC 2.1.1.23)
   : elles méthylent les résidus basiques comme
   arginine et la lysine dans des protéines spécifiques.
 • ARNt-méthyl transférases (EC 2.1.1.29) : elles
   méthylent les résidus cytosine du ARNt.
 • ADN-méthyltransférases (EC 2.1.1.37). La
   méthylation porte sur la cytosine du DNA.
4.2.2 - Enzymes transférant des
radicaux à plusieurs carbones
On peut citer :
 • la transcétolase (EC 2.1.1.1)
 • la transaldolase (EC 2.1.1.2)
Ces deux enzymes sont importantes dans la voie des
pentoses phosphates. Elles échangent des radicaux
carbonés entre oses.
 • Acyltransférases (transacylase)
Ici ce sont des radicaux acylés (R-CO-) qui sont transportés.
On les retrouve dans la synthèse des lipides :
 • glycérol 3-phosphate acyltransférase (EC 2.3.1.1)
 • acyl-CoA + glycérol 3-P  Acylglycérol 3-è + HSCoA
4.2.3 - Enzymes transferant des
molecules glucidiques
Les radicaux osidiques sont transférés sur des
molécules appropriées. En voici quelques exemples
:
 • Glycogène phosphorylase (EC 2.4.1.1)
glycogène(n) + ATP  glycogène (n-1) + glucose
1-P + ADP
 • Glycogène synthase
UDPglucose + glycogène (n)  glycogène (n+1) +
UDP
4.2.4 - Aminotransférases
Elles transfèrent les groupements aminés. Le
coenzyme est le pyridoxal phosphate
 • Aspartate aminotransférase (EC 2.6.1.1)
Aspartate + a-cétoglutarate  oxaloacétate +
glutamate
 • Alanine aminotransférase (EC 2.6.1.2)
Alanine + a-cétoglutarate  pyruvate +
glutamate .
4.2.5 - Phosphotransferases
La fixation d'un groupe phosphate à une molécule
sert à son activation et à sa reconnaissance comme
substrat dans les réactions du métabolisme
glucidique. On leur donne le nom de kinases ou de
phosphorylases.
Sur les oses :
 • Hexokinase (EC 2.7.1.1)
 • Glucokinase (EC 2.7.1.2)
 • Phosphofructokinase ou fructose 6-è kinase (EC
   2.7.1.4)
4.2.5 - Phosphotransferases
Sur les lipides
 • Glycérol kinase (EC 2.7.1.30)
Sur les molécules aminées
 • Créatine kinase (EC 2.7.3.1)
ATP + créatine  Phosphocréatine + ADP
Sur les nucléosides et les nucléotides
 • Adénosine kinase (EC 2.7.1.20)
ATP + Adénosine  ADP + AMP
 • Adénylate kinase (EC 2.7.4.3)
ATP + AMP 2 ADP
 • les nucléosides monophosphates kinases
 • les nucléosides diphosphates kinases qui interviennent
   dans la synthèse des acides nucléiques.
4.3 - Les Hydrolases
Ce sont des enzymes de dégradation. Elles
provoquent la coupure d'une molécule et fixent les
radicaux H et OH de l’eau sur les valences libérées.
Ce sont des enzymes sans coenzymes. Elles
interviennent sur les fonctions éthers, acétals,
esters phosphoriques, liaisons O-O des peroxydes,
C-N des amides. Il est très difficile de les classer.
Le plus simple est d'étudier leur action sur
quelques groupes de molécules.
4.3.1 - Hydrolases des glucides
On les appelle des osidases. Elles coupent les
liaisons O-osidiques ou N-osidiques.
Elles sont spécifiques de leurs substrats et de
l'anomérie des carbones acétaliques. Sur les osides
on distingue les a-glucosidases, ß-glucosidases, ß-
galactosidases Sur les polyosides, on a les a-
amylases, ß-amylases, elles hydrolysent toutes les
deux les liaisons a(1,4) et l’amyloglucosidase qui
hydrolyse à la fois les liaisons a(1,4) et a(1,6).
4.3.2 - Hydrolases des esters
phosphoriques d'oses
On y rencontre les phosphatases qui enlèvent le
groupement phosphorique. Leur
rôle est inverse de celui des kinases :
 • Glucose 6-phosphatase
Glucose 6-P + H2O  Glucose + Pi
 • Glucose 1-phosphatase
Glucose 1-P + H2O  Glucose + Pi
 • Fructose 1,6 bisphosphatase
Fructose-1,6-bisP + H2O  Fructose 6-P + Pi
4.3.3 Hydrolases des lipides
* Hydrolases des triglycérides
- Triglycéride lipase
Triglycéride + H2O  2 Acides gras + 2-monoacylglycérol
- Diglycéride lipase)
Diglycéride + H2O  2 Acides gras + glycérol
* Phospholipases : ces enzymes hydrolysent les phospholipides. On
distingue selon
le site d'action de l'enzyme
- Phospholipase A1 (3.1.1.32) enlève l'acide gras lié à la fonction alcool
primaire du glycérol
- Phospholipase A2 (3.1.1.4) enlève l'acide gras lié à la fonction alcool
secondaire du glycérol
- Phospholipase C (3.1.1.4) intervient sur la fonction ester liant le
glycérol et le
phosphate
- Phospholipase D (3.1.4.4.) sépare l'acide phosphatidique de l'alcool.
4.3.4 - Hydrolases des peptides et des
proteines
Ces hydrolases interviennent sur la liaison peptide
des peptides et des protéines. On distingue les
peptidases et les protéinases selon que le produit
de la réaction est un acide aminé ou un peptide.
Les peptidases
- Aminopeptidases libèrent séquentiellement les
acides aminés N-terminaux.
- Carboxypeptidases libèrent séquentiellement les
acides aminés C-terminaux.
- Dipeptidases hydrolysent les dipeptides.
Protéinases : hydrolases des protéines
On les appelle des endoprotéinases car elles coupent
les liaisons peptidiques situées à l'intérieur de la
protéine loin des acides aminés C et N terminaux. On
peut les nommer suivant leur site d'action ou la
structure des protéines elles-mêmes.
- Selon leur lieu d'action on distingue :
· les protéinases des sucs digestifs
· les protéinases du plasma sanguin
· les protéinases du tissu conjonctif
· les protéinases intracellulaires
Protéinases : hydrolases des protéines
-Selon la structure, leur nom dérive de l'acide aminé ou
du métal situé au niveau de leur site catalytique . C'est
ainsi que nous distinguons :
les sérine-protéinases
· la trypsine du pancréas ( 3.2.21.4)
· la chymotrypsine (3. 4. 21. 1) du pancréas
· la thrombine (3.4.21.5) du plasma sanguin
les thiol-protéinases
la papaïne (3.4.22.2) protéine végétale
les métalloprotéinases
collagénase (3.4.24;3)
4.3.5 - Hydrolases des nucléosides,
nucléotides et acides nucléiques
On distingue les :
Nucléosidases
- Les Nucléosidases (3.2.2.1) Elles clivent les liaisons
N-osidiques
N-ribosyl-purine + H2O  purine + ribose
- AMP-nucléosidase (3.2.2.4)
AMP + H2O  Adénine + ribose phosphate
Nucléotidases
- 5'-Nucléotidases (3.1.3.5)
Ribonucléoside 5-phosphate  Ribonucléoside +
H3PO4
4.3.5 - Hydrolases des nucléosides,
nucléotides et acides nucléiques
Nucléases ou hydrolases des acides nucléiques
Elles clivent les liaisons phosphodiestérs des acides nucléiques.
On distingue les endonucléases qui coupent des liaisons à
l'intérieur de la molécule et les exonucléases lorsqu'elles enlèvent
les nucléosides 5'-phosphates les uns après les autres à partir de
l'extrémité.
  • 3'-Exonucléase ou Phosphodiestérase I (3.1.4.1), les
    mononucléotides 5'- phosphates sont enlevés les uns après les
    autres à partir de l'extrémité 3'.
  • Désoxyribonucléase I (3.1.4.5) (DNAse 1), c'est une
    endonucléase qui libère des oligodésoxynucléotides
  • Ribonucléase I (3.1.4.2.2), endonucléase contenue dans le suc
    pancréatique. Elle fragmente aussi les ARN en
    oligonucléotides.
  • Les enzymes de restriction appartiennent aussi à cette classe.
4.3.6 - Hydrolases des esters ou
anhydrides phosphoriques
• Phosphatase alcaline (3.1.3.1) : elle n'est active
  qu'en milieu alcalin, peu spécifique des monoesters
  alcalins, active dans toutes les cellules.
• Phosphatase acide (3.1.3.2) : elle est active dans
  les cellules osseuses
• ATPases ou adénosine triphosphatase
  (3.6.1.3)
• Nucléoside diphosphatase (3.6.1.1)
ADP (ou GDP) + H2O  AMP (ou GMP) + H3PO4
• Pyrophosphatase (3.6.1) transforme le
  pyrophosphate en 2 orthophosphate
4.4 - Les lyases ou synthases
On y trouve les enzymes suivantes :
décarboxylases, lyases proprement dites,
synthases, hydratases, déshydratases, etc...
4.4.1 - Décarboxylases
Le produit de réaction après le départ de CO2 est
un carbonyle ou une amine
 • Acétoacétate décarboxylase (4.1.1.4)
Acétoacétate  Acétone + CO2
 • Lysine décarboxylase (4.1.1.18)
Lysine  cadavérine + CO2
4.4.2 - Aldehydes-lyases
Les enzymes font apparaître une liaison aldéhyde à
la suite du clivage d'une liaison -C-C dont l'un des
carbones porte une fonction alcool secondaire.
C'est le cas de
 • fructose 1-6 bisphosphate aldolase
fructose 1-6 bis(P)  3-(P)dihydroxyacétone + 3-
(P)glycéraldéhyde
4.4.3 - Acyl-lyases Ou Acylsynthase
Citrate synthase (4.1.3.7) On l'appelle aussi
enzyme condensante. C'est une enzyme importante
du cycle de Krebs
Oxaloacétate + acétyl-CoA + H2O  Citrate +
HSCoA
4.4.4 - Hydratases Et Deshydratases
Elles fixent ou enlèvent une molécule d'eau, à ne pas
confondre avec une hydrolase
R-CHOH-CH2-R' ↔ R-CH=CH-R' + H2O
On trouve dans ce groupe :
 • la fumarase ou fumarate hydratase (4.2.1.2)
-OOC-CH=CH-COO- + H2O ↔ -OOC-CH2-CHOH-
COO-
 • l'énolase (4.2.1.11)
2-phosphoglycérate ↔ Phosphoénolpyruvate + H2O
4.5 - Les Isomerases
Elles catalysent des changements de structure dans
une même molécule sans changer sa formule
globale (isomérisation Cis-trans, épimérisation,
déplacement de radicaux, etc.)
4.5.1 - Epimerisation
• Ribulose 5-P 3-épimérase (5.1.3.2) enzyme
  de la voie des pentoses phosphate
D-ribulose 5-P ↔ D-xylulose 5-phosphate
• UDP glucose 4-épimérase ↔ UDP
  galactose
UDP glucose 4 ↔ UDP galactose
4.5.2 - Oxydoreduction
intramoleculaire
• triose phosphate isomérase (5.3.1.1)
• Glucose 6-phosphate isomérase (5.3.1.10)
4.5.3 - Transport de radicaux
• Phosphoglycérate mutase (5.4.2.1)
• Méthyl malonylCoA carboxymutase
  (5.4.99.2)
4.6 - Ligases (synthetases)
Elles forment des liaisons C-C, C-N, C-S, C-O, O-P
grâce à l'utilisation de l'énergie fournie par
l'hydrolyse concomitante d'un groupement
phosphate ou pyrophosphate de l'ATP
4.6.1 - Ligases formant les liaisons C-O
4.6.2 - Ligase formant des liaisons C-C
4.6.3 - Ligases des liaisons C-S
4.6.4 - Ligases des liaisons C-N
5-Catalyse enzymatique
Mécanismes
Catalyse enzymatique
• La catalyse est un processus qui augmente le
  taux par lequel une réaction atteint l’équilibre.
• La raison que les enzymes sont des catalyseurs
  puissants est due à leur spécificité de liaison au
  substrat et leurs arrangements optimaux des
  groupements catalytiques.
Les mécanismes que les enzymes utilisent sont
classifiés de manière suivante :
• L'enzyme fournit les groupes accepteur/donneur
  de protons, dans un mécanisme de catalyse
  acide/base.
• L’enzyme peut se combiner de façon covalente
  avec le substrat pour former un intermédiaire
  qui permet une réaction plus rapide.
• L'enzyme utilise des ions comme co-facteurs,
  pour stabiliser différentes charges
  (intermédiaires), pour ioniser les molécules
  d'eau et les rendre plus nucléophiles, et/ou pour
  cacher des charges.
• L'enzyme utilise les forces électrostatiques, pour
  aligner le substrat et stabiliser l'état de
  transition.
• L'enzyme fixe le substrat de telle sorte que les
  liens réactionnels sont situés près du site
  catalytique et sont orientés de telle sorte que
  l'état de transition est atteint très rapidement.
• L'enzyme peut induire la distorsion et/ou la
  tension au niveau du lien à couper, ce qui le
  déstabilise et le rend plus facile à couper.
  L'enzyme fixe donc préférentiellement le
  substrat sous forme d'état de transition.
1)Mécanisme de proximité et
orientation du substrat
Principe d’alignement des orbitales du substrat et de
l’enzyme
L’enzyme et le substrat s’orientent de telle manière que les
liaisons attaquables sont très proches les unes aux autres ,
ou de manière à ce que les groupements catalytiques
forment un état transitoire beaucoup plus facilement
2) Catalyse covalente
Certaines enzymes peuvent se combiner avec leur substrat pour former
un complexe covalent instable qui subirait facilement la réaction
permettant de former le produit
 • Les complexes covalents : formation de base de Schiff :
   intermédiaire formé entre un grpt NH2-lys et un H du substrat ,Ex :
   transaminase
 • Les enzymes peuvent être classées selon leur intermédiaire covalent
   , selon le type d’AA du site actif sur lequel réagit le substrat
   ▫ Enzyme à Ser : permettant des réactions de transfert d’acyls par un grpt
     Phosphate
   ▫ Enzyme à Cys : permettant la formation d’une liaison thioi-ester entre
     SH de Cys du site actif et un grpts acyl du substrat
   ▫ Enzyme à His : permettant le transfert d’un grpmt Phosphate par
     l’intermédiaire de l’imidazole
   ▫ Enzyme a Lys : liaison NH2--- COOH du substrat
La catalyse covalente se divise en deux étapes :
1) la réaction nucléophile entre le catalyseur et le
substrat afin de former une liaison covalente
2) le retrait d'électron du centre réactionnel par le
catalyseur qui est devenu électrophile




But : le complexe intermédiaire instable diminue la
barrière énergétique par une attaque par un grpmt
nucléophile de l’AA du site actif sur un grpmt
électrophile du substrat .
3) Catalyse acide - base
02 types
 • Catalyse acide – base spécifique : dont l’activation est
   proportionnelle à la concentration des ions H+ et OH-
 • Catalyse acide – base générale : dont l’effet activateur est
   proportionnel a la concentration des acides généraux et
   bases générales
Les enzymes possèdent au niveau du site actif des grpmt
fonctionnels qui peuvent se comporter comme des acides
généraux ou base générales qui comportent des grpmt :
COOH , NH2 , SH , phénol , imidazol .
Pour le grpt imidazole de l’His : grpt très puissant de la
catalyse acide-base ; il est très réactif à cause du pK ; peut
agir comme donneur ou accepteur de protons
Réaction catalysée par
Ribonuclease A illustre la
catalyse acide - base
générale :
La RNase A est un
enzyme digestif qui
hydrolyse l’ARN. Le profil
pH de la réaction
démontre un maximum
vers pH de 6 et
correspond en effet à
l'ionisation de deux
groupements, His 12 et
His 119.
Deux acides aminés histidines (His 12 et His 119)
agissent de façon concertée dans un mécanisme
acide/base.
1) His 12 agit comme la base, retirant un proton
du groupe 2'-OH de l’ARN, ce qui permet une
attaque nucléophile sur l'atome de phosphore
adjacent. De même, His 119 agit comme un acide
et provoque le bris du lien en protonant le groupe
R'-O-.
2) L'intermédiaire 2'-3'-cyclique est hydrolysé par
le processus inverse de l’acide/base. His 12 est
maintenant l'acide et His 119 la base.
4 )Catalyse métallo-dépendante
Presque un tiers des enzymes connus sont dépendants
des ions métalliques pour leur catalyse
Les métalloenzymes se divisent en deux classes qui
sont distinguées par la force des interactions protéine
- ion :
  a)Métalloenzymes possédant des ions métalliques
  fortement liés comme Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Mn2+,
  ou Co2+.
  b) Des enzymes activés par des ions métalliques
  faiblement lie en solution comme Na+, K+, Mg2+, ou
  Ca2+.
Les ions de métal participent à la catalyse en trois
façons majeures :
 1) dans la liaison des substrats afin de l'orienter
 2) facilitation des réactions oxydation-réduction par
 leurs changements réversibles de leur état
 d'oxydation
 3) Stabilisation électrostatique des charges
 négatives
Les métaux sont très souvent des meilleurs
catalyseurs que des protons parce que les ions
métalliques peuvent être présents en hautes
concentrations et possèdent des charges stable
L'enzyme d’anhydrase carbonique est un bon
exemple. L'enzyme utilise le zinc pour catalyser la
réaction :
CO2 + H2O ⇌ HCO3- + H+ en trois étapes.
1) coordination d’une molécule de zinc par trois
histidines et une molécule d'eau. Il est postulé que
l'ionisation de la molécule d'eau est facilitée par
catalyse base générale impliquent le résidu histidine-
64 voisin
2) attaque nucléophile par le OH- du CO2 et la
conversion en HCO3-
3) régénération du site catalytique par la liaison
d'une autre molécule de H2O possiblement avant
le départ de HCO3- à travers un intermédiaire du
complexe de zinc penta coordonné.
5) Catalyse électrostatique
Les distributions de charges dans un site actif sont
arrangées afin de stabiliser les états de transition.
Les simulations sur ordinateur indiquent que la
réduction de la barrière de l’état de transition par
des effets électrostatiques est un composant
important de catalyse. On pense que l'enzyme
pliée fournit un environnement polaire pré-
organisé qui déjà est partiellement orienté pour
stabiliser l'état de transition.
6) l’effet de torsion ou de distorsion
La catalyse enzymatique est basée sur la relation
entre la conformation enzymatique et l’activité
enzymatique
L’enzyme peut produire une torsion ou une
distorsion de la liaison sensible à l’attaque du
substrat ce qui la rend plus facile à rompre
La catalyse enzymatique est
un moyen de diminution de
l’energie d’activation
6-Les Isoenzymes
Isoenzyme : définition
Les isoenzymes sont des formes différentes d’une enzyme catalysant la
même réaction biochimique .
Ces formes multiples peuvent apparaitre dans les même espèces , les
même tissus , ou même dans les même cellules .
Elles diffèrent généralement par leurs :
 • Ppté physicochimiques (PM, mobilité, pH …)
 • Ppté cinétiques (Km , Vmax…)
 • Ppté régulatrices ( inhibiteurs , activateurs )
 • Type de cofacteurs utilisés (NAD et NADP …)
 • Distribution subcellulaire (soluble , membranaire )
Cette différence est due aux variations au niveau de leurs structures
primaires ( séquence en AA similaires mais non identiques )
Généralement ces différentes formes partagent la même origine
génétique mais parfois elles dérivent de gènes différents
Causes de variabilité
1) Modification de la charge électrique :
La modification de la charge d’une protéine suite à
un changement de la structure primaire, peut
résulter d’une mutation ponctuelle, par exemple.
Les conséquences qui en résultent peuvent donner
des électrophorèses "anormales"
1) Modification de la charge électrique
2) Modifications post-traductionnelles
Les modifications post-traductionnelles
conduisant aux associations de sous-unités et la
mise en place de structures tertiaires ou
quaternaires, formation de complexes avec des
glucides et des acides nucléiques, adénylation,
phosphorylation, dégradation sélective...
Intérêt
L’organisme doit réguler les activités catalytiques
de ses enzymes afin de coordonner ses nombreuses
voies métaboliques , la présence des isoenzymes
contribue à cette régulation :
1) Régulation des voies métaboliques différentes
   selon les organes
   Ex : Glycogène phosphorylase hépatique et
   musculaire , leur régulation est différente
   reflétant les rôles différents de la glycogénolyse
   dans ces deux organes
2) Régulation à l’intérieur de la cellule par la
 présence des formes différentes d’enzymes
 Ex : isoenzymes de l’isocitrate déshydrogénase
 IDH1  cytoplasme  NADP dépendante
 IDH2  mitochondrie  NADP dépendante
 IDH3  mitochondrie  NAD dépendante




    Réaction anabolique               Phosphorylation
réductrice ( synthèse des             oxydative (Production
                     AG )             d’énergie )
3) L’adaptation fine des vitesse métabolique par
l’intermédiaire de réponses différentes des formes
isoenzymatiques à des modulateur allostérique .
Ex : la glucokinase du foie et les isoenzymes
hexokinase d’autres tissus différent par leur
sensibilité à l’inhibition par leur produit : le
glucose 6 phosphate ( le G6P est un inhibiteur de
l’héxokinase , mais n’agit pas sur la glucokinase ).
Exemples d’isoenzymes
 •   LDH
 •   CPK
 •   a Amylase
 •   Phosphatase alkaline
LDH : lactate déshydrogénase
Définition :
Ce sont des enzymes cytoplasmiques catalysant les
réactions de réduction céto-acides en acide-alcool.
La LDH est présente dans de nombreux tissus, elle
n'est pas spécifique.
Structure :
La L-lactate déshydrogénase à NADH est une
enzyme tétramérique. Chez les mammifères,
chaque sous-unité peut être soit de type H (anglais
heart = cœur) ou M (muscle) .
Suivant le type d'assemblage formé, Il y a donc
cinq isotypes de LDH :
  ▫   LDH1 = H4 (4 sous-unités heart)
  ▫   LDH2 = H3M
  ▫   LDH3 = H2M2
  ▫   LDH4 = HM3
  ▫   LDH 5= M4 (4 sous-unités muscle).
En électrophorèse, à pH alcalin :
• La LDH1 est présente dans le cœur, mais
  également dans le cerveau, le rein, les hématies :
  elle est dite également hydroxybutyrate
  deshydrogénase, ou a HBDH.
• La LDH3 et LDH4 existent dans les poumons.
• La LDH5 est présente dans le foie et les muscles
  du squelette.
Les proportions des isoenzymes :
  LDH1 : 30 à 35 % des LDH totales
  LDH2 : 35 à 40 %
  LDH3 : 17 à 23 %
  LDH4 : 0 à 7 %
  LDH5 : O à 9 %

        Chaine H

        Chaine M
CK : Creatine kinase
Enzyme musculaire présente essentiellement dans
le muscle strié.
Elle possède donc un rôle fondamental dans la
contraction musculaire en constituant des réserves
en énergie pouvant être directement utilisables par
la cellule.
Les isoenzymes de la CK :
La CK est formée de deux sous unité M et B
Il existe plusieurs isoenzymes de la CK.
Principalement trois fractions sont connues :
  ▫   CK-MM qui se trouve en majorité dans le tissu
      musculaire ;
  ▫   CK-MB qui se trouve en majorité dans les
      cellules myocardiques ;
  ▫   CK-BB qui se trouve en majorité dans le cerveau.
a-Amylase
Définition :
L'amylase (EC 3.2.1.1) est une enzyme digestive
classée comme saccharidase (enzyme qui brise les
polysaccharides). C'est surtout un constituant du
suc pancréatique et de la salive, requis pour le
catabolisme des glucides à longue chaîne (comme
l'amidon) en unités plus petites
Isoenzymes :
Il y a deux iso-enzymes de l'amylase : l'amylase
pancréatique et l'amylase salivaire. Elles se
comportent différemment au focusing
isoélectrique, et peuvent être séparées en testant
par les anticorps monoclonaux spécifiques. la
ptyaline ou amylase salivaire est une substance qui
existe dans la salive
Les phosphatases alcalines
Définition :
Ce sont des métallo-enzymes contenant du zinc.
Elles sont dimériques et hydrolysent les esters
phosphoriques à pH alcalin
les isoenzymes de la PAL :
Il existe au moins 4 isoenzymes de la PAL, codés
par des gènes distincts.
Les 3 premiers gènes sont localisés sur des régions
contiguës du chromosome 2. Ils codent
respectivement pour les PAL:
  ▫ placentaire
  ▫ intestinale
  ▫ des cellules germinales.
Le 4ème gène est localisé sur le chromosome 1. On
l'appelle le gène des tissus non spécifiques, en
raison de la diversité des tissus où il s'exprime.
Ex: dans le foie, la phosphatase hépatique
Dans l'os, la phosphatase osseuse.
• La fraction hépatique représente 30 à 50 % des
  PAL.
• La fraction osseuse représente 50 à 70 % des
  PAL. Elle est même égale à 90 % pendant
  l'enfance. Elle se module selon l'âge: elle
  augmente chez l'enfant et le vieillard.
• La fraction intestinale représente 0 à 20 % des
  PAL.
Caractérisation des isoenzymes :
Elles diffèrent par:
  ▫   leur charge moléculaire,
  ▫   leur sensibilité à la chaleur,
  ▫   leur réactivité immunologique
  ▫   l'action de certains inhibiteurs.
Ainsi on peut les isoler et les caractériser
Variation des isoenzymes :
• La fraction hépatique s'élève lors de maladies
  hépatiques
• la fraction osseuse augmente en pathologie lors
  d'ostéosarcome ou de maladie de Paget
• la fraction intestinale augmente lors d'une
  cirrhose.
• la fraction placentaire augmente lors du 3ème
  trimestre de la grossesse.
• les enzymes onco-fœtales sont retrouvés dans
  des pathologies tumorales. Il en existe 3
  catégories : Reagan , Kasahara , Nagao
7- Coenzymes
1 - définition
Le coenzyme est une molécule organique d’origine
vitaminique non synthétisé par l’organisme le plus
souvent , indispensable pour la catalyse
enzymatique
2 – caractéristiques des coenzymes
1. Thermostable , donc non protéique
2. De faible poids moléculaire
3. La plus part dérvivent des vitamines fournies par
   l’alimentation
4. Possèdent des cycles et des hétérocycles avec une
   structure fortement conjuguée (pptées spectrales )
5. Participent de marniere stoechiométrique dans la
   réaction (mole à mole )
6. Se retrouvent intact à la fin de la réaction
7. Ils transfèrent d’une unité à une autre une entité X (
   éléctron , acyle , P ) en le prenant transitoirement en
   charge
8. N’interviennent pas dans la spécificité de la réaction
3 – classification des Coenzymes
On a deux classification :
1. Selon le mode de liaison à l’apoenzyme
 1. Coenzyme lié ou groupement prosthétique =
    coenzyme activateur
 2. Coenzyme libre ou cosubstrat = conenzyme
    transporteur
2. Selon la réaction catalysée par l’enzyme :
 1. Coenzyme d’oxydoréduction
 2. Coenzyme de transfert de groupement
1- selon le mode de liaison à
l’apoenzyme
1 – Coenzyme liés ou groupements prosthétiques =
coenzyme activateur
1. Ils sont solidement fixes à l’apoenzyme par des
    liaisons fortes (covalentes) et/ou faibles (ioniques ,
    hydrogène)
2. Ainsi , ils sont spécifiques d’une seule enzyme et
    ils ne s’en détachent pas au cours de la réaction
3. Ils fonctionnent dans une seule réaction au cours
    de laquelle ils charent puis déachargent X ( ou
    rarement dans 2 réactions mais intimement liées
    au sein dun complexe enzymatique)
4. Leur séparation de l’apoenzyme peut entrainer la
    dénaturation de l’enzyme
    EX. de CoE groupement prosthétique : le FAD
2- Coenzyme libres ou cosubstrats = coenzymes
transporteurs
1. Ils se lient à l’enzyme de manière transitoire (par
    liaisons faibles) et sont donc facilement dissociables de
    l’enzyme (par dialyse)
2. Ils fonctionnent dans 2 réactions enzymatique
    différentes :
  1.   La 1ere réaction : il chargent X
  2.   La 2eme réaction : ils déchargent X . Le CoE joue le role
       d’un 2eme substrat pour l’enzyme
3. Ils sont souvent modifiés après la réaction et doivent
   être ensuite régénérés par une 2eme enzyme
4. Plusieurs enzymes peuvent utiliser le meme coenzyme
   EX de CoE Cosubstrat : le NAD
Enzymes
Enzymes
Les coenzyme d’oxydoréduction
Ce sont les cofacteurs des oxydoréductases
Ces enzymes peuvent etres classées en 4 groupes
selon la nature de l’accepteur d’é ou des atomes
d’H cédés par le substrat déduit AH2 :
1- les oxydases
L’accepteur de l’H est l’O2
AH2 + ½ O2  A + H2O
Exemple : la cytochrome oxydase ( CoE héminique
)  de la chaine réspiratoire
2-Les déshydrogénases
L’accepteur d’é ou d’H est un autre substrat que l’
O2
AH2 + B  A+ BH2
Exemple :
• La glycérol-3-phosphate DH ( CoE à NAD ) 
  glycolyse
• La succinate DH ( CoE à FAD )  cycle de
  KREBS
3- les hydro peroxydases
L’accepteur de l’H est le peroxyde d’hydrogène
H2O2
Exemple :
• La catalase : 2 H2O2  2 H2O +O2
• Peroxydases : AH2 + H2O2  A+ 2 H2O
4- les oxygénase
L’oxygène est fixé directement sur une molecule
de substrat
4-1 les mono oxygénases :
a) Les hydrolases fixent un atome d’O sur un
   substrat principal AH, l’autre atome doxygene
   étant réduit en H2O grâce à 2 proton fournis
   par une substrat BH2
   Ex : phénylalanine monooxygénase =
   PAHydrolase
b) Les désaturease ( à CoE héminique ) fixe un
atome d’oxygéne sur les 2 atome d’H fournis par le
substrat primaire cr »ant une double liaison , et
l’autre atome d’O sur les 2 atomes de H fournis
par le substrat secondaire
Ex : la stéaryl-COA désaturase



4-2 les dioxygénases : ( fixent 2 atomes d’O sur
la molécule du substrat )

Ex : la tryptophane dioxygénase
Enzymes
COENZYMES DE TRANSFERT DE
GROUPES
1.   PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP)
2.   PYROPHOSPHATE DE THIAMINE (TPP)
3.   BIOTINE
4.   FOLATES (vit B9)
5.   COBALAMINE (vitamine B12)
6.   COENZYME A
7.   NUCLEOSIDES 5' MONO ET
     POLYPHOSPHATES
1. PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP)




Réactivité :
1. Transamination entre un a aminoacide et un a
   cétoacide
2. Décarboxylation
3. Racémisation
Transamination entre un a aminoacide
et un a cétoacide
2. PYROPHOSPHATE DE THIAMINE (TPP)




Principaux types de réactions catalysées :
1. Décarboxylation d'acides a cétoniques
2. Réactions de transcétolisation
3. BIOTINE




Réactivité :
1. Carboxylation
2. Décarboxylation
3. Transcarboxylation
FOLATES (vit B9)
Réactions catalysées
Réactions catalysées
5. COBALAMINE (vitamine B12)
                                       Types de réactions où intervient le
                                       coenzyme B12
                                       1. Isomérisations
                                       2. Transfert de groupe CH3




 le cobamide coenzyme B12 R = — 5' désoxyadénosine
 les vitamines B12 :
 R = — CN pour la cyanocobalamine (vit B12)
 R = — OH pour l'hydroxycobalamine (vit B12a)
 R = — CH3 pour la méthylcobalamine (méthyl B12)
6. COENZYME A
Réactions catalysées
1. Réactions d'acylation




2. Réactions de condensation
7. NUCLEOSIDES 5' MONO ET
POLYPHOSPHATES
Propriétés de l'ATP
1. Hydrolyse de l'ATP




2. Complexation
Principaux types de réactions ou
intervient l'ATP
1. Transfert de phosphate

2. Transfert de pyrophosphate

3. Transfert d'adénosine monophosphate
Autres nucléosides phosphates
1. Nucléosides diphospho – oses
2. Nucléosides monophosphate cycliques
COENZYMES D'OXYDO-REDUCTION
1.   COENZYMES NICOTINIQUES
2.   COENZYMES FLAVINIQUES
3.   COENZYMES QUINONIQUES
4.   ACIDE LIPOIQUE
5.   ACIDE ASCORBIQUE
6.   LE GLUTATHION
1. COENZYMES NICOTINIQUES
Propriétés optiques des coenzymes
pyridiniques
Principaux types de réactions
catalysées par les coenzymes
pyridiniques
1.   Oxydation d'alcools primaires



2.   Oxydation d'alcools secondaires



3.   Oxydation d'aldéhydes hydratés



4.   Transformation d'amines primaires en cétones
2. COENZYMES FLAVINIQUES
Réactions catalysées par les
coenzymes flaviniques

1. Hydrogènes provenant d'un substrat réduit
   XH2




2. Hydrogènes issus de coenzymes nicotiniques
   réduits
3. COENZYMES QUINONIQUES
4. ACIDE LIPOIQUE
5. ACIDE ASCORBIQUE
6. LE GLUTATHION
SITE ACTIF
La fonction des enzymes est liée à la présencedans
leur structure (secondaire et tertiaire) d'un site
particulier appelé le site actif
Schématiquement, il a la forme d'une cavité ou d'un
sillon dans lequel vont se fixer les substrats grâce à
plusieurs liaisons chimiques faibles. Une fois fixés, les
substrats vont réagir et se transformer en produit.
La représentation de la structure du site actif des
enzymes a évolué avec les progrès réalisés à la fois
dans la détermination expérimentale de la structure
des protéines et dans le développement des logiciels
de visualisation de ces structures
Il est constitué de deux parties :

1. Le site de reconnaissance (ou site de liaison au
   substrat); permettant de fixer le substrat grâce
   à certains acides aminés
2. Le site catalytique (où a lieu la transformation
   du substrat);permettant de transformer le
   substrat grâce à des acides aminés qui
   interagissent avec le substrat.
Reproduction de la première
représentation schématique d’un
substrat dans son site actif due à E.F.
ARMSTRONG (1904) :
A cette époque, le glucose était représenté
sous la forme d’un cycle à 5 pièces et la
structure de l’enzyme dont la nature n’était
pas établie était matérialisée par un trait
gras. Malgré sa simplicité, cette
représentation mettait déjà en évidence le
contact intime existant entre l’enzyme et le
substrat.
Représentation moderne du site actif
de la chymotrypsine (code pdb :
1GG6) occupé par un inhibiteur à
l’aide du logiciel VMD (HUMPHREY,
DALKE et SCHULTEN, 1996) :
L’enzyme est représenté sous la forme d’une
surface. Les parties ombrées indiquent les
résidus essentiels directement impliqués
dans la catalyse chimique ou dans la
fixation de l’inhibiteur. L’inhibiteur est
représenté de manière simplifiée (Image
préparée par H. VALADIE).
Enzymes
Enzymes
Chymotrypsine - Site actif
2 modèles :
• Clé-serrure (modèle de Fischer)
• Adaptation induite (modèle de Koshland)
2 évènements :
• Reconnaissance, orientation, placement,
  disposition du substrat (site actif)
• Transformation du substrat (site catalytique)
Enzymes
Enzymes
Illustration du sit actif/catalytiqu à
l’aide d’exemples
L’hexokinase
Le lysozyme
L’a-chimotrypsine
1) L’hexokinase
l’hexokinase un modèle de l’adaptation
induite
hexokinase avant liaison du D-   hexokinase après liaiso du D-
glucose                          glucose
Enzymes

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  • 1. Présenté par : Zidour Nabil Mehdi Encadré par : Pr. Harizi Structure et fonction des enzymes Propriétés générales des enzymes Université Djilali Liabes Faculté de médecine Département de pharmacie Laboratoire de biochimie 2011/2012
  • 2. Propriétés générales des enzymes Introduction 1-Structure des enzymesClassification des enzymes. 2-Spécificité enzymatiqueLiaisons substrats- enzymes 3-Nomenclature des enzymes 4-Classification des enzymes 5-Catalyse enzymatique 6-Les Isoenzymes - Exemples d’isoenzymes
  • 3. Introduction Le mot "enzyme" a été inventé en 1876 par le professeur Willy Kühne de l'université de Heidelberg . Le mot vient du grec "en zume", et signifie, de façon assez appropriée, "dans la levure".
  • 4. • Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les réactions chimiques du métabolisme se déroulant dans le milieu cellulaire ou extracellulaire sans modifier l'équilibre formé (à titre d'exemple, une réaction qui met une seconde en présence d'une enzyme mettrait 12 jours en son absence). • Les enzymes agissent à faible concentration et elles se retrouvent intactes en fin de réaction : ce sont des catalyseurs biologiques (ou biocatalyseurs).
  • 5. • La première enzyme fut découverte par Anselme Payen et Jean-François Persoz en 1833. Après avoir traité un extrait aqueux de malt à l'éthanol, ils ont précipité une substance sensible à la chaleur. Cette substance était capable d'hydrolyser l'amidon : ils l'ont nommée diastase (étym. : diastasis = séparation) car elle séparait le sucre soluble de l'amidon. On l'appelle aussi α -amylase (alpha-amylase)
  • 7. Structure primaire Acides aminé reliés par des liaisons covalentes , chaines lineaires
  • 8. Structure secondaire 1ere organisation dans l’espace Nature des forces qui contribuent à l’organisation spatiale des molécules : ▫ liaisons hydrogènes ; établies entre l’O du C et le H de l’N ▫ En feuillets plissés H intermoléculaire ▫ En hélice plissées  H intramoléculaire ▫ Formation d’une pelote statique = Random Coil
  • 11. Structure tertiaire Repliement de la structure secondaire pour donner des organisations spatiales bien déterminées Le repliement de la chaine se fait de manière à ne laisser ni espace vide ni molélcule d’eau a l’interieur des protéines  les chaines apolaires à l’interieur de l’édifice et les chaines ionisées a l’éxterieur Liaisons impliquées : (liaisons faibles ) ▫ Liaisons Hydrophobes ▫ Liaisons ioniques ▫ Liaisons hydrogene ▫ Liaisons de Van Der Waals
  • 13. Structure tertiaire • Toute protéine est définie par rapport aux interactions qu’elle a avec d’autres molécules qui peuvent être protéique ou non (ligand) • L’interaction avec ce ligand fait intervenir des liaisons faibles • Cette zone d’interaction est appelée site de fixation et pour une enzyme elle est appelée « site actif »
  • 14. Structure quaternaire Assemblage symétrique de plusieurs chaines polypeptidiques Structure quaternaire de la GDH
  • 16. Spécificité enzymatique 02 niveaux : • 1er niveau  type de réaction catalysée • 2eme niveau  au niveau du substrat de la réaction
  • 17. 1) Type de réaction catalysée Lorsqu’un substrat est susceptible de subir différentes transformations catalytiques , l’enzyme ne catalyse qu’un seul type de réaction Le type de réaction catalysée n’est pas absolu , elle peut être + ou – large Exemple : une estérase peut hydrolyser ▫ Un ester en présence d’eau ▫ Un ester + un alcool ▫ Un ester + une amine
  • 18. 2) Spécificité au niveau du substrat • Large • Peut être absolue : une enzyme n’hydrolyse qu’un seul substrat (uréase  urée ) • Une enzyme est dite spécifique lorsqu’elle agit sur un groupe de substrats possédants des caractéristiques particulières : ▫ Hexokinase phosphorylation d’hexose ▫ Peptidase  hydrolyse toutes les liaisons peptidiques Ces peptidases peuvent se distinguer en sous groupes , mettant en valeur une caractéristique particulière de la liaison peptidique ( aminopeptidase , carboxypeptidase )
  • 19. 3) Stéréospécificité • Spécificité optique : s’exerce sur les énantiomorphes (série D ou L ) • L’organisme possède des enzymes relatifs à un énantiomorphe particulier ▫ D  glucides ▫ L  acides aminés
  • 20. 4) Spécificité d’organe • Tout les organes n’ont pas le même équipement enzymatique • Certaines enzymes ne sont présentes spécifiquement que dans des organes particuliers ; GLDH  foie • Certaines enzymes sont prédominantes dans certains organes particuliers ; TGP ( foie et muscle ) • Mais ces enzymes diffèrent par quelques AA ce qui permet de les différencier en Isoenzymes
  • 21. • Sur ces deux critère : ▫ Spécificité de réaction ▫ Spécificité de substrat • Est basée : ▫ La classification internationale des enzymes ▫ L’appellation classique des enzymes
  • 23. Nomenclature Fonctionnelle Elle est très utilisée. Elle prend en compte le nom du substrat de l’enzyme et le type de réaction catalysée. Pour désigner une enzyme on indique : • d'abord le nom du substrat • puis le type de réaction catalysée • on ajoute enfin le suffixe ase. Par exemple : - glucose-6-phosphate isomérase - Isocitrate lyase - pyruvate carboxylase
  • 24. Lorsque l'enzyme utilise 2 substrats on les désigne tous les deux en indiquant • le substrat donneur de radicaux • puis le substrat accepteur du radical libéré • le radical échangé • le type de réaction • on ajoute enfin ase Par exemple - ATP-glucose phosphotransférase - UDPglucose-fructose glucosyltransférase - Glutamate pyruvate aminotransférase
  • 25. Nomenclature des enzymes officielle La nomenclature officielle des enzymes, a été établie par la Commission des Enzymes (EC) , un organisme tributaire de l'union Internationale de Biochimie et de Biochimie Moléculaire (IUBMB). Cette nomenclature officielle nous permet d'avoir une référence unique à l'échelle mondiale pour la désignation des enzymes.
  • 26. • Le code qui permet de désigner une enzyme de façon systématique a la forme : EC (chiffre de 1 à 6).(Chiffre). (Chiffre). (Chiffre) • "EC" désigne la commission des enzymes. • Le premier chiffre classe l'enzyme dans l'une des six classes d'enzymes:
  • 27. 1: Les oxydoréductases, qui catalysent des transferts d'électrons 2: Les transférases, qui catalysent les transferts de groupements 3: Les hydrolases, qui catalysent des réactions d'hydrolyse 4: Les lyases, qui catalysent l'addition de groupes à des liens doubles ou l'inverse
  • 28. 5: Les isomérases, qui catalysent le transfert de groupes dans une même molécule pour produire des formes isomères (la conversion d'un acide aminé L en acide aminé D' par exemple) 6: Les ligases, qui forment des liens C-C, C-S, C-O et C-N lors de réactions de condensation couplées à l'utilisation d'ATP .
  • 35. Les autres chiffres ? Ils désignent des sous-classes pour chaque enzyme ; Par exemple, l'enzyme tripeptide aminopeptidase a le code EC 3.4.11.4 qui est construit comme suit : 3 signifie une hydrolase (enzymes qui utilisent l'eau pour détruire une autre molécule), 3.4 signifie hydrolases agissant sur des liens peptidiques, 3.4.11 implique celles qui détachent un acide aminé amino-terminal d'un polypeptide et 3.4.11.4 implique celles qui détachent cet acide aminé aminoterminal d'un tripeptide.
  • 36. Cette classification officielle précise et complète la nomenclature fonctionnelle. Dans un rapport ou une publication le nom fonctionnel continue à être utilisé mais ce dernier est toujours suivi entre parenthèses par son numéro dans la nomenclature officielle.
  • 38. Les differents types d'enzymes 4.1 - les enzymes d'oxydoreduction et de fixation 4.3.3 hydrolases des lipides d'oxygene 4.3.4 - hydrolases des peptides et des proteines 4.1.1 – deshydrogenation des fonctions alcool, carbonyles ou 4.3.5 - hydrolases des nucleosides, nucleotides et acides nucleiques Carboxyles 4.3.6 - hydrolases des esters ou anhydrides 4.1.2 - deshydrogenases faisant apparaitre des phosphoriques doubles liaisons 4.4 - les lyases ou synthases 4.1.3 - deshydrogenases agissant sur les fonctions azotees 4.4.1 - decarboxylases 4.1.4 - enzymes participant au transfert 4.4.2 - aldehydes-lyases d'electrons dans la mitochondrie 4.4.3 - acyl-lyases ou acylsynthase 4.1.5 - oxygenases 4.4.4 - hydratases et deshydratases 4.2 - les transferases 4.5 - les isomerases 4.2.1 - enzymes transferant un groupe methyle 4.5.1 - epimerisation 4.2.2 - enzymes transferant des radicaux a 4.5.2 - oxydoreduction intramoleculaire plusieurs carbones 4.5.3 - transport de radicaux 4.2.3 - enzymes transferant des molecules 4.6 - ligases (synthetases) glucidiques 4.6.1 - ligases formant les liaisons c-o 4.2.4 - aminotransferases 4.6.2 - ligase formant des liaisons c-c 4.2.5 - phosphotransferases 4.6.3 - ligases des liaisons c-s 4.3 - les hydrolases 4.6.4 - ligases des liaisons c-n 4.3.1 - hydrolases des glucides 4.3.2 - hydrolases des esters phosphoriques d'oses
  • 39. 4.1 - Les enzymes d'oxydoreduction et de fixation d'oxygene Les réactions, qui échangent des électrons ou des hydrogènes, sont les plus fréquentes en biochimie, celles de fixation d’oxygène sont rares. Les enzymes qui catalysent ces réactions sont appelées des déshydrogénases. Lorsque les enzymes fixent préférentiellement des électrons ou des hydrogènes sur des substrats elles sont appelées des déshydrogénases ou des réductases , les principales enzymes d'Oxydoréduction sont :
  • 40. 4.1.1 – deshydrogenation des fonctions alcool, carbonyles ou carboxyles Dans les réactions de dégradation le coenzyme ou cofacteur des déshydrogénases est le NAD+ chargé de récupérer les électrons. Dans les réactions de biosynthèses les réactions de réductions sont les plus fréquentes. Les électrons sont alors apportés par le coenzyme NADPH,H+ . La séquence est la suivante : R-CH2-OH ↔ R-CHO ↔ R-COOH
  • 41. Quelques exemples : • alcool déshydrogénase (EC 1.1.1.1) CH3-CH2OH + NAD+ ↔ CH3-CHO + NADH,H+ • Malate déshydrogénase (EC .1.1.37) -OOC-CH2-CHOH-COO- + NAD+ ↔ -OOC-CH2- CO-COO- + NADH,H+
  • 42. 4.1.2 - Déshydrogénases faisant apparaitre des doubles liaisons Le cofacteur accepteur des hydrogènes est le FAD. Il est lié à l'enzyme par une liaison covalente. On ne citera que : Succinate déshydrogénase (EC 1.3.99.1) -OOC- CH2-CH2-COO- + FAD ↔ -OOC-CH=CH- COO- + FADH2
  • 43. 4.1.3 - Déshydrogénases agissant sur les fonctions azotées Elles utilisent comme cofacteur NAD+ ou NADP+. Nous citerons essentiellement la L glutamate déshydrogénase (EC 1.4.1.3) qui joue un rôle important dans le métabolisme des acides aminés . Glutamate + NAD+ + H2O  a-cétoglutarate + NH3 + NADH,H+
  • 44. 4.1.4 - Enzymes participant au transfert d‘électrons dans la mitochondrie Ce sont des complexes multi-enzymatiques regroupant plusieurs séquences de réactions. Ils interviennent dans la chaîne respiratoire : NADH-Coenzyme Q réductase (EC 1.6.99.3) NADH,H+ + Coenzyme Q  NAD+ + QH2
  • 45. 4.1.5 - Oxygénases Elles n'utilisent pas l'oxygène pour dégrader une molécule mais fixent l'oxygène sur le substrat pour créer une fonction alcool par exemple. On parle de : • monooxygénases si un atome d'oxygène est fixé, l'autre atome forme de l'eau avec H2 arraché à la molécule. • de dioxygénases si 2 atomes d'oxygène sont fixés.
  • 46. 4.2 - Les Transferases Ces enzymes transfèrent des  le méthyle (-CH3), radicaux ou des groupes d'atomes  l'hydroxyméthyle (-CH2OH), d'une molécule (substrat  Carboxyle (-COOH), donneur) à une molécule  Groupement carboné (substrat accepteur). Leur nom comportant des fonction complet comporte le donneur, aldéhydes ou cétones (-CHO) l'accepteur, le radical transféré ou (-CO-R), suivi de transférase. Les groupes  Groupe acyle, transportés sont :  groupe osidyle,  amine,  phosphoryle,  etc...
  • 47. 4.2.1 - Enzymes transferant un groupe methyle Ce sont les méthyltransférases ou méthylases. Le donneur est souvent la S-adénosylméthionine. On peut citer : • Protéines -N-méthyl transférase (EC 2.1.1.23) : elles méthylent les résidus basiques comme arginine et la lysine dans des protéines spécifiques. • ARNt-méthyl transférases (EC 2.1.1.29) : elles méthylent les résidus cytosine du ARNt. • ADN-méthyltransférases (EC 2.1.1.37). La méthylation porte sur la cytosine du DNA.
  • 48. 4.2.2 - Enzymes transférant des radicaux à plusieurs carbones On peut citer : • la transcétolase (EC 2.1.1.1) • la transaldolase (EC 2.1.1.2) Ces deux enzymes sont importantes dans la voie des pentoses phosphates. Elles échangent des radicaux carbonés entre oses. • Acyltransférases (transacylase) Ici ce sont des radicaux acylés (R-CO-) qui sont transportés. On les retrouve dans la synthèse des lipides : • glycérol 3-phosphate acyltransférase (EC 2.3.1.1) • acyl-CoA + glycérol 3-P  Acylglycérol 3-è + HSCoA
  • 49. 4.2.3 - Enzymes transferant des molecules glucidiques Les radicaux osidiques sont transférés sur des molécules appropriées. En voici quelques exemples : • Glycogène phosphorylase (EC 2.4.1.1) glycogène(n) + ATP  glycogène (n-1) + glucose 1-P + ADP • Glycogène synthase UDPglucose + glycogène (n)  glycogène (n+1) + UDP
  • 50. 4.2.4 - Aminotransférases Elles transfèrent les groupements aminés. Le coenzyme est le pyridoxal phosphate • Aspartate aminotransférase (EC 2.6.1.1) Aspartate + a-cétoglutarate  oxaloacétate + glutamate • Alanine aminotransférase (EC 2.6.1.2) Alanine + a-cétoglutarate  pyruvate + glutamate .
  • 51. 4.2.5 - Phosphotransferases La fixation d'un groupe phosphate à une molécule sert à son activation et à sa reconnaissance comme substrat dans les réactions du métabolisme glucidique. On leur donne le nom de kinases ou de phosphorylases. Sur les oses : • Hexokinase (EC 2.7.1.1) • Glucokinase (EC 2.7.1.2) • Phosphofructokinase ou fructose 6-è kinase (EC 2.7.1.4)
  • 52. 4.2.5 - Phosphotransferases Sur les lipides • Glycérol kinase (EC 2.7.1.30) Sur les molécules aminées • Créatine kinase (EC 2.7.3.1) ATP + créatine  Phosphocréatine + ADP Sur les nucléosides et les nucléotides • Adénosine kinase (EC 2.7.1.20) ATP + Adénosine  ADP + AMP • Adénylate kinase (EC 2.7.4.3) ATP + AMP 2 ADP • les nucléosides monophosphates kinases • les nucléosides diphosphates kinases qui interviennent dans la synthèse des acides nucléiques.
  • 53. 4.3 - Les Hydrolases Ce sont des enzymes de dégradation. Elles provoquent la coupure d'une molécule et fixent les radicaux H et OH de l’eau sur les valences libérées. Ce sont des enzymes sans coenzymes. Elles interviennent sur les fonctions éthers, acétals, esters phosphoriques, liaisons O-O des peroxydes, C-N des amides. Il est très difficile de les classer. Le plus simple est d'étudier leur action sur quelques groupes de molécules.
  • 54. 4.3.1 - Hydrolases des glucides On les appelle des osidases. Elles coupent les liaisons O-osidiques ou N-osidiques. Elles sont spécifiques de leurs substrats et de l'anomérie des carbones acétaliques. Sur les osides on distingue les a-glucosidases, ß-glucosidases, ß- galactosidases Sur les polyosides, on a les a- amylases, ß-amylases, elles hydrolysent toutes les deux les liaisons a(1,4) et l’amyloglucosidase qui hydrolyse à la fois les liaisons a(1,4) et a(1,6).
  • 55. 4.3.2 - Hydrolases des esters phosphoriques d'oses On y rencontre les phosphatases qui enlèvent le groupement phosphorique. Leur rôle est inverse de celui des kinases : • Glucose 6-phosphatase Glucose 6-P + H2O  Glucose + Pi • Glucose 1-phosphatase Glucose 1-P + H2O  Glucose + Pi • Fructose 1,6 bisphosphatase Fructose-1,6-bisP + H2O  Fructose 6-P + Pi
  • 56. 4.3.3 Hydrolases des lipides * Hydrolases des triglycérides - Triglycéride lipase Triglycéride + H2O  2 Acides gras + 2-monoacylglycérol - Diglycéride lipase) Diglycéride + H2O  2 Acides gras + glycérol * Phospholipases : ces enzymes hydrolysent les phospholipides. On distingue selon le site d'action de l'enzyme - Phospholipase A1 (3.1.1.32) enlève l'acide gras lié à la fonction alcool primaire du glycérol - Phospholipase A2 (3.1.1.4) enlève l'acide gras lié à la fonction alcool secondaire du glycérol - Phospholipase C (3.1.1.4) intervient sur la fonction ester liant le glycérol et le phosphate - Phospholipase D (3.1.4.4.) sépare l'acide phosphatidique de l'alcool.
  • 57. 4.3.4 - Hydrolases des peptides et des proteines Ces hydrolases interviennent sur la liaison peptide des peptides et des protéines. On distingue les peptidases et les protéinases selon que le produit de la réaction est un acide aminé ou un peptide.
  • 58. Les peptidases - Aminopeptidases libèrent séquentiellement les acides aminés N-terminaux. - Carboxypeptidases libèrent séquentiellement les acides aminés C-terminaux. - Dipeptidases hydrolysent les dipeptides.
  • 59. Protéinases : hydrolases des protéines On les appelle des endoprotéinases car elles coupent les liaisons peptidiques situées à l'intérieur de la protéine loin des acides aminés C et N terminaux. On peut les nommer suivant leur site d'action ou la structure des protéines elles-mêmes. - Selon leur lieu d'action on distingue : · les protéinases des sucs digestifs · les protéinases du plasma sanguin · les protéinases du tissu conjonctif · les protéinases intracellulaires
  • 60. Protéinases : hydrolases des protéines -Selon la structure, leur nom dérive de l'acide aminé ou du métal situé au niveau de leur site catalytique . C'est ainsi que nous distinguons : les sérine-protéinases · la trypsine du pancréas ( 3.2.21.4) · la chymotrypsine (3. 4. 21. 1) du pancréas · la thrombine (3.4.21.5) du plasma sanguin les thiol-protéinases la papaïne (3.4.22.2) protéine végétale les métalloprotéinases collagénase (3.4.24;3)
  • 61. 4.3.5 - Hydrolases des nucléosides, nucléotides et acides nucléiques On distingue les : Nucléosidases - Les Nucléosidases (3.2.2.1) Elles clivent les liaisons N-osidiques N-ribosyl-purine + H2O  purine + ribose - AMP-nucléosidase (3.2.2.4) AMP + H2O  Adénine + ribose phosphate Nucléotidases - 5'-Nucléotidases (3.1.3.5) Ribonucléoside 5-phosphate  Ribonucléoside + H3PO4
  • 62. 4.3.5 - Hydrolases des nucléosides, nucléotides et acides nucléiques Nucléases ou hydrolases des acides nucléiques Elles clivent les liaisons phosphodiestérs des acides nucléiques. On distingue les endonucléases qui coupent des liaisons à l'intérieur de la molécule et les exonucléases lorsqu'elles enlèvent les nucléosides 5'-phosphates les uns après les autres à partir de l'extrémité. • 3'-Exonucléase ou Phosphodiestérase I (3.1.4.1), les mononucléotides 5'- phosphates sont enlevés les uns après les autres à partir de l'extrémité 3'. • Désoxyribonucléase I (3.1.4.5) (DNAse 1), c'est une endonucléase qui libère des oligodésoxynucléotides • Ribonucléase I (3.1.4.2.2), endonucléase contenue dans le suc pancréatique. Elle fragmente aussi les ARN en oligonucléotides. • Les enzymes de restriction appartiennent aussi à cette classe.
  • 63. 4.3.6 - Hydrolases des esters ou anhydrides phosphoriques • Phosphatase alcaline (3.1.3.1) : elle n'est active qu'en milieu alcalin, peu spécifique des monoesters alcalins, active dans toutes les cellules. • Phosphatase acide (3.1.3.2) : elle est active dans les cellules osseuses • ATPases ou adénosine triphosphatase (3.6.1.3) • Nucléoside diphosphatase (3.6.1.1) ADP (ou GDP) + H2O  AMP (ou GMP) + H3PO4 • Pyrophosphatase (3.6.1) transforme le pyrophosphate en 2 orthophosphate
  • 64. 4.4 - Les lyases ou synthases On y trouve les enzymes suivantes : décarboxylases, lyases proprement dites, synthases, hydratases, déshydratases, etc...
  • 65. 4.4.1 - Décarboxylases Le produit de réaction après le départ de CO2 est un carbonyle ou une amine • Acétoacétate décarboxylase (4.1.1.4) Acétoacétate  Acétone + CO2 • Lysine décarboxylase (4.1.1.18) Lysine  cadavérine + CO2
  • 66. 4.4.2 - Aldehydes-lyases Les enzymes font apparaître une liaison aldéhyde à la suite du clivage d'une liaison -C-C dont l'un des carbones porte une fonction alcool secondaire. C'est le cas de • fructose 1-6 bisphosphate aldolase fructose 1-6 bis(P)  3-(P)dihydroxyacétone + 3- (P)glycéraldéhyde
  • 67. 4.4.3 - Acyl-lyases Ou Acylsynthase Citrate synthase (4.1.3.7) On l'appelle aussi enzyme condensante. C'est une enzyme importante du cycle de Krebs Oxaloacétate + acétyl-CoA + H2O  Citrate + HSCoA
  • 68. 4.4.4 - Hydratases Et Deshydratases Elles fixent ou enlèvent une molécule d'eau, à ne pas confondre avec une hydrolase R-CHOH-CH2-R' ↔ R-CH=CH-R' + H2O On trouve dans ce groupe : • la fumarase ou fumarate hydratase (4.2.1.2) -OOC-CH=CH-COO- + H2O ↔ -OOC-CH2-CHOH- COO- • l'énolase (4.2.1.11) 2-phosphoglycérate ↔ Phosphoénolpyruvate + H2O
  • 69. 4.5 - Les Isomerases Elles catalysent des changements de structure dans une même molécule sans changer sa formule globale (isomérisation Cis-trans, épimérisation, déplacement de radicaux, etc.)
  • 70. 4.5.1 - Epimerisation • Ribulose 5-P 3-épimérase (5.1.3.2) enzyme de la voie des pentoses phosphate D-ribulose 5-P ↔ D-xylulose 5-phosphate • UDP glucose 4-épimérase ↔ UDP galactose UDP glucose 4 ↔ UDP galactose
  • 71. 4.5.2 - Oxydoreduction intramoleculaire • triose phosphate isomérase (5.3.1.1) • Glucose 6-phosphate isomérase (5.3.1.10)
  • 72. 4.5.3 - Transport de radicaux • Phosphoglycérate mutase (5.4.2.1) • Méthyl malonylCoA carboxymutase (5.4.99.2)
  • 73. 4.6 - Ligases (synthetases) Elles forment des liaisons C-C, C-N, C-S, C-O, O-P grâce à l'utilisation de l'énergie fournie par l'hydrolyse concomitante d'un groupement phosphate ou pyrophosphate de l'ATP 4.6.1 - Ligases formant les liaisons C-O 4.6.2 - Ligase formant des liaisons C-C 4.6.3 - Ligases des liaisons C-S 4.6.4 - Ligases des liaisons C-N
  • 75. Catalyse enzymatique • La catalyse est un processus qui augmente le taux par lequel une réaction atteint l’équilibre. • La raison que les enzymes sont des catalyseurs puissants est due à leur spécificité de liaison au substrat et leurs arrangements optimaux des groupements catalytiques.
  • 76. Les mécanismes que les enzymes utilisent sont classifiés de manière suivante : • L'enzyme fournit les groupes accepteur/donneur de protons, dans un mécanisme de catalyse acide/base. • L’enzyme peut se combiner de façon covalente avec le substrat pour former un intermédiaire qui permet une réaction plus rapide. • L'enzyme utilise des ions comme co-facteurs, pour stabiliser différentes charges (intermédiaires), pour ioniser les molécules d'eau et les rendre plus nucléophiles, et/ou pour cacher des charges.
  • 77. • L'enzyme utilise les forces électrostatiques, pour aligner le substrat et stabiliser l'état de transition. • L'enzyme fixe le substrat de telle sorte que les liens réactionnels sont situés près du site catalytique et sont orientés de telle sorte que l'état de transition est atteint très rapidement. • L'enzyme peut induire la distorsion et/ou la tension au niveau du lien à couper, ce qui le déstabilise et le rend plus facile à couper. L'enzyme fixe donc préférentiellement le substrat sous forme d'état de transition.
  • 78. 1)Mécanisme de proximité et orientation du substrat Principe d’alignement des orbitales du substrat et de l’enzyme L’enzyme et le substrat s’orientent de telle manière que les liaisons attaquables sont très proches les unes aux autres , ou de manière à ce que les groupements catalytiques forment un état transitoire beaucoup plus facilement
  • 79. 2) Catalyse covalente Certaines enzymes peuvent se combiner avec leur substrat pour former un complexe covalent instable qui subirait facilement la réaction permettant de former le produit • Les complexes covalents : formation de base de Schiff : intermédiaire formé entre un grpt NH2-lys et un H du substrat ,Ex : transaminase • Les enzymes peuvent être classées selon leur intermédiaire covalent , selon le type d’AA du site actif sur lequel réagit le substrat ▫ Enzyme à Ser : permettant des réactions de transfert d’acyls par un grpt Phosphate ▫ Enzyme à Cys : permettant la formation d’une liaison thioi-ester entre SH de Cys du site actif et un grpts acyl du substrat ▫ Enzyme à His : permettant le transfert d’un grpmt Phosphate par l’intermédiaire de l’imidazole ▫ Enzyme a Lys : liaison NH2--- COOH du substrat
  • 80. La catalyse covalente se divise en deux étapes : 1) la réaction nucléophile entre le catalyseur et le substrat afin de former une liaison covalente 2) le retrait d'électron du centre réactionnel par le catalyseur qui est devenu électrophile But : le complexe intermédiaire instable diminue la barrière énergétique par une attaque par un grpmt nucléophile de l’AA du site actif sur un grpmt électrophile du substrat .
  • 81. 3) Catalyse acide - base 02 types • Catalyse acide – base spécifique : dont l’activation est proportionnelle à la concentration des ions H+ et OH- • Catalyse acide – base générale : dont l’effet activateur est proportionnel a la concentration des acides généraux et bases générales Les enzymes possèdent au niveau du site actif des grpmt fonctionnels qui peuvent se comporter comme des acides généraux ou base générales qui comportent des grpmt : COOH , NH2 , SH , phénol , imidazol . Pour le grpt imidazole de l’His : grpt très puissant de la catalyse acide-base ; il est très réactif à cause du pK ; peut agir comme donneur ou accepteur de protons
  • 82. Réaction catalysée par Ribonuclease A illustre la catalyse acide - base générale : La RNase A est un enzyme digestif qui hydrolyse l’ARN. Le profil pH de la réaction démontre un maximum vers pH de 6 et correspond en effet à l'ionisation de deux groupements, His 12 et His 119.
  • 83. Deux acides aminés histidines (His 12 et His 119) agissent de façon concertée dans un mécanisme acide/base. 1) His 12 agit comme la base, retirant un proton du groupe 2'-OH de l’ARN, ce qui permet une attaque nucléophile sur l'atome de phosphore adjacent. De même, His 119 agit comme un acide et provoque le bris du lien en protonant le groupe R'-O-. 2) L'intermédiaire 2'-3'-cyclique est hydrolysé par le processus inverse de l’acide/base. His 12 est maintenant l'acide et His 119 la base.
  • 84. 4 )Catalyse métallo-dépendante Presque un tiers des enzymes connus sont dépendants des ions métalliques pour leur catalyse Les métalloenzymes se divisent en deux classes qui sont distinguées par la force des interactions protéine - ion : a)Métalloenzymes possédant des ions métalliques fortement liés comme Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Mn2+, ou Co2+. b) Des enzymes activés par des ions métalliques faiblement lie en solution comme Na+, K+, Mg2+, ou Ca2+.
  • 85. Les ions de métal participent à la catalyse en trois façons majeures : 1) dans la liaison des substrats afin de l'orienter 2) facilitation des réactions oxydation-réduction par leurs changements réversibles de leur état d'oxydation 3) Stabilisation électrostatique des charges négatives Les métaux sont très souvent des meilleurs catalyseurs que des protons parce que les ions métalliques peuvent être présents en hautes concentrations et possèdent des charges stable
  • 86. L'enzyme d’anhydrase carbonique est un bon exemple. L'enzyme utilise le zinc pour catalyser la réaction : CO2 + H2O ⇌ HCO3- + H+ en trois étapes.
  • 87. 1) coordination d’une molécule de zinc par trois histidines et une molécule d'eau. Il est postulé que l'ionisation de la molécule d'eau est facilitée par catalyse base générale impliquent le résidu histidine- 64 voisin
  • 88. 2) attaque nucléophile par le OH- du CO2 et la conversion en HCO3- 3) régénération du site catalytique par la liaison d'une autre molécule de H2O possiblement avant le départ de HCO3- à travers un intermédiaire du complexe de zinc penta coordonné.
  • 89. 5) Catalyse électrostatique Les distributions de charges dans un site actif sont arrangées afin de stabiliser les états de transition. Les simulations sur ordinateur indiquent que la réduction de la barrière de l’état de transition par des effets électrostatiques est un composant important de catalyse. On pense que l'enzyme pliée fournit un environnement polaire pré- organisé qui déjà est partiellement orienté pour stabiliser l'état de transition.
  • 90. 6) l’effet de torsion ou de distorsion La catalyse enzymatique est basée sur la relation entre la conformation enzymatique et l’activité enzymatique L’enzyme peut produire une torsion ou une distorsion de la liaison sensible à l’attaque du substrat ce qui la rend plus facile à rompre La catalyse enzymatique est un moyen de diminution de l’energie d’activation
  • 92. Isoenzyme : définition Les isoenzymes sont des formes différentes d’une enzyme catalysant la même réaction biochimique . Ces formes multiples peuvent apparaitre dans les même espèces , les même tissus , ou même dans les même cellules . Elles diffèrent généralement par leurs : • Ppté physicochimiques (PM, mobilité, pH …) • Ppté cinétiques (Km , Vmax…) • Ppté régulatrices ( inhibiteurs , activateurs ) • Type de cofacteurs utilisés (NAD et NADP …) • Distribution subcellulaire (soluble , membranaire ) Cette différence est due aux variations au niveau de leurs structures primaires ( séquence en AA similaires mais non identiques ) Généralement ces différentes formes partagent la même origine génétique mais parfois elles dérivent de gènes différents
  • 93. Causes de variabilité 1) Modification de la charge électrique : La modification de la charge d’une protéine suite à un changement de la structure primaire, peut résulter d’une mutation ponctuelle, par exemple. Les conséquences qui en résultent peuvent donner des électrophorèses "anormales"
  • 94. 1) Modification de la charge électrique
  • 95. 2) Modifications post-traductionnelles Les modifications post-traductionnelles conduisant aux associations de sous-unités et la mise en place de structures tertiaires ou quaternaires, formation de complexes avec des glucides et des acides nucléiques, adénylation, phosphorylation, dégradation sélective...
  • 96. Intérêt L’organisme doit réguler les activités catalytiques de ses enzymes afin de coordonner ses nombreuses voies métaboliques , la présence des isoenzymes contribue à cette régulation : 1) Régulation des voies métaboliques différentes selon les organes Ex : Glycogène phosphorylase hépatique et musculaire , leur régulation est différente reflétant les rôles différents de la glycogénolyse dans ces deux organes
  • 97. 2) Régulation à l’intérieur de la cellule par la présence des formes différentes d’enzymes Ex : isoenzymes de l’isocitrate déshydrogénase IDH1  cytoplasme  NADP dépendante IDH2  mitochondrie  NADP dépendante IDH3  mitochondrie  NAD dépendante Réaction anabolique Phosphorylation réductrice ( synthèse des oxydative (Production AG ) d’énergie )
  • 98. 3) L’adaptation fine des vitesse métabolique par l’intermédiaire de réponses différentes des formes isoenzymatiques à des modulateur allostérique . Ex : la glucokinase du foie et les isoenzymes hexokinase d’autres tissus différent par leur sensibilité à l’inhibition par leur produit : le glucose 6 phosphate ( le G6P est un inhibiteur de l’héxokinase , mais n’agit pas sur la glucokinase ).
  • 99. Exemples d’isoenzymes • LDH • CPK • a Amylase • Phosphatase alkaline
  • 100. LDH : lactate déshydrogénase Définition : Ce sont des enzymes cytoplasmiques catalysant les réactions de réduction céto-acides en acide-alcool. La LDH est présente dans de nombreux tissus, elle n'est pas spécifique.
  • 101. Structure : La L-lactate déshydrogénase à NADH est une enzyme tétramérique. Chez les mammifères, chaque sous-unité peut être soit de type H (anglais heart = cœur) ou M (muscle) . Suivant le type d'assemblage formé, Il y a donc cinq isotypes de LDH : ▫ LDH1 = H4 (4 sous-unités heart) ▫ LDH2 = H3M ▫ LDH3 = H2M2 ▫ LDH4 = HM3 ▫ LDH 5= M4 (4 sous-unités muscle).
  • 102. En électrophorèse, à pH alcalin : • La LDH1 est présente dans le cœur, mais également dans le cerveau, le rein, les hématies : elle est dite également hydroxybutyrate deshydrogénase, ou a HBDH. • La LDH3 et LDH4 existent dans les poumons. • La LDH5 est présente dans le foie et les muscles du squelette.
  • 103. Les proportions des isoenzymes :  LDH1 : 30 à 35 % des LDH totales  LDH2 : 35 à 40 %  LDH3 : 17 à 23 %  LDH4 : 0 à 7 %  LDH5 : O à 9 % Chaine H Chaine M
  • 104. CK : Creatine kinase Enzyme musculaire présente essentiellement dans le muscle strié. Elle possède donc un rôle fondamental dans la contraction musculaire en constituant des réserves en énergie pouvant être directement utilisables par la cellule.
  • 105. Les isoenzymes de la CK : La CK est formée de deux sous unité M et B Il existe plusieurs isoenzymes de la CK. Principalement trois fractions sont connues : ▫ CK-MM qui se trouve en majorité dans le tissu musculaire ; ▫ CK-MB qui se trouve en majorité dans les cellules myocardiques ; ▫ CK-BB qui se trouve en majorité dans le cerveau.
  • 106. a-Amylase Définition : L'amylase (EC 3.2.1.1) est une enzyme digestive classée comme saccharidase (enzyme qui brise les polysaccharides). C'est surtout un constituant du suc pancréatique et de la salive, requis pour le catabolisme des glucides à longue chaîne (comme l'amidon) en unités plus petites
  • 107. Isoenzymes : Il y a deux iso-enzymes de l'amylase : l'amylase pancréatique et l'amylase salivaire. Elles se comportent différemment au focusing isoélectrique, et peuvent être séparées en testant par les anticorps monoclonaux spécifiques. la ptyaline ou amylase salivaire est une substance qui existe dans la salive
  • 108. Les phosphatases alcalines Définition : Ce sont des métallo-enzymes contenant du zinc. Elles sont dimériques et hydrolysent les esters phosphoriques à pH alcalin
  • 109. les isoenzymes de la PAL : Il existe au moins 4 isoenzymes de la PAL, codés par des gènes distincts. Les 3 premiers gènes sont localisés sur des régions contiguës du chromosome 2. Ils codent respectivement pour les PAL: ▫ placentaire ▫ intestinale ▫ des cellules germinales. Le 4ème gène est localisé sur le chromosome 1. On l'appelle le gène des tissus non spécifiques, en raison de la diversité des tissus où il s'exprime. Ex: dans le foie, la phosphatase hépatique Dans l'os, la phosphatase osseuse.
  • 110. • La fraction hépatique représente 30 à 50 % des PAL. • La fraction osseuse représente 50 à 70 % des PAL. Elle est même égale à 90 % pendant l'enfance. Elle se module selon l'âge: elle augmente chez l'enfant et le vieillard. • La fraction intestinale représente 0 à 20 % des PAL.
  • 111. Caractérisation des isoenzymes : Elles diffèrent par: ▫ leur charge moléculaire, ▫ leur sensibilité à la chaleur, ▫ leur réactivité immunologique ▫ l'action de certains inhibiteurs. Ainsi on peut les isoler et les caractériser
  • 112. Variation des isoenzymes : • La fraction hépatique s'élève lors de maladies hépatiques • la fraction osseuse augmente en pathologie lors d'ostéosarcome ou de maladie de Paget • la fraction intestinale augmente lors d'une cirrhose. • la fraction placentaire augmente lors du 3ème trimestre de la grossesse. • les enzymes onco-fœtales sont retrouvés dans des pathologies tumorales. Il en existe 3 catégories : Reagan , Kasahara , Nagao
  • 114. 1 - définition Le coenzyme est une molécule organique d’origine vitaminique non synthétisé par l’organisme le plus souvent , indispensable pour la catalyse enzymatique
  • 115. 2 – caractéristiques des coenzymes 1. Thermostable , donc non protéique 2. De faible poids moléculaire 3. La plus part dérvivent des vitamines fournies par l’alimentation 4. Possèdent des cycles et des hétérocycles avec une structure fortement conjuguée (pptées spectrales ) 5. Participent de marniere stoechiométrique dans la réaction (mole à mole ) 6. Se retrouvent intact à la fin de la réaction 7. Ils transfèrent d’une unité à une autre une entité X ( éléctron , acyle , P ) en le prenant transitoirement en charge 8. N’interviennent pas dans la spécificité de la réaction
  • 116. 3 – classification des Coenzymes On a deux classification : 1. Selon le mode de liaison à l’apoenzyme 1. Coenzyme lié ou groupement prosthétique = coenzyme activateur 2. Coenzyme libre ou cosubstrat = conenzyme transporteur 2. Selon la réaction catalysée par l’enzyme : 1. Coenzyme d’oxydoréduction 2. Coenzyme de transfert de groupement
  • 117. 1- selon le mode de liaison à l’apoenzyme 1 – Coenzyme liés ou groupements prosthétiques = coenzyme activateur 1. Ils sont solidement fixes à l’apoenzyme par des liaisons fortes (covalentes) et/ou faibles (ioniques , hydrogène) 2. Ainsi , ils sont spécifiques d’une seule enzyme et ils ne s’en détachent pas au cours de la réaction 3. Ils fonctionnent dans une seule réaction au cours de laquelle ils charent puis déachargent X ( ou rarement dans 2 réactions mais intimement liées au sein dun complexe enzymatique) 4. Leur séparation de l’apoenzyme peut entrainer la dénaturation de l’enzyme EX. de CoE groupement prosthétique : le FAD
  • 118. 2- Coenzyme libres ou cosubstrats = coenzymes transporteurs 1. Ils se lient à l’enzyme de manière transitoire (par liaisons faibles) et sont donc facilement dissociables de l’enzyme (par dialyse) 2. Ils fonctionnent dans 2 réactions enzymatique différentes : 1. La 1ere réaction : il chargent X 2. La 2eme réaction : ils déchargent X . Le CoE joue le role d’un 2eme substrat pour l’enzyme 3. Ils sont souvent modifiés après la réaction et doivent être ensuite régénérés par une 2eme enzyme 4. Plusieurs enzymes peuvent utiliser le meme coenzyme EX de CoE Cosubstrat : le NAD
  • 121. Les coenzyme d’oxydoréduction Ce sont les cofacteurs des oxydoréductases Ces enzymes peuvent etres classées en 4 groupes selon la nature de l’accepteur d’é ou des atomes d’H cédés par le substrat déduit AH2 :
  • 122. 1- les oxydases L’accepteur de l’H est l’O2 AH2 + ½ O2  A + H2O Exemple : la cytochrome oxydase ( CoE héminique )  de la chaine réspiratoire
  • 123. 2-Les déshydrogénases L’accepteur d’é ou d’H est un autre substrat que l’ O2 AH2 + B  A+ BH2 Exemple : • La glycérol-3-phosphate DH ( CoE à NAD )  glycolyse • La succinate DH ( CoE à FAD )  cycle de KREBS
  • 124. 3- les hydro peroxydases L’accepteur de l’H est le peroxyde d’hydrogène H2O2 Exemple : • La catalase : 2 H2O2  2 H2O +O2 • Peroxydases : AH2 + H2O2  A+ 2 H2O
  • 125. 4- les oxygénase L’oxygène est fixé directement sur une molecule de substrat 4-1 les mono oxygénases : a) Les hydrolases fixent un atome d’O sur un substrat principal AH, l’autre atome doxygene étant réduit en H2O grâce à 2 proton fournis par une substrat BH2 Ex : phénylalanine monooxygénase = PAHydrolase
  • 126. b) Les désaturease ( à CoE héminique ) fixe un atome d’oxygéne sur les 2 atome d’H fournis par le substrat primaire cr »ant une double liaison , et l’autre atome d’O sur les 2 atomes de H fournis par le substrat secondaire Ex : la stéaryl-COA désaturase 4-2 les dioxygénases : ( fixent 2 atomes d’O sur la molécule du substrat ) Ex : la tryptophane dioxygénase
  • 128. COENZYMES DE TRANSFERT DE GROUPES 1. PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP) 2. PYROPHOSPHATE DE THIAMINE (TPP) 3. BIOTINE 4. FOLATES (vit B9) 5. COBALAMINE (vitamine B12) 6. COENZYME A 7. NUCLEOSIDES 5' MONO ET POLYPHOSPHATES
  • 129. 1. PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP) Réactivité : 1. Transamination entre un a aminoacide et un a cétoacide 2. Décarboxylation 3. Racémisation
  • 130. Transamination entre un a aminoacide et un a cétoacide
  • 131. 2. PYROPHOSPHATE DE THIAMINE (TPP) Principaux types de réactions catalysées : 1. Décarboxylation d'acides a cétoniques 2. Réactions de transcétolisation
  • 132. 3. BIOTINE Réactivité : 1. Carboxylation 2. Décarboxylation 3. Transcarboxylation
  • 136. 5. COBALAMINE (vitamine B12) Types de réactions où intervient le coenzyme B12 1. Isomérisations 2. Transfert de groupe CH3 le cobamide coenzyme B12 R = — 5' désoxyadénosine les vitamines B12 : R = — CN pour la cyanocobalamine (vit B12) R = — OH pour l'hydroxycobalamine (vit B12a) R = — CH3 pour la méthylcobalamine (méthyl B12)
  • 138. Réactions catalysées 1. Réactions d'acylation 2. Réactions de condensation
  • 139. 7. NUCLEOSIDES 5' MONO ET POLYPHOSPHATES
  • 140. Propriétés de l'ATP 1. Hydrolyse de l'ATP 2. Complexation
  • 141. Principaux types de réactions ou intervient l'ATP 1. Transfert de phosphate 2. Transfert de pyrophosphate 3. Transfert d'adénosine monophosphate
  • 142. Autres nucléosides phosphates 1. Nucléosides diphospho – oses 2. Nucléosides monophosphate cycliques
  • 143. COENZYMES D'OXYDO-REDUCTION 1. COENZYMES NICOTINIQUES 2. COENZYMES FLAVINIQUES 3. COENZYMES QUINONIQUES 4. ACIDE LIPOIQUE 5. ACIDE ASCORBIQUE 6. LE GLUTATHION
  • 145. Propriétés optiques des coenzymes pyridiniques
  • 146. Principaux types de réactions catalysées par les coenzymes pyridiniques 1. Oxydation d'alcools primaires 2. Oxydation d'alcools secondaires 3. Oxydation d'aldéhydes hydratés 4. Transformation d'amines primaires en cétones
  • 148. Réactions catalysées par les coenzymes flaviniques 1. Hydrogènes provenant d'un substrat réduit XH2 2. Hydrogènes issus de coenzymes nicotiniques réduits
  • 154. La fonction des enzymes est liée à la présencedans leur structure (secondaire et tertiaire) d'un site particulier appelé le site actif Schématiquement, il a la forme d'une cavité ou d'un sillon dans lequel vont se fixer les substrats grâce à plusieurs liaisons chimiques faibles. Une fois fixés, les substrats vont réagir et se transformer en produit. La représentation de la structure du site actif des enzymes a évolué avec les progrès réalisés à la fois dans la détermination expérimentale de la structure des protéines et dans le développement des logiciels de visualisation de ces structures
  • 155. Il est constitué de deux parties : 1. Le site de reconnaissance (ou site de liaison au substrat); permettant de fixer le substrat grâce à certains acides aminés 2. Le site catalytique (où a lieu la transformation du substrat);permettant de transformer le substrat grâce à des acides aminés qui interagissent avec le substrat.
  • 156. Reproduction de la première représentation schématique d’un substrat dans son site actif due à E.F. ARMSTRONG (1904) : A cette époque, le glucose était représenté sous la forme d’un cycle à 5 pièces et la structure de l’enzyme dont la nature n’était pas établie était matérialisée par un trait gras. Malgré sa simplicité, cette représentation mettait déjà en évidence le contact intime existant entre l’enzyme et le substrat.
  • 157. Représentation moderne du site actif de la chymotrypsine (code pdb : 1GG6) occupé par un inhibiteur à l’aide du logiciel VMD (HUMPHREY, DALKE et SCHULTEN, 1996) : L’enzyme est représenté sous la forme d’une surface. Les parties ombrées indiquent les résidus essentiels directement impliqués dans la catalyse chimique ou dans la fixation de l’inhibiteur. L’inhibiteur est représenté de manière simplifiée (Image préparée par H. VALADIE).
  • 161. 2 modèles : • Clé-serrure (modèle de Fischer) • Adaptation induite (modèle de Koshland) 2 évènements : • Reconnaissance, orientation, placement, disposition du substrat (site actif) • Transformation du substrat (site catalytique)
  • 164. Illustration du sit actif/catalytiqu à l’aide d’exemples L’hexokinase Le lysozyme L’a-chimotrypsine
  • 166. l’hexokinase un modèle de l’adaptation induite hexokinase avant liaison du D- hexokinase après liaiso du D- glucose glucose