DR/House*
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 |  Sujet: la chymotrypsine  Ven 25 Nov - 1:08 | |
| Introduction :
Presque toutes les réactions chimiques qui ont lieu dans les systèmes biologiques sont catalysées par des enzymes qui constituent la classe de protéines à la fois la plus vaste et la plus spécialisée. Ils représentent l'instrument primaire direct de l'expression de l'action du gène puisqu'ils catalysent des milliers de réactions chimiques qui constituent le métabolisme Intermédiaire des cellules. Chaque réaction est catalysé par des enzymes spécifique comme les protéases qui permettent l’hydrolyse les protéines, les protéases a serine les mieux caractérisée sont la chymotrypsine la trypsine et l’élastase.
Définition :
La chymotrypsine est une peptidase du groupe des hydrolases, présente dans le suc pancréatique (liquide sécrété par le pancréas dans l’intestin). . It belongs to the family of enzymes called serine proteases that includes trypsin.Il appartient à la famille d'enzymes appelées protéases à sérine qui comprend la trypsine la chymotrypsine est composée de 241 acides aminés. Cette enzyme présente une grande spécificité d’action : elle rompt les liaisons peptidiques au niveau de certains acides aminés dits hydrophobes comme la phénylalanine, la tyrosine, le tryptophane.
La structure de la chymotrypsine :
La chymotrypsine (protéase à sérine) est constituée de trois segments reliés par des ponts disulfures.
Lorsqu'elle se replie, la chymotrypsine adopte une conformation qui correspond à deux domaines structuraux :
1. Le domaine N-terminal porte deux des trois acides aminés catalytiques : l'histidine 57 (H57) et l'aspartate 102 (D102).
2. Le domaine C-terminal porte la sérine 195 (S195).
Ces 3 acides aminés forment ce que l'on appelle la "triade catalytique" des protéases à sérine.
Structure tridimensionnelle de la chymotripsine
1 Comparaison entre la [b]Chymotrypsine, trypsine et élastase: une famille de protéines homologues :L'étude pratique a mis en évidence la spécificité des protéases chymotrypsine, trypsine et élastase. L'étude des structures tridimensionnelles a permis d'établir les relations qui existent entre structure et fonction pour chaque enzyme. Ainsi, il est établi que les 3 protéases ont une structure 3D globale très proche et utilisent le même mécanisme catalytique avec à la base l'intervention de la même triade de résidus acide aminés, leur spécificité étant liée à la présence dans le site actif d'une poche dont la conformation diffère pour chacune d'entre elles.2 Spécificité :These three proteases are the result of divergent evolution.Ces trois protéases sont le résultat d'une évolution divergente. They differ in their specificity: chymotrypsin has a large pocket which accommodates the large hydrophobic side chains of Phenylalanine, Tyrosine and Tryptophan, and so catalyses the cleavage of peptides and esters of these amino acids. Elles diffèrent par leur spécificité: la chymotrypsine a une grande poche qui accueille les grandes chaînes latérales hydrophobes de la phénylalanine, la tyrosine et le tryptophane, et catalyse ainsi le clivage de peptides et des esters de ces acides aminés. Trypsin has an Aspartate residue (189) at the bottom of the pocket (instead of Ser-189 as in chymotrypsin), and this Asp forms a salt bridge with the positively charged group at the end of the substrate Lysine and Arginine side chains, on which this enzyme acts. La trypsine a un résidu aspartate (189) au fond de la poche (au lieu de Ser-189 que dans la chymotrypsine), et ce Asp forme un pont de sel avec le groupe chargé positivement à la fin du substrat et des chaînes latérales de lysine arginine, sur que cette enzyme agit. Elastase only accommodates small hydrophobic side chains eg Alanine, as the mouth of the pocket is partially blocked by the side chains of Val-216 and Thr-226 (these residues are both Gly in chymotrypsin). Elastase n'accueille plus que les petites chaînes latérales hydrophobes, par exemple l'alanine, l'embouchure de la poche est partiellement obstruée par les chaînes latérales du Val-216 et Thr-226 (ces résidus sont à la fois dans la chymotrypsine Gly). Rôle de la chymotrypsine :
Les enzymes monomériques dotées d'un seul site actif et fonctionnant en milieu aqueux sont plutôt l'exception que la règle. En ce qui concerne le dernier point, certaines enzymes travaillent en milieu non aqueux, comme dans les membranes limitant la cellule et celles des organites, sans parler des enzymes capables de métaboliser les hydrocarbures. Cependant ces enzymes fonctionnent plutôt au sein d'émulsions lipide-eau. Le site actif des enzymes ancrées dans les membranes (la membrane cellulaire, lieu d'échange entre les compartiments intra- et extra-cellulaires, est le siège de multiples activités enzymatiques, comme la circulation de nutriments, le maintien de la différence de potentiel membranaire, et régulatrices comme les récepteurs). Il fonctionne dans une poche ou un canal hydrophile, ou bien encore à l'interface entre la double couche lipidique et le milieu aqueux qui l'entoure. La notion d'enzyme membranaire traduit le fait que ces enzymes sont intégrées dans la membrane par leur partie hydrophobe, tel que la chymotrypsine, enzyme non membranaire, se localise au cœur de la micelle inverse et qu'elle ne modifie pas le potentiel d'interaction intermicellaire. Afin de transformer la chymotrypsine en une enzyme membranaire, nous avons fixé chimiquement des molécules hydrophobes sur sa surface. La chymotrypsine ainsi modifiée est en contact avec la surface de la micelle inverse hôte. Mais contrairement aux protéines périphériques membranaires qui interagissent électrostatiquement avec les molécules tensioactives, le potentiel d'interaction intermicellaire n'est pas modifié.
Classification et dénomination :
Le nombre d'enzymes varie selon les organismes et la taille de leur génome fonctionnel (ADN codant) ainsi que selon l'état de la différenciation des cellules ou de l'organe considérés. Il doit exister chez l'homme environ 15 000 protéines à activité enzymatique. Certaines enzymes sont présentes dans toutes les cellules : celles qui réalisent les fonctions de base du métabolisme cellulaire. D'autres sont regroupées en ensembles caractéristiques d'un type de tissu ou de cellule donné : elles correspondent à des états de différenciation cellulaire. Cette multiplicité à double corps – le nombre de réactions envisageables et le nombre d'espèces vivantes – pose des problèmes importants de terminologie. On a longtemps donné à chaque enzyme un nom en quelque sorte « privé », comme hexokinase, aldolase, phosphorylase B, transcriptase inverse du virus AMV, etc., selon la proposition faite par Émile Duclaux en 1898 d'ajouter le suffixe ase au nom du substrat. Bien que des enzymes soient parfois connues sous plusieurs noms différents, cette nomenclature est toujours en usage courant dans les laboratoires et sa connaissance est essentielle à la communication vernaculaire parmi les chercheurs. Elle est formellement remplacée par une classification 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:
1 Les sérine-protéinases
Les protéases à sérine qui possèdent une triade catalytique caractéristique comprenant une sérine (d'où leur nom), une histidine et un aspartate. Le groupement hydroxyle de la sérine joue le rôle de nucléophile et attaque le carbonyle de la liaison peptidique. Parmi les protéases à sérine, on peut citer :
la trypsine du pancréas (EC 3.2.21.4), spécifique des liaisons peptidiques dans lesquelles l’acide aminé engagé par son carboxyle est une lysine ou une arginine.
la chymotrypsine (EC 3.4.21.1) du pancréas s’attaque à des liaisons peptidiques où le carboxyle engagé est un acide aminé hydrophobe ou aromatique.
la thrombine qui clive le fibrinogène en fibrine lors de la coagulation sanguine. [9]
Il y a aussi d’autre protéases à sérine comme :
les thiol-protéinases
la papaïne (3.4.22.2) protéine végétale
les métallo-protéinases
collagénase (3.4.24;3)
2 Classification de la chymotrypsine :
Les enzymes peuvent être classés selon la réaction qu'elles catalysent avec la nomenclature E.C (Enzyme commission number).
Cette nomenclature est constituée de 4 chiffres EC X1.X2.X3.X4
Le premier chiffre correspond au type de réaction catalysé : classe
Le second correspond au substrat général impliqué lors de la réaction
Le troisième correspond au substrat spécifique impliqué
Le quatrième le numéro de série de l'enzyme.
Il y a 6 classes d'enzymes :
EC1 : Oxydoréductases
EC2 : Transférases: transfèrent un groupement fonctionnel (par exemple un groupe méthyle ou phosphate)
EC3 : Hydrolases
EC4 : LyasesEC5 : Isomérases:catalysentlesréactionsd’isomérisationdansunesimplemoléculeEC6 : Ligases: joignent deux molécules par des liaisons covalentes
La chymotrypsine : (EC 3.4.21.1)
La chymotrypsine est une protéase il fait partir de la famille de les hydrolases. Le code (EC 3.4.21.1) signifié :
EC 3 :L'hydrolyse est la décomposition d'une molécule par l'action de l'eau. L'eau est réactive grâce à sa décomposition Het OH-(catalysent l'hydrolyse de diverses liaisons).
EC 3.4. : agissant sur les liaisons peptidiques (peptide hydrolases).
EC 3.4.21. : Sérine endopeptidases.
EC 3.4.21.1 : Chymotrypsine
Synthèse et activation :
Les trois protéases ont une configuration spatiale globale voisine. Elles présentent cependant chacune, dans leur site actif, une poche avec des propriétés structurales et fonctionnelles spécifiques. Ainsi, la poche de la chymotrypsine, profonde, essentiellement hydrophobe, accueille la chaîne latérale volumineuse de résidus d'acide aminés (appartenant à un substrat) comme Phe, Trp, Tyr, Met. La poche de la trypsine, également profonde et en partie hydrophobe accueille la longue chaîne latérale chargée ( ), des résidus comme Arg ou Lys, à cause de la présence d'un résidu Asp chargé(-) au fond de la cavité. La poche de l'élastase est réduite à cause du remplacement de deux résidus Glu par deux autres plus volumineux, elle ne peut accueillir la chaîne latérale très peu volumineuse de résidus comme Ala, Gly et quelques autres. Une fois le résidu acide aminé du substrat stabilisé dans la poche, la catalyse de la réaction d'hydrolyse se déroule suivant le même mécanisme dans les trois cas avec intervention de la triade catalytique Ser-His-Asp. Fonctionnellement, ces trois protéases se complètent.
La chymotrypsine est produite par le pancréas sous une forme inactive : le chymotrypsinogène. L'activation est provoquée par la trypsine qui coupe cette molécule en deux chaînes, puis par la chymotrypsine elle-même lors d'une trans-protéolyse, donnant à la fin une structure globualire compacte de trois chaînes reliées par deux ponts disulfures et repliées en 2 domaines de 120 acides aminés.
Régulation de l’activité :
La régulation de l’activité de l’enzyme se fait par activation protéolytique. Ces enzyme sont synthétisées sous forme de précurseur non actif (zymogène) et sont ensuite activées par un clivage protéolytique. Le manque de régulation provoque une autolyse ou une digestion prématurée des tissus qui ont synthétisé des protéinases pancréatite aiguё.
 La trypsine est activée par une entéropeptidase et par auto activation subséquente- voir la figure précédant. La trypsine peut ensuite activer d’autres zymogènes, comme la chymotrypsine en la clivant entre les acides amines 15 et 16. La chymotrypsine s’autolyse ensuite pour exciser deux dipeptides : Ser14-Arg15 et TH147-ASn148. [face=Times New Roman]L’activation se fait lorsque l’extrémité N-terminale Ile16 nouvellement formée migre ver l’intérieur de la molécule et forme une paire ionique avec Asp194. Ceci a pour conséquence de reformer le site actif de manière productive notamment la poche qui contrôle la spécificité de liaison et le « trou pour l’oxyanion » et ainsi permettre de fixer le substrat adéquatement.[/face][/font">
[face=Times New Roman]Les zymogènes ont des sites actifs déformés. Des comparaisons poussées entre zymogènes et enzymes correspondantes ont permis de comprendre la faible activité des zymogènes. Même si leurs triades catalytiques se ressemblent fortement, les poches de spécificité et leurs trous de l’oxyanion ne sont pas formés correctement.[/font">
Par exemple, les résidus de la séquence précédente, suivante et incluant Ser189, qui forment une partie du mur de la poche de spécificité de la chymotrypsine, sont organisés de façon spatiale différente empêchant la liaison du substrat de façon efficace. De plus, le NH amide de Gly193 pointes dans mauvaise direction pour former une liaison hydrogène avec l’intermédiaire tétraédrique. Ainsi, la très faible activité enzymatique des zymogénes vient de leur capacité restreinte a se lier au substrat et de stabiliser l’intermédiaire tétraédrique.[/face]
[face=Times New Roman]
br /[b">[b]Mécanismes enzymatiques
</STRONG>
Les protéases à sérine-chymotrypsine
Plusieurs enzymes protéolytiques sont appelées protéases à sérine car le mécanisme de catalyse fait appel à une sérine qui est particulièrement réactive. la chymotrypsine catalyse l’hydrolyse du lien peptidique d’une protéine, coupant sur le coté C-terminal des acides aminiés à longues chaines latérales aromatiques ou hydrophobes.
br /[b]1 Cinétique et groupements catalytiques :
</STRONG>
v Utilisation d'un substrat artificiel (p-nitrophénylacétate)
La cinétique enzymatique de la chymotrypsine, révèle deux phases d’activité :
Première phase rapide
Deuxième phase plus lente et constant.
br /[b]2 Résidus de la triade catalytique du site actif de la chymotrypsine
</STRONG>
La sérine 195 de la trypsine (et la sérine équivalente dans les autres protéases) réagit avec le diisopropyl -fluorophosphate, ce qui indique sa grande réactivité. En fait la sérine 195 cède très facilement son proton à His57 et devient alors un nucléophile puissant.
Asp102 maintient l’orientation du groupement imidazole de His57, ce qui favorise l’interaction de ce dernier avec Ser195.
His57 forme une liaison covalente avec le marqueur d’affinité (analogue de substrat pouvant réagir chimiquement avec des résidus dans le site actif) TPCK (tosyl-phénylalanine chlorométhylcétone), ce qui indique sa proximité avec le substrat.
3 Le rôle de triade catalytique
Former des liaisons hydrogène à faible barrière énergétique - "Réseau de relais de charge"
4 Mécanisme catalytique :
Etape 1. Liaison du substrat au site catalytique
La serine se déprotone (grâce à la triade) et fait une attaque nucléophile sur l'atome de carbone du carbonyle. Il y a la formation d'un intermédiaire acyl-enzyme négatif et tétraédrique. La charge négative est stabilisée par une poche appelé "trou oxyanion" L'intermédiaire tétraédrique est mieux stabilisé que la molécule plane. L'état de transition est favorisé. (Déformation du substrat au profit de l'état intermédiaire.
5 Attaque nucléophile :
L'attaque nucléophile consiste en l'attaque d'un anion ou d'une molécule présentant un doublet libre sur un atome de carbone appauvri en électrons. Le doublet libre du réactif nucléophile cherche à engager une liaison dative avec l'atome de carbone attaqué.
Un départ nucléofuge est un départ au cours duquel le doublet de la liaison rompue s'arrache à l'atome de carbone et part avec l'ancien substituant.
Le premier cas : l’attaque nucléophile par une molécule
La fixation par liaison dative du réactif nucléophile sur l'atome de carbone du groupement carbonyle exige la rupture de la composante π de la liaison double.
Le deuxième cas : Attaque nucléophile par un atome
La fixation par liaison dative du réactif nucléophile sur l'atome de carbone attaqué exige le départ nucléofuge du substituant initial. Un départ nucléofuge est un départ au cours duquel le doublet de la liaison rompue s'arrache à l'atome de carbone et part avec l'ancien substituant.
Stabilisation de l’état de transition dans les sérines protéases
Le trou oxyanion
Le l'oxygène du groupe acyl forme 2 liaisons hydrogène avec les azote des chaines principales de la serine 195 et de la Glycine 193. et une liaison très forte avec une molécule d'eau.
Ce système s'appelle le trou oxyanion et permet de stabiliser les charges négatives développées au cours de la réaction (2 états tétraédrique).
De plus il déstabilise l'intermédiaire acylenzyme.
Etape 2 : L’intermédiaire tétraédrique (état de transition)
La liaison se coupe, La charge développée sur l'azote est compensé par la captation du proton qui était initialement sur l'histidine.
Etape 3 :
La partie C-terminal de la protéine clivée part Une molécule d'eau arrive.
Mécanisme à deux temps :
Un des deux peptides formés (le peptide carboxy-terminal) quitte le site catalytique et est remplacé par une molécule d’eau
His57 prélève un proton de la molécule d’eau, qui devient un bon attaquant nucléophile.
Etape 4 : Seconde attaque nucléophile, par de l’eau
La molécule d'eau est activée. Elle est déprotonée par l'histidne très basique (asp)
La molécule d'eau attaque l'acyl-enzyme.
L'état intermédiaire tétraédrique et sa charge négative sont à nouveau stabilisé par l'enzyme.
Etape 5
Rupture de la liaison acyl-enzyme et libération du second peptide (amino-terminal)
L'ancienne partie N-term de la protéine clivée se décroche.
L'enzyme est régénéré
L’inhibition de l’activité enzymatique :
Toute molécule qui modifie la vitesse d'une réaction enzymatique est appelée un effecteur. Les effecteurs qui augmentent l'activité enzymatique sont des activateurs. A l'inverse, ceux qui la diminuent sont des inhibiteurs.
L'inhibition (et l'activation) de l'activité enzymatique est un mode de régulation primordial des voies métaboliques dans la cellule, d'autant que les inhibiteurs naturels peuvent prendre de multiples formes : antibiotiques, toxines, drogues, poisons ... Le développement d’inhibiteurs est un volet important de la synthèse organique qui se pratique de façon efficace lorsque jumelée à une excellente compréhension du mécanisme d’inhibition, au niveau moléculaire.
1 Les agents modulateurs de l’activité enzymatique
L'étude de l'effet d'inhibiteurs permet :
Certains inhibiteurs s'associent de manière réversible à l'enzyme en interagissant de manière non covalente. D'autres se fixent de manière irréversible et sont souvent utilisés pour déterminer les groupes actifs du site catalytique.
1.1 Inhibitions irréversibles :
L’inhibition irréversible d’un enzyme aurait un intérêt modeste, voire nul, dans le cadre du contrôle physiologique du métabolisme, dont les réactions doivent plutôt être ajustées en permanence que définitivement bloquées tant que de nouvelles molécules d’enzymes ne sont pas synthétisées. En revanche, et cela permet de noter que les enzymes sont la cible de nombreux médicaments, une inhibition enzymatique irréversible peut avoir un intérêt thérapeutique.
Soit un médicament parmi les plus anciens, les plus connus et les plus utilisés, l’aspirine. Il fait partie d’une classe de médicaments appelés Anti-Inflammatoires Non Stéroïdiens (AINS). Les AINS inhibent des enzymes, les cyclo-oxygénases (COX), qui concourent à la production des prostaglandines, de la prostacycline et du thromboxane à partir de l’acide arachidonique (voir la figure page suivante). On les appelle d’ailleurs aussi prostaglandine synthases.
Les COX forment une sorte de canal dans lequel le substrat, l’acide arachidonique, entre pour être transformé. La plupart des AINS sont des inhibiteurs réversibles des COX. En revanche, en acétylant, c’est-à-dire en formant une liaison covalente (liaison ester) avec la fonction hydroxyle d’une sérine de la protéine enzymatique, sérine qui est à proximité du site catalytique, mais non en son sein, l’aspirine provoque de manière irréversible pour chaque molécule d’enzyme ainsi modifiée un encombrement dans la lumière du canal qui empêche le substrat d’y entrer et donc d’être transformé. L'activité enzymatique est donc bloquée irréversiblement, jusqu'à ce que l'organisme ait de nouveau synthétisé l'enzyme (Figure N°16).La capacité limitée des plaquettes (anucléées) à régénérer des protéines en fait une cible particulière de l’aspirine. L’administration chronique de faibles doses d’aspirine provoque une réduction de la production du principal produit de l’action des COX plaquettaires, le thromboxane, qui est vasoconstricteur et favorise l’agrégation plaquettaire et la thrombose. L’aspirine à faible dose est ainsi un traitement préventif secondaire efficace de l’infarctus du myocarde et de l’ischémie cérébrale.
1.2 Inhibitions réversibles :
Les inhibiteurs réversibles des enzymes sont des molécules qui vont interférer avec une étape de la catalyse. Ils sont très utiles pour la compréhension des mécanismes enzymatiques ; ils peuvent être aussi, nous venons de le signaler pour les AINS (sauf l’aspirine), des médicaments importants. Les inhibiteurs réversibles se fixent sur l'enzyme à l'aide de liaisons faibles comme celles engagées entre l'enzyme et le substrat. Celles-ci se forment rapidement et peuvent être rompues facilement.
Il existe trois types d’inhibition enzymatique réversible selon le mécanisme d’action de la molécule inhibitrice : inhibition compétitive, incompétitive et non compétitive.
Enfin, selon le type d'inhibiteur, l'enzyme peut fixer :
Le substrat OU l'inhibiteur
Le substrat ET l'inhibiteur
Puisque la chymotrypsine possédé un seul site de fixation ; où la fixation de l'inhibiteur empêche celle du substrat ; on parle alors d’une inhibition compétitive.
2 Qu’est ce que une Inhibition compétitive ou fixation exclusive ?
Dans tous les cas, l'inhibition compétitive est un mécanisme où la fixation de l'inhibiteur empêche celle du substrat (et réciproquement) : la fixation du substrat et celle de l'inhibiteur sont donc mutuellement exclusives.
2.1 Le mécanisme réactionnel :
Différents modèles rendent compte du mécanisme de l'inhibition compétitive :
Dans le modèle 1 il n'existe qu'UN site de fixation pour les deux molécules : la fixation mutuellement exclusive résulte d'une ANALOGIE de STRUCTURE entre le substrat et l'inhibiteur.
Il existe cependant d'autres modèles (dont le modèle2) où le substrat et l'inhibiteur se fixent sur des sites distincts. L'inhibition est malgré tout de type compétitif pour diverses raisons structurales.
En présence de ce type d'inhibiteur :
KM est augmentée mais VM n'est pas modifiée (voir tableau ci-dessous) ;
cela signifie que l'inhibition compétitive peut-être ‘soulagée’ à concentration saturante en substrat.
Exemples d’inhibition compétitive :
La trypsine bovine, une protéase digestive semblable à la chymotrypsine, est efficacement inhibée par une protéine, le ‘BPTI’ (inhibiteur de trypsine pancréatique bovine). Cette protéine se lie, tout comme si elle était un substrat (avec une Lys qui assure la reconnaissance spécifique de la trypsine) mais elle forme des contacts si nombreux et serrés avec toute la région du site actif qu’aucune molécule d’eau ne peut y parvenir. Sans eau, l’étape de désacylation ne peut s’effectuer. De plus, il se forme tant de contacts avec le substrat que même si l’hydrolyse de la liaison peptidique ‘centrale’ du BPTI a lieu, les produits ne peuvent s’échapper.
Le BPTI est un inhibiteur compétitif par rapport aux substrats de la trypsine. Le BPTI se lie avec une constante dissociation (KD) = 10 13M; ainsi, si la trypsine est exposée à une solution de BPTI de 10-13 M, la trypsine sera à 50% liée par le BPTI.
1.3 Le DIFP : Inhibitions irréversibles
Le DIFP inhibe irréversiblement la chymotrypsine. On a pu montrer qu'il se lie de manière covalente et stable au résidu Ser 195, la réaction impliquant le groupement hydroxyle de la chaîne latérale de cet acide aminé. Les 27 autres résidus sérine de la molécule d'enzyme ne réagissent pas avec cet inhibiteur, ce qui met en évidence la très grande aptitude à réagir de Ser 195. L'inactivation chimique de l'enzyme par le DIFP montre que Ser 195 doit participer au mécanisme catalytique.Le chymotrypsinogène (=chymotrypsine inactive) doit être hydroxylé plusieurs fois (dont une par la chymotrypsine) pour être activé. le DIFP se fixe sur une sérine et empêche le fonctionnement de ta chymotrypsine (car il bloque l'accès,il empêche le contact entre le site actif et le ligand), et empêche ainsi l'activation du chymotrypsinogène ...Le mécanisme de cette inhibiteur et de formé une liaison covalente avec la serine 195* du site active, mais normalement la liaison formé doit être hydrolysé par l'eau, donc comment le DIFP empêche l'eau d'hydrolysé la liaison.
Le mécanisme de cet inhibiteur :
Ser195. La réaction d'une protéase à sérine avec le diisopropylphosphofluoridate (DIFP) qui inactive l'enzyme de façon irréversible, est un test pour mettre en evidence la Ser active:
His57. Ce résidu catalytique a été découvert par marquage d'affinité avec un analogue de substrat réactif
Contrôle de l’activité enzymatique :
La cellule a donc besoin d'un système fiable de régulation pour gérer toute cette activité bourdonnante. L’activité enzymatique peut s’exprimer par la quantité de substrat transformée par unité de temps et par molécule (ou unité de masse) d’enzyme, ou par la quantité d’enzyme nécessaire pour transformer 1 unité (par exemple 1 molécule) de substrat par unité de temps, dans des conditions définies. Le fait que la quasi-totalité des réactions qui surviennent dans l’organisme soient catalysées par des enzymes permet donc un contrôle très fin de la vitesse de ces réactions, via des modifications de l’activité des enzymes.
Ces modifications sont une caractéristique essentielle, vraiment très importante, des enzymes, qui les distinguent encore des catalyseurs non organiques. Ainsi, étant donné qu’ils sont des protéines, les enzymes sont sensibles aux variations du pH ou de la température qui peuvent affecter considérablement leur activité. C’est à la régulation de l’activité des enzymes que la suite de ce cours est consacrée.
1 Rôle du pH
Beaucoup d’enzymes ont un pH caractéristique pour lequel la vitesse de la réaction catalysée est maximum, et souvent la vitesse diminue en deçà et au-delà de cette valeur de pH. Le graphe de la page suivante qui exprime la vitesse de la réaction (en ordonnée) en fonction du pH (toutes choses égales par ailleurs) pour trois enzymes distincts en fournit une illustration. Elle montre que l’activité enzymatique dépend du pH et que cette dépendance est spécifique à chaque enzyme.
Ces courbes dépendent de divers facteurs. En particulier, quand le pH change, l’état d’ionisation des groupements chargés, aussi bien dans le site actif de l’enzyme (en fonction du pK propre à chaque résidu chargé participant à la constitution du site actif) que dans le substrat varie, ce qui affecte la vitesse de formation et de dissociation du complexe enzyme- substrat. Le pH optimum d’un enzyme n’est pas forcément identique au pH de son environnement normal, ce qui indique que le pH local peut exercer une influence régulatrice sur l’activité de l’enzyme. En outre, le pH optimum pour l’activité enzymatique ne correspond pas nécessairement au pH auquel la protéine enzymatique est la plus stable, et un effet des variations de pH peut être de provoquer une dénaturation de la protéine enzymatique.
2 Rôle de la température
Les effets de la température sur l’activité d’un enzyme sont complexes et peuvent être considérés comme le résultat de l’action de deux forces agissant simultanément mais dans des sens opposés. Quand la température augmente, la vitesse de la réaction augmente (en raison de l’accroissement de l’énergie cinétique des molécules), mais en même temps il y a une inactivation (dénaturation) progressive de la protéine enzymatique. Cette dénaturation est d’autant plus prononcée que la température augmente, de telle sorte que, comme on le voit dans la figure ci-dessous, il existe une température optimale apparente. La dénaturation thermique est fonction du temps, et, pour un enzyme, l’expression « température optimale » n’a pas grand sens si la durée de l’exposition à une température donnée n’est pas indiquée.
La température à laquelle la dénaturation devient un facteur important varie d’un enzyme à l’autre. Généralement, la dénaturation est négligeable en dessous de 30°C et commence à être appréciable au-delà de 40°C. Quelques enzymes gardent une activité importante à des températures bien supérieures, par exemple les enzymes des bactéries thermophiles (figure ci- dessous), et cette propriété a des applications pratiques importantes.
Conclusion :
On peut dire que les enzymes se sont les points clés ; car ils sont capables d’interagir spécifiquement avec un type de molécule et ils peuvent réaliser une stabilisation de l’état de transition .La configuration spatiale de l’enzyme, sous la dépendance des facteurs du milieu, détermine son activité. Toute modification de la forme de la molécule peut conduire à la perte de sa capacité catalytique ou à son augmentation, ce qui entraîne une plasticité du phénotype voire une altération. L’activité enzymatique se répercute à tout moment sur les fonctions de la cellule et contribue ainsi à la réalisation du phénotype.
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