Chapitre 5 : Les enzymes

1 Chapitre 5 : Les enzymes 1 1. D finitions Les enzymes sont appel es catalyseurs biologiques, il se caract rise par les propri t s suivantes : Reste intacte la fin de la r action Agit faibles doses et acc l re la vitesse de la r action dans les 2 sens Les enzymes se distinguent des catalyseurs biochimiques par leur nature prot ique, ce qui leurs donne une tr s haute sp cificit selon la nature du compos qui subit la transformation Substrat . Les enzymes diminuent l nergie d activation en empruntant un chemin de r action qui n cessite moins d nergie.

2 Leur activit peut tre soumise un contr le qui est important pour la r gulation du m tabolisme. Constante d quilibre d une r action Toute r action chimique atteint un quilibre au bout d un temps long. Une r action r versible va s crire : A + B C + D La vitesse de r action qui produira C et D : V1 = K1 [A] [B] La vitesse de r action qui produira A et B : V2 = K2 [C] [D] K1 et K2 sont des constantes de vitesse de la r action. La constante d quilibre : K = K1 / K2 = [C] [D] / [A] [B] Energie d activation Energie libre moyenne qu une mol cule de complexe enzyme-substrat doit recevoir du milieu environnant pour que la r action se produise une vitesse donn e.

3 On repr sente sur un graphe l nergie interne de ce complexe (A+B) en fonction du temps au cours des phases de la r action. Un catalyseur diminue l' nergie d'activation d'une r action chimique. La courbe bleue repr sente les variations d' nergie de la r action sans catalyseur. La rouge, la m me r action avec catalyseur. Sans catalyseur, il faut fournir plus d' nergie pour que la r action se produise. Avec le catalyseur, la quantit d' nergie fournir est plus faible; la r action se produit plus facilement. Chapitre 5 : Les enzymes 2 2.

4 CINETIQUE DES REACTIONS ENZYMATIQUES A UN SUBSTRAT - MODELE DE MICHAELIS Vitesse initiale de la r action La vitesse d une r action enzymatique est suivie en g n ral par la mesure de la quantit de substrat transform (ou quantit de produit form ) par unit de temps. La Vitesse de la r action un temps t : V = d[P] / dt V = - d [S] / dt = d [P] / dt Influence de la concentration en enzyme On voie sur la courbe que la vitesse initiale est proportionnelle la [E] Influence de la concentration en substrat Si la [E] est maintenue cost.

5 Et que la [S] est vari e on observe une rapide de la V, qui atteint une valeur maximale (Vmax ) et reste fixe m me pour des valeurs lev e de S Chapitre 5 : Les enzymes 3 Equation de Michaelis et Menten V = La constante de Michaelis Km est gale la concentration en substrat pour laquelle la vitesse est la moiti de la vitesse maximale. L affinit d une enzyme pour un substrat est gale 1/Km : Km est lev e l affinit est faible Km est faible l affinit est lev e Repr sentation de Lineweaver et Burk On peut crire l quation de Michaelis et Menten de la mani re suivante : V = ou 1 / V = 1 / V =( x ) + Equation de type.

6 Y = a X + b En tra ant alors le graphe 1 / V = f (1 / *S+) on obtient une droite qui coupe l axe des ordonn es 1/Vmax et l axe des abscisses la valeur 1/Km Ainsi la repr sentation de Lineweaver et Burk permet de d terminer la cost. de Michaelis (Km) et la vitesse maximale (Vmax) pour une concentration donn e en enzyme Vmax [S] Km + [S] Vmax [S] Km + [S] Km Vmax [S] Vmax 1 1 1/V 1/[S] - 1/Km 1/Vmax 1/V = 0 0 = (Km/Vmax [S]) + 1/Vmax 1/ [S] = - 1 / Km Km + [S] Vmax [S] Chapitre 5 : Les enzymes 4 Influence de divers agents physiques et chimiques sur la cin tique A- La temp rature : l effet de la temp rature sur la vitesse initiale comporte 2 tapes : Etape d activation : la zone de temp rature basse (0 40 C).

7 Dans ce cas la vitesse de la r action augmente gr ce l nergie thermique. Etape de d naturation : au de l d une certaine T C (45 C) il y a d naturation de la prot ine. B- Le pH : Agit sur l enzyme en modifiant le degr d ionisation de certains groupements fonctionnels Le milieu dans lequel se produit la r action enzymatique d termine la charge lectrique des radicaux des acides amin s de la prot ine. Aux pH tr s acides la plupart des fonctions ionisables de ces radicaux sont sous la forme proton e c est dire COOH pour la fonction acide carboxylique et NH3+ pour la fonction amine.

8 Aux pH les plus alcalins les fonctions ionisables de ces m mes radicaux sont sous la forme d proton e c est dire COO- pour la fonction acide carboxylique, et NH2 pour la fonction amine. A pH voisin de la neutralit , une tr s grande majorit de ces radicaux fonctions ionisables sont charg s ce qui facilite les liaisons enzyme-substrat de type lectrostatique. T C Vitesse Activation D naturation pH e 4 7 10 Charges lectriques 100% 50% Chapitre 5 : Les enzymes 5 pH optimum de la r action enzymatique : Il existe donc un pH du milieu r actionnel o les charges lectriques des radicaux du site actif de l enzyme seront les plus favorables la liaison enzyme-substrat.

9 Seule la forme EH est capable de lier le substrat et de le transformer en produit. K1 et K2 sont les constantes d'acidit des cha nes lat rales des AA impliqu s dans la catalyse. Les enzymes de la digestion des prot ines ont des pH optimums diff rents : - L activit de la pepsine est maximum pour un milieu tr s acide comme celui de l estomac o elle est secr t e. - Les enzymes pancr atiques comme l amylase et la trypsine, ont un pH optimum plus alcalin car dans le duod num o elles exercent leur activit le pH est normalement proche de 8.

10 C- Les inhibiteurs : Inhibiteurs comp titifs : Ce sont des compos s qui pr sentent une analogie structurale avec le substrat de l enzyme et peuvent ainsi entrer en comp tition avec lui pour se fixer sur le site actif de l enzyme. L enzyme peut donc se combiner soit au substrat, soit l inhibiteur. L adition d un IC favorise la dissociation du complexe E-S en diminuant l affinit de l E pour le S (Km est lev ). 1/V 1/[S] - 1/Km 1/Vmax - 1/Km Sans inhibiteur Inhibiteur comp titif Chapitre 5 : Les enzymes 6 La courbe en pr sence d un IC est une droite qui coupe la droite obtenue en absence d I une concentration lev e de S (1 / [S] = 0) Exemple : E : succinod shydrog nase S : acide succinique IC : ac oxalique, ac malonique Inhibiteurs non comp titifs.