Université Pierre et Marie Curie

Enzymologie élémentaire

Objectifs au cours de

Révisions Biochimie PCEM2

Révisions Biochimie métabolique

2002 - 2003

Pr. A. Raisonnier (alain.raisonnier@upmc.fr)

Mise à jour : 19 juin 2002

Relecture : Pr. A. Raisonnier

2/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

Plan du cours

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier3/131

Plan du cours

3Plan du cours

7Objectifs

9Partie I : Les enzymes

11Chapitre 1 : Définitions

121.1 Enzyme

131.2 Exemple d'enzyme : l'anhydrase carbonique

151.3 Substrat

161.4 Produit

17Chapitre 2 : La réaction enzymatique

182.1 Réaction enzymatique

192.2 Facteurs : enzyme

202.3 Facteurs : autres facteurs indispensables

212.4 Ligand

222.5 Cofacteur

232.6 Coenzyme

25Partie II : Cinétique

27Chapitre 3 : Effet de la concentration d'enzyme

283.1 Vitesse de réaction

293.2 Phases de la réaction

303.3 Phases de la réaction

313.4 Vitesse initiale

323.5 Concentration de l'enzyme

333.6 Passage à la forme active

343.7 Dosage enzymatique

35Chapitre 4 : Effet de la concentration de substrat

364.1 Concentration du substrat

374.2 Cinétique michaélienne

Plan du cours

4/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

384.3 Vitesse maximum

394.4 Constante de Michaelis

404.5 Exemple de Km : la lactate déshydrogénase

414.6 Constantes de la réaction

424.7 Exemple de constantes : la fumarase

434.8 Exemple de constantes : l'aspartate aminotransférase = ASAT

444.9 Exemple de constantes: la créatine phosphokinase

454.10 Phase stationnaire

464.11 Equation de la vitesse

474.12 Equation de la conservation de l'enzyme

484.13 Constante de Michaelis

494.14 Exemple de Km : la glycérophosphate déshydrogénase

504.15 Exemple de Km : l'anhydrase carbonique

514.16 Exemple de Km : l'isocitrate déshydrogénase

524.17 Calculs

534.18 Calculs

544.19 Equation de Michaelis & Menten

554.20 Hyperbole de Michaelis-Menten

564.21 Calculs

574.22 Diagramme de Lineweaver et Burk

59Chapitre 5 : Effet de la concentration des effecteurs

605.1 Facteurs : les effecteurs

615.2 Effecteur

625.3 Inhibition compétitive (équation)

635.4 Inhibition compétitive (hyperbole)

645.5 Calculs

655.6 Inhibition compétitive (double inverse)

665.7 Exemple d'inhibition compétitive : la succinate déshydrogénase

675.8 Inhibition non compétitive (équation)

685.9 Calculs

695.10 Inhibition non compétitive (hyperbole)

705.11 Inhibition non compétitive (double inverse)

715.12 Exemple d'inhibition non compétitive : l'anhydrase carbonique

73Chapitre 6 : Effets allostériques

746.1 Sous-unité (d'une protéine)

756.2 Protomère

766.3 Symétrie

776.4 Sites de liaison

786.5 Conformations

796.6 Etats de transition

806.7 Effets sur la réaction enzymatique

Plan du cours

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier5/131

816.8 Conservation de la symétrie

826.9 Allostérie

836.10 Modèle symétrique

846.11 Modéle non symétrique

856.12 Diagramme de Hill

866.13 Exemple d'allostérie : myoglobine ; hémoglobine

876.14 Exemple d'allostérie : l'hexokinase

886.15 Exemple d'allostérie : la phosphofructokinase

896.16 Effet de l'ATP sur la PFK

906.17 Exemple d'allostérie : la glycogène phosphorylase

916.18 Effet de l'AMP sur la glycogène phosphorylase

926.19 Voie métabolique

936.20 Voie métabolique

946.21 Carrefour métabolique

956.22 Enzyme-clé

97Chapitre 7 : Cinétique à deux substrats

987.1 Mécanisme bibi ordonné

997.2 Exemple de bibi ordonné : l'alcool déshydrogénase

1007.3 Exemple de bibi ordonné : la malate déshydrogénase

1017.4 Exemple de bibi ordonné : la phosphoglycéraldéhyde déshydrogénase

1027.5 Exemple de bibi ordonné : l'UDP-glucose pyrophosphorylase

1037.6 Mécanisme bibi aléatoire

1047.7 Exemple de bibi aléatoire : la créatine phosphokinase

1057.8 Exemple de bibi aléatoire : la citrate synthase

1067.9 Mécanisme ping-pong

1077.10 Exemple de ping-pong : l'alanine aminotransférase = ALAT

1087.11 Exemple de ping-pong : l'aspartate aminotransférase = ASAT

1097.12 Exemple de ping-pong : la phosphoénolpyruvate carboxykinase = PEPCK

111Partie III : Effet des constantes physiques

113Chapitre 8 : Effet du pH

1148.1 Dénaturation

1158.2 Charges électriques

1168.3 pH optimum

1178.4 Exemple de pH optimum : la fumarase

1188.5 Exemple de pH optimum : la lactate déshydrogénase

119Chapitre 9 : Effet de la température

1209.1 Température optimum

Plan du cours

6/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

1219.2 Activation ; dénaturation

1229.3 Relation d'Arrhenius

1239.4 Energie d'activation

1249.5 Exemple d'énergie d'activation : la fumarase

1259.6 Energie interne de la fumarase

1269.7 Energie d'activation

1279.8 Réaction couplée

1289.9 Exemple de réaction couplée : l'hexokinase

1299.10 Exemple de réaction couplée : la phosphoglycérate kinase

1309.11 Liaisons riches en énergie

1319.12 Liaison riche en énergie

Objectifs

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier7/131

Objectifs

• Définir 1 les termes d'enzymologie : enzyme, substrat, produit, coenzyme, activateur, inhibi- teur, réaction enzymatique, voie métabolique, enzyme-clé. •Etudier 2 sur un exemple la vitesse d'une réaction enzymatique en fonction du temps, de la concentration de l'enzyme, de la concentration du substrat, en représentation normale ou en double inverse. Cet objectif peut faire l'objet de problèmes numériques. • Définir la vitesse initiale, la vitesse maximum, la constante de MICHAELIS. • Donner des exemples 3 d'inhibitions de réactions enzymatiques en expliquant les effets de cette inhibition sur les paramètres de la réaction.

• Donner des exemples d'effets allostériques : activation homotrope coopérative et rétroinhibi-

tion hétérotrope. • Donner des exemples de cinétiques à deux substrats, ou avec coenzyme libre. • Etudier la vitesse d'une réaction enzymatique en fonction du pH ou de la température.

• Etudier les variations de l'énergie libre du complexe enzyme-substrat au cours des phases de

la réaction enzymatique. Définir l'énergie d'activation, la réaction enzymatique couplée et la

liaison riche en énergie.

1.Définir: préciser dans une phrase concise l'essence d'un objet ou les limites d'un concept en excluant

toute notion étrangère et en comprenant toutes les variations possibles de l'objet ou du concept cerné.

2.Etudier: suivre les valeurs d'une fonction pour toutes les valeurs de la variable.

3.Donner un exemple: choisir, décrire et expliquer une situation où un concept ou un corps défini joue le

rôle principal et met en évidence ses propriétés essentielles.

Objectifs

8/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

Les enzymes

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier9/131

Partie I

Les enzymes

10/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

Définitions

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier11/131

Chapitre 1

Définitions

12/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

1.1 Enzyme

EE 1 • L'Enzymologie est l'étude des enzymes. • Le substantif " enzyme » est du genre féminin. • Toutes les enzymes sont des protéines.

• Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs, c'est-à-dire qu'en agissant à des concentra-

tions très petites, elles augmentent la vitesse des réactions chimiques, sans en modifier le ré-

sultat. A la fin de la réaction la structure de l'enzyme se retrouve inchangée.

• Une enzyme donnée est spécifique d'une réaction, c'est-à-dire qu'elle catalyse toujours la

même transformation, se produisant sur les mêmes corps chimiques initiaux.

• Les protéines enzymatiques sont synthétisées par des êtres vivants. Cette synthèse est déter-

minée génétiquement : sa conservation dans le génome est favorisée par le besoin qu'éprouve

cet être vivant de faire cette réaction.

Définitions

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier13/131

1.2 Exemple d'enzyme : l'anhydrase

carbonique EE 2

• L'anhydrase carbonique est une enzyme présente dans toutes nos cellules. C'est une protéine

d'une masse de 29000 daltons, constituée d'une chaîne de 264 acides aminés. La présence d'un atome de Zinc est nécessaire à son activité.

• Elle catalyse la réaction d'addition d'une molécule d'eau sur une molécule de gaz carbonique

pour donner l'acide carbonique qui se dissocie au pH physiologique en un ion bicarbonate et

un proton. Cette réaction est réversible et aboutit à un état d'équilibre que la catalyse enzyma-

tique ne change pas.

• La nomenclature des réactions enzymatiques est exprimée par un ensemble de quatre nombres

séparés par des points. Le premier de ces nombres désigne le type de la réaction catalysée,

parmi les six grandes classes de réactions enzymatiques. Le deuxième et le troisième expri- ment la nature des corps chimiques sur lesquels cette réaction se produit. Le quatrième nombre est un numéro d'ordre. Ainsi, l'anhydrase carbonique catalyse la réaction 4.2.1.1, ce qui signifie qu'elle agit sur une réaction d'addition au niveau d'une liaison double (premier nombre 4), que la réaction crée une liaison entre des atomes de carbone et d'oxygène (deu-

xième nombre 2), que le corps ajouté est une molécule d'eau (troisième nombre 1) et qu'elle

est la première de cette espèce (quatrième nombre 1). Une réaction réversible est classée sous

un seul numéro quel que soit son sens.

• Sur cette image et de droite à gauche le bicarbonate, réassocié à un proton, va perdre avec

Définitions

14/131Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier 2002 - 2003

l'aide catalytique de l'enzyme, une molécule d'eau pour donner l'anhydride ou gaz carbo- nique. Dans ce sens, on appelle substrat le bicarbonate et produit le gaz carbonique.

Définitions

2002 - 2003 Enzymologie élémentaire - Pr A. Raisonnier15/131

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