Cinétique enzymatique 1

1. Chapitre :4
Notions d’enzymologie

2. Définition d’une enzyme :
Biomolécule de nature protéiqueayant un pouvoir catalytique
élevé et douée de spécificité.
Protéines globulaires de poids moléculaire élevé .
Existence de protéines enzymatiques de structures tertiaires,
D’autres de structures quaternaires.
Dans tous les cas grande importance de la structure spatiale
Native (notion de site actif).

3. 2. Enzymes = protéines *
* sauf les ribozymes

6. Définition d’une enzyme :
Biomolécule de nature protéiqueayant un pouvoir catalytique
élevé et douée de spécificité.
• Spécificité réactionnelle : chaque enzyme ne catalyse
qu’une seule réaction (ou un groupe de réactions du même
type).
• Spécificité de substrat : « reconnaissance » du substrat
par l’architecture spatiale de l’enzyme.

7. Importance de l’intégrité de la structure
• Dénaturation: modification de la structure induisant une
perte de l’activité biologique
– Réversible – irréversible
– Température élevée, pH extrême, agents chimiques
• Structure quaternaire: doit être habituellement conservée
pour l’activité catalytique
– Sous-unité = protomère
– Monomère - hétéropolymère - homopolymère

8. Cristallographie aux rayons X
Créatine kinase
Alanine Aminotransferase

9. Nomenclature
• Commission de l'Union Internationale de
Biochimie (International Union of
Biochemistry and Molecular Biology =
IUBMB)
http://www.expasy.org/enzyme/

10. Comment nommer une enzyme ?
Nom commun (abréviation)
Nom systématique: nom du(des) substrat(s), suivi du type de réaction.
Nombre EC (Enzyme Commission) (4 nombres):
classe.sous-classe.sous-sous-classe.ordre chronologique de description
ATP + créatinine ADP + créatine phosphate
Ex. nom commun : créatine kinase (CK)
nom systématique : ATP:créatine N-phosphotransférase
nombre EC 2.7.3.2 :classe 2 : transférase
sous-classe 7 : transfert de phosphate
sous-sous-classe 3: azote comme accepteur
ordre de description: 2ème
enzyme décrite

11. 6 classes / 4 à 13 sous-classes et sous-sous-classes
Classe 1 Oxydoréductases oxydoréduction
la plupart sont des déshydrogénases
Exemple : lactate déshydrogénase
Classe 2 Transférases transfert de groupes fonctionnels
Exemple : aminotransférases ; -glutamyltransférase
Classe 3 Hydrolases hydrolyses
Classe à part dans les transférases où l’eau est l’accepteur: C-Z + HOH ------ C-OH + H-Z
Exemple : lipase
Classe 4 Lyases élimination de groupe et formation d’une double liaison
Exemple : aldolase, décarboxylase, désaminase
Classe 5 Isomérases isomérisation
Un substrat et un produit
Exemple : triose phosphate isomérase
Classe 6 Ligases formation d’une liaison avec hydrolyse de l’ATP
les plus connues sont les synthétases
Exemple : acétyl-CoA-carboxylase

12. Enzymes d’intérêt clinique: exemples
Nom d'usage commun Abréviation Nom systématique Nbre EC
Lactate déshydrogénase LDH, LD L-Lactate : NAD+
oxydoréductase 1.1.1.27
-Glutamyltransférase GGT
(5-Glutamyl)-peptide : amino-acid 5-
glutamyltransférase
2.3.2.2
Aspartate
aminotransférase
AST, (GOT) L-Aspartate : 2-oxoglutarate aminotransférase 2.6.1.1
Alanine aminotransférase ALT, (GPT) L-Alanine : 2-oxoglutarate aminotransférase 2.6.1.2
Créatine kinase CK ATP : créatine N-phosphotransférase 2.7.3.2
Lipase Lip Triacylglycerol acylhydrolase 3.1.1.3
Phosphatase alcaline ALP (PAL)
Orthophosphoric-monoester phosphohydrolase
(optimum alcalin)
3.1.3.1
Phosphatase acide ACP
Orthophosphoric-monoester phosphohydrolase
(optimum acide)
3.1.3.2
Amylase Amy 1,4--D-Glucan glucanohydrolase 3.2.1.1
Aldolase ALD
D-Fructose-1,6-bisphosphate D-glycéraldehyde-
3-phosphate-lyase
4.1.2.13

13. Une enzyme, comme toute protéine, est synthétisée
par les cellules vivantes à partir des informations
codées dans l'ADN ou dans l'ARN dans le cas de
certains virus . Il existe plus de 3 500 enzymes
différentes.

14. La structure tridimensionnelle de l’enzyme fait apparaître une
zone qui lie les substrats et permet leur réaction : site actif ou site
catalytique.
le site actif ou site catalytique est constitué d’acides aminés qui
peuvent être très éloignés les uns des autres dans la structure
primaire.
Notions de site actif

15. Substrat: molécule qui entre dans une réaction
pour y être transformée grâce à l’action catalytique
d’une enzyme.
Produit : La nouvelle molécule qui
résulte de cette transformation.
Coenzymes: molécule biologique intervenant
comme cofacteur indispensable dans la catalyse
enzymatique d’une réaction.

17.  le site actif
• domaine bien déterminé de la molécule où est localisé l’ensemble de la
réaction
• représente une petite partie de la protéine (sauf protéase, nucléase, amylase)
• cavité complémentaire à la structure du substrat
– complémentarité géométrique
– complémentarité électronique: interaction hydrophobe, liaison hydrogène, liaison ionique
– stéréospécificité
• glycolyse (D-glucose et non L-glucose)
• transaminases (L-aa et non D-aa)
• L- et D-lactate déshydrogénase
• cavité modulable
• spécificité variable :
pyruvate kinase > hexokinase

18. Trypsine
• Catalyse acide-base
• Protéase à sérine
• Triade catalytique: Asp,
His, Ser
– Ser: attaque nucléophile sur le substrat
– His: accepteur du proton en provenance
de la sérine
– Asp: stabilise His protonné

19. Trypsine: leupeptine (Leu et Arg)
chaîne latérale longue de Arg
Fond de la poche: D189 (asp). (site
actif)
Substrat: groupement carbonyle de Arg
au voisinage de S195.
aa basiques: arg-lys
Chymotrypsine: N-acPhe-tri-Fméthyl-
cétone.
chaîne latérale volumineuse et
hydrophobe de Phe
Paroi de la poche hydrophobe
Fond de la cavité: S189.
Substrat: groupement carbonyle de
Phe au voisinage de S 195
aa aromatiques: phe-tyr
Cristallisation des enzymes en présence d’inhibiteur

20. Mécanisme général d'une enzyme
S P
E
Une enzyme (E) transforme un substrat (S) en produit (P).
S ES
-Première étape. Le substrat se fixe sur l'enzyme
-La deuxième étape: la catalyse . Le substrat est transformé en produit
EP
ES
-Troisième étape. Le produit est relâché
EP E+P
K1
K-1
K2
K-2
K3
K-3
Si il y a plusieurs substrats. La réaction se fera étape par étape (et non simultanément)
pour être efficace. C'est une succession de réaction du premier ordre.
On revient toujours à ce système générale

21. état stationnaire
état post-stationnaire
3 états lors de la cinétique
état pré-stationnaire
Phases de la réaction

22. état pré-stationnaire
ne dure que quelques secondes, le temps de mélanger enzyme et substrat
produit
substrat
Phases de la réaction

23. état stationnaire
Phases de la réaction

24. état post-stationnaire
ENZYMOLOGIE
Phases de la réaction

25. à t=0, la concentration en substrat est désignée [S]0
à t=0, la concentration en produit est égale à 0
la concentration en enzyme est désignée [E]T et reste
constante tout au long de la mesure
à t=0, la concentration du complexe enzyme-substrat, [ES],
est égale à 0
E + S E + P
ES
Complexe enzyme-substrat

26. Temps
Concentrations
[S]
[P]
[E]libre
[ES]
état pré-
stationnaire
état
stationnaire
état post-
stationnaire
[S]0
[E]libre
[P]
[ES]
Complexe enzyme-substrat
E + S E + P
ES