enzymologie (paces) pr s. kamel faculté de pharmacie amiens biologiste chu amiens
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ENZYMOLOGIE
(PACES)
Pr S. Kamel
Faculté de pharmacie Amiens
Biologiste CHU Amiens
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I - INTRODUCTION
3 caractéristiques pour une réaction chimique dans la matière vivante :
Rapidité
Température peu élevée
Spécificité
CATALYSEURS = PROTEINES = ENZYMES
Intérêt fondamental
Réactions du métabolisme (régulation ++ : production de métabolites)
Pharmacologie moléculaire (inhibiteurs d’enzymes = médicaments)
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Alpha-galactosidase
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- Site actif = ensemble d’ acides aminés (AA)
- Interaction substrat + AA (liaisons de faible énergie)
Rapprochement ++ des espèces moléculaires
Effet de voisinage (différence ++ avec la chimie : pas d’agitation moléculaire)
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Equation de Michaelis et Menten
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Km : affinité
Km : affinité
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Km est indépendant de la concentration d’enzyme
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Unité de l'activité enzymatique
L'activité enzymatique d'une solution est le nombre de mole de substrat qu'elle dégrade par seconde
Katal (Kat)L'unité officielle de la mesure de l'activité enzymatique.C'est la quantité d'enzyme qui catalyse la transformation d'une mole de substrat par seconde
L'unité international (U.I)unité très usuelle C'est la quantité d'enzyme qui catalyse la transformation d'une mole de substrat par minute
1UI= 16nKat.
DosageLa mesure de l'activité enzymatique d'une solution permet de doser une enzyme. Il faut faire la mesure dans des conditions définies de pH, de T°(souvent 37°), de [S], …)
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Représentation de Lineweaver et Burk
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pH optimal voisin de 7 (enzymes actives à pH acide ou alcalin)mesure de l’activité d’une E dans des conditions définies de pH et de T°
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III- Les Effecteurs d’Enzyme Michaeliens
1 – Définition
Molécule chimique qui par sa liaison avec l’enzyme (ligand) module la vitesse de la réaction enzymatique :
- en l’accélérant = activateurs (ions divalents Zn++)
- en la ralentissant = inhibiteurs (applications pharmacologiques)
2 – Cas de l’inhibition irréversible
E + I E I
Liaison covalente
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- DFIP = gaz neurotoxique- Autre ex : pénicilline (inhibiteur irréversible de la transpeptidase bactérienne)
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3-2 Inhibition non compétitive
Inhibiteurs non compétitifs ≠ analogue structural
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3-3 Inhibition uncompétitive (anticompétitive)
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Autres exemples d’inhibiteurs enzymatiques
- Acyclovir : inhibiteur de la thymidine kinase virale
- Pénicilline : inhibiteur de la transpeptidase bactérienne
- Statines : inhibiteur de l’HMG coA réductase = hypocholestérolémiant
AcétylCoA
AcétoacétylCoA
Hydroxyméthylglutaryl CoA
(HMG CoA)
2 NADPH 2 NADP+ 2H+
CoA
Mévalonate
(HMG CoA) réductase
Statine (lovostatine)
-
- Membranes
- Acides biliaires
- Hormones Stéroides
...
cholestérol
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IV – Les enzymes allostériques
1 – Allostérie : définition
Ex : Myoglobine et hémoglobine ≠ Enzymes
Myoglobine (Mb) : - O2 dans le cytoplasme- 1 chaîne polypeptidique (153 AA)- 1 molécule d’héme
Hémoglobine (Hb) : - O2 dans le sang (GR) - 4 chaînes polypeptidiques (tétramères)
2 et 2ß - 4 molécules d’Hème (4 O2)
Courbe de saturation en O2 de la Mb et de l’Hb :- Pour Mb : Hyperbole- Pour Hb : Sigmoïdes
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Interprétation :
Mb : 1 chaîne polypeptidique cinétique de saturation michaélienne
Hb : 4 chaînes polypeptidiques = oligomère (structure quaternaire)
Fixation d’une molécule d’O2 sur une sous unité entraîne une modification conformationnelle d’une autre sous unité qui est alors capable de fixer une autre molécule d’O2 : effet de coopérativité positive = protéine allostérique (intérêt physiologique +++)
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Allostérie : propriété de certaines protéines actives oligomériques (transporteurs, canaux, pompes, enzymes…) de changer de structure spatiale lorsqu’elles se lient à une molécule de ligand (substrat ou effecteur), cette liaison se traduisant par une modification d’activité.
Forme T (tendue)
Forme R (relachée)
Site actif impropre à la fixation du substrat
Site actif permettant la fixation du substrat
Transition allostérique
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2 – La cinétique allostérique
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3- Modèle d’interprétation
3-1 Modèle concerté de Monod, Wyman et Changeux
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3-2 Modèle séquentiel de Koshland
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4 – action des effecteurs allostériques
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5 – Régulation des métabolismes in vivo par les enzymes allostériques
5-1 Définitions
Métabolisme : ensemble de réactions biochimiques permettant la synthèse ou la dégradation d’un métabolite (substrat)
Catabolisme : voie métabolique conduisant à la dégradation d’un métabolite (glycolyse : dégradation du glucose)
Anabolisme : voie métabolique permettant la biosynthèse d’un métabolite (glycogenèse : synthèse du glycogène)
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Biosynthèse de X ou dégradation de A
A B C D….X
E1 E2 E3 E4
Rétro-inihibition (feedback négatif)
E1 = enzyme allostériqueX = métabolite terminal = inhibiteur allostérique (régule sa propre biosynthèse)
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Ex : régulation allostérique de la glycolyse
Glucose glucose 6 P Fructose 6 P
Fructose 1-6 Bi P
Pyruvate
production d’ATP++
PFK Phosphofructokinase
Cycle de KrebsRétro-inhibition
AMP
+
[ATP] glycolyse
[ATP] (AMP ) glycolyse
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V – Coenzymes et groupes prosthétiques
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VI – Applications générales des enzymes
1 - Dosage des activités enzymatiques : intérêt en pathologie humaine
- Localisation cellulaire
LDH : lactate deshydrogénaseCPK : créatine phosphokinaseASAT : aspartate aminotransférase
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Localisation tissulaire : organospécificité
- Créatine phosphokinase (CPK) : muscle squelettique, cœur- Lactate deshydrogénase (LDH) : foie, cœur- Aspartate aminotransférase (ASAT) : foie, cœur- Phopshatase alcaline (PAL) : foie, os, placenta- Gamma glutamyl transférase : foie, rein
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- Méthode en point final : transformation totale
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