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)
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 »
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
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.)
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"
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 ).
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
119.
120.
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
127.
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
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)
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).
