COURS ET TRAVAUX DIRIGÉS EN Enzymologie et …

1 COURS ET TRAVAUX DIRIG S ENEnzymologie et Bio nerg tiqueA. CIN TIQUE ET VITESSE DE R ACTIONIII. M CANISME DE LA CATALYSE ENZYMATIQUEIV. CIN TIQUE ENZYMATIQUEB. BIO NERG DE THERMOCHIMIE ; RAPPELSII. R ACTIONS D OXYDOR DUCTIONIII. COMPOS S RICHES EN NERGIE, COUPLAGE NERG TIQUEIV. NERG TIQUE DU TRANSPORT MEMBRANAIRE18 heures de COURS (9 2). 72 heures de TD (42 2 ; 6 groupes, 6 s enzyme est une macromol cule de STRUCTURE PROT IQUE dont la fonction est de CATALYSERdes r actions biochimiques. A l origine on avait pens que cette propri t tait propre au ph nom ne du vivant ; aujourd hui, il est bien acquis que l activit catalytique des enzymes peut s exercer dans un tube essai en dehors de tout syst me Historique bref de l Les enzymes dans l antiquit -2100 av.)

2 Hammourabi ; codification de la fermentation du raisin et de la fabrication du Les soci t s anciennes et le caillage du lait :> la pr sure et la r nine extraites du quatri me estomac de jeunes ruminants > la ficine du figuier On peut m me trouver une r f rence la ficine dans l Iliade de Hom re : ..En un instant le suc du figuier fait cailler et paissir le lait alors qu il est Historique bref de lUn Historique bref de lUn Historique bref de l Les rapports de la marine britannique dans les ann es 1700 sur les pratiques des habitants des les du Pacifique pour attendrir les viandes et pour le traitement de la teigne avec les extraits du papayer ont suscit un grand int r t scientifique en Europe du dix-huiti me si cle.

3 On pense que ce fut un des facteurs d clenchant des tudes syst matiques sur les enzymes digestifs qui ont suivi. Les premiers jours de l Enzymologie Historique bref de lUn Historique bref de lUn Historique bref de l Le scientifique fran ais R aumur (1683-1757) Les premiers jours de l Enzymologie Spallanzani (1729-1799) .- En 1897 les fr res Buchner. - la m me poque Kuhne a donn le nom d Le mot enzyme vient du grec enzymosqui d finit le processus du levage de la p te de Historique bref de lUn Historique bref de lUn Historique bref de l m canisme de l action enzymatique- Au tout d but du vingti me si cle Emile Fischer proposa la formation du complexe O Sullivan et Tompson ont montr que l invertase se liait au sucre de canne avant le processus de l inversion et que cette liaison prot geait l enzyme de la d naturation Historique bref de lUn Historique bref de lUn Historique bref de l mod les math matiques de la cin tique enzymatique- En 1903 Victor Henria publi le premier mod le math matique qui d crivit avec succ s

4 Les r sultats des cin tiques enzymatiques. 1913, Michaelis et Mentendans une publication plus renomm e ont repris et adapt le travail de Henri pour pouvoir calculer facilement les param tres de la cin tique enzymatique. L quation de Michaelis-Menten, plus justement l quation de Henri-Michaelis-Menten, constitue aujourd hui la clef de vo te de l analyse enzymatique. Historique bref de lUn Historique bref de lUn Historique bref de l caract re prot ique des enzymesPhotographie des cristaux d ur ase Sumner, ; 69; pp Historique bref de lUn Historique bref de lUn Historique bref de l importance socio- conomique des enzymesTranscriptase r verse du VIHSIDAZ idovudineDihydrofolate r ductaseCancer M thotexateXanthine oxydaseGo teAllopurinolHMG CoA r ductaseHypercholest rol mieLovastatineADN gyrase bact rienneInfections urinairesNorfloxacineProstaglandine synthaseInflammation, douleur, Aspirine, Ibuprof neEnzyme de conversion de l angiotensineHypertensionCaptoprilEnzyme cibleMaladie / ConditionM dicament / CIN TIQUE ET VITESSE D UNE R ACTION CHIMIQUECtPS1.

5 D finition et calcul de vitesseS P t xen un point donn txde la courbe C= f(t) , v = -d[S]/dt =+d[P]/dt .D une mani re g n rale sS pP dt]P[ ]S[ += Mais toujoursdt]S[dv =IIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEE xemple : l hydrolyse du saccharoseSaccharose + H2O Glucose + FructoseDOSAGE. Disponibilit s techniques. Soit le substrat , soit le produit . Mais il faut conna tre la st chiom trie de la r action . La vitesse de la r action s exprime toujours par v = v = --d[S]/dt .d[S]/dt .C7t7C6t6C5t5C4t4C3t3C2t2C1t1C0t0[S] / [P]T, minR sultatsIIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEt7t6t5t4t3t2t1t0T, minC7C6C5C4C3C2C1C0[S] / [P]R sultatsIIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEExp rience vitesse de la r action n est pas constante, la valeur absolue de d[C]/dt diminue; ceci signifie que la vitesse de la r action d pend de la concentration du rience vitesse de la r action est constante.

6 Ceci signifie que la vitesse de la r action est ind pendante de la concentration du substrat pendant toute la dur de l exp tations :IIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEv = -d[S]/dt (1) R action d ordre z le cas de l exp rience B, la cin tique est lin aire. v est constante ; v = k (2)[S]t [S]o= -k t (3)k est la constante de vitesse, son unit est CT-1 Calcul de la vitesse de r actionIIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEv = -d[S]/dt (1) R action d ordre le cas de l exp rience A, la cin tique n est pas lin aire.

7 V n est pas constante v = k [S] (4)(5)k est la constante de vitesse, son unit est T-1tk[S][S]Lntttt0000 ====Calcul de la vitesse de r actionIIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUECin tique d'une r action chimique d'ordre 1024680,00,51,01,52,02,5 MinutesLn([S]0/[S]t)IIIIII---CINCINCIN TIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE DTIQUE ET VITESSE D UNE UNE UNE RRR ACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUEACTION CHIMIQUE2. Thermodynamique d une r action ne peut parler de vitesse de r action que si la r action est faisable. La faisabilit d une r action chimique est d termin e par la variation de son nergie libre est n gative.

8 L nergie libre combine le premier et le deuxi me principe de la thermodynamique, G = H - T S. Ces notions sont normalement trait es en COURS de chimie et de physique, mais nous y reviendrons lors de l tude de la Bio nerg simplement que la r action A + B C + D se fait dans le sens o la variation de l nergie libre est n gative (6)CIN TIQUE ET THERMODYNAMIQUE]B][A[]D][C[RTLnGG0++++ ==== 2. Thermodynamique d une r action G est n gative la r action se fait dans le sens A + B C + revanche si G est positive la r action se fait dans le sens contraire C + D A + B REMARQUE : Si la thermodynamique est n cessaire pour donner le sens de la r action elle n est pas suffisante pour indiquer sa cin tique.

9 En d autres termes une r action possible peut avoir une vitesse nulle, ce qui est d ailleurs le cas de la quasi-totalit des r actions TIQUE ET THERMODYNAMIQUETIQUE ET THERMODYNAMIQUETIQUE ET THERMODYNAMIQUE]B][A[]D][C[RTLnGG0++++ ==== Cin tique des r actions chimiques : exercices70019703300464060007120dpm27159 520 Temps (j)1-Ordre de la r action de d sint gration des isotopes radioactifsLa radioactivit d un chantillon d iode 131I a t d termin e durant plusieurs jours. Le tableau donne le nombre de d sint grations par min (dpm) qui ont t mesur es chaque fois :D terminer l ordre de la r action de d croissance de la radioactivit , la constante de vitesse correspondante et le temps de demie vie de l iode tique des rtique des rtique des r actions chimiques : exercicesactions chimiques : exercicesactions chimiques : exercices2- Ordre de r action de liaison d un ligand un r cepteur prot iqueOn extrait de l lectroplaque de gymnote une macromol cule qui est un r cepteur de l ac tylcholine.

10 La fixation sur ce r cepteur d une neurotoxine a t tudi e au COURS du temps : 13 picomoles de ce r cepteur ont t incub s avec 150 picomoles de neurotoxine radioactive, dans un volume final de 8,35 mL. Apr s diff rents temps d incubation, des parties aliquotes contenant 1,5 picomoles de r cepteur taient pr lev es et filtr es sur un filtre qui retient les macromol cules (r cepteur et complexe r cepteur-neurotoxine). La mesure de la radioactivit retenue sur les filtres permet de calculer le nombre de picomoles de neurotoxines li es au r cepteur dans chaque pr l vement :1/2 CinCinCin tique des rtique des rtique des r actions chimiques : exercicesactions chimiques : exercicesactions chimiques : fix es9060151075310 Temps d incubation (min)D terminer l ordre de la r action et sa constante de vitesse.