Fiche de révision : Enzymes et cinétique enzymatique

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques générales des enzymes
2. Structure et site actif
3. Propriétés de la catalyse enzymatique
4. Classes et spécificités enzymatiques
5. Nomenclature et classification EC
6. Cinétique des réactions enzymatiques
7. Modèles et mesures cinétiques
8. Étude expérimentale de l’activité

📖 1. Caractéristiques générales des enzymes

📝 Points essentiels

• Les protéines enzymatiques sont synthétisées par des êtres vivants et cette synthèse est déterminée génétiquement.

💡 Astuce mémo

Synthèse génétique → protéines enzymatiques produites par les êtres vivants

📖 2. Structure et site actif

🔑 Notions clés & Définitions

• Site actif : Le site actif est la région de l’enzyme qui interagit avec le substrat et permet la catalyse enzymatique.

💡 Astuce mémo

Le substrat s’emboîte dans une poche moléculaire : le site actif

📖 3. Propriétés de la catalyse enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Catalyseur biologique : Un catalyseur biologique augmente la vitesse d’une réaction sans modifier son équilibre.

★ À maîtriser

• Les enzymes agissent à très faible dose, sont régénérées à la fin de la réaction et diminuent la barrière énergétique de la réaction.

Compléments

• Pour la décomposition du peroxyde d’hydrogène, l’énergie d’activation est de 11700 cal.mol-1 sans enzyme et de 950 cal.mol-1 avec la catalase.

💡 Astuce mémo

L’enzyme accélère la réaction, mais ne modifie pas son équilibre

📖 4. Classes et spécificités enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Oxydoréductases : Les oxydoréductases catalysent le transfert d’ions H+ et d’électrons et sont associées à des coenzymes d’oxydoréduction comme NAD, FAD et FMN.
• Transférases : Les transférases catalysent le transfert d’un groupe fonctionnel, comme un groupe éthyle ou phosphate, d’une molécule donneuse vers une molécule acceptrice.
• Ligases : Les ligases catalysent la jonction de deux molécules par de nouvelles liaisons covalentes avec hydrolyse concomitante de l’ATP ou de molécules similaires.
• Hydrolases : Les hydrolases catalysent les réactions d’hydrolyse des molécules.
• Lyases : Les lyases catalysent la rupture de liaisons chimiques par des moyens autres que l’hydrolyse, avec formation d’une nouvelle double liaison ou d’un nouveau cycle.
• Isomérases : Les isomérases catalysent les changements au sein d’une même molécule.

★ À maîtriser

• Les interactions entre l’enzyme et le substrat font intervenir des liaisons non covalentes, notamment des liaisons hydrogène et des liaisons de Van der Waals.

📌 La spécificité de réaction signifie qu’une enzyme ne catalyse qu’un type de réaction, tandis que la spécificité de substrat signifie qu’elle agit sur un substrat ou une classe de composés de structure donnée.

• Les six classes sont:
  • oxydoréduction
  • transfert de radicaux
  • hydrolyse
  • formation ou addition sur double liaison
  • isomérisation
  • formation de liaisons C-C, C-S, C-O ou C-N avec utilisation de l’ATP

Compléments

📌 La spécificité de fonction correspond à l’action sur un substrat possédant une fonction chimique donnée, comme la déshydrogénation des fonctions alcools par l’alcool déshydrogénase.

• La spécificité enzymatique peut être large ou étroite, et certaines enzymes distinguent les formes D et L ainsi que les formes α et β.

💡 Astuce mémo

O-T-H-L-I-L : oxydoréductases, transférases, hydrolases, lyases, isomérases, ligases

📖 5. Nomenclature et classification EC

🔑 Notions clés & Définitions

• Code EC : Le code EC est un système numérique à quatre chiffres attribué par la Commission des Enzymes de l’Union Internationale de Biochimie et de Biologie Moléculaire.

★ À maîtriser

• Les positions du code indiquent:
  • W : la réaction catalysée
  • X : le groupement donneur
  • Y : l’accepteur des protons, des électrons ou du coenzyme
  • Z : la nature du substrat

Compléments

• La lactate déshydrogénase, aussi appelée lactate-NAD-oxydoréductase, possède le code EC1.1.1.27 et réalise une oxydoréduction sur une fonction alcool de l’acide lactique avec le NAD comme accepteur d’hydrogène.

💡 Astuce mémo

EC : réaction → donneur → accepteur → substrat

📖 6. Cinétique des réactions enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitesse de réaction : La vitesse d’une réaction correspond à la pente de l’évolution de la concentration d’un réactif ou d’un produit en fonction du temps.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une réaction élémentaire, la vitesse de formation du produit est donnée par $v=\frac{d[P]}{dt}$ et la vitesse de disparition du substrat par $v=-\frac{d[S]}{dt}$.

• Une réaction enzymatique passe par un intermédiaire enzyme-substrat avant la formation du produit et la régénération de l’enzyme.

• La vitesse d’une réaction enzymatique dépend de la concentration du complexe ES et de la constante catalytique k2, aussi appelée kcat.

Compléments

📌 Dans une réaction réversible, à temps court la réaction contrôlée par k1 domine, tandis qu’à temps long les réactions contrôlées par k1 et k-1 s’opposent.

💡 Astuce mémo

E + S → ES → E + P

📖 7. Modèles et mesures cinétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Constante de Michaelis : La constante de Michaelis KM traduit l’affinité de l’enzyme pour son substrat et sa valeur est inversement proportionnelle à cette affinité.

★ À maîtriser

📌 À concentration de substrat constante, la vitesse initiale est proportionnelle à la concentration totale d’enzyme.

📐 Formule — La vitesse maximale vérifie $V_{Max}=k_{cat}[E]_T$, où [E]T est la concentration totale d’enzyme.

📌 À concentration d’enzyme constante, l’augmentation de la concentration en substrat augmente la vitesse initiale jusqu’à la saturation de l’enzyme.

📐 Formule — L’équation de Michaelis-Menten est $v_i=\frac{V_{Max}[S]}{K_M+[S]}$.

Compléments

• Lorsque la concentration en substrat tend vers l’infini, la vitesse initiale tend vers VMax.

📐 Formule — La représentation en double inverse s’écrit $\frac{1}{v_i}=\frac{K_M}{V_{Max}}\frac{1}{[S]}+\frac{1}{V_{Max}}$.

💡 Astuce mémo

Michaelis-Menten : saturation en substrat ; Lineweaver-Burk : double inverse

📖 8. Étude expérimentale de l’activité

★ À maîtriser

• 🔄 Le protocole comprend: préparer les tubes avec substrat, tampon et enzyme, arrêter la réaction après trois minutes, mesurer la densité optique, utiliser la gamme d’étalonnage, convertir la densité optique en quantité de produit

📐 Formule — La vitesse initiale expérimentale se calcule en divisant la quantité de produit formé par la durée de réaction : $v_i=\frac{\text{quantité de P formé}}{\text{durée}}$.

Compléments

• Dans l’exemple expérimental, le volume réactionnel final est de 1 ml, la solution mère de substrat est à 5.10-3 M et la solution mère d’enzyme est à 3 mg.ml-1.

• Pour 0,1 ml de solution mère d’enzyme à 3 mg.ml-1 introduit dans un volume réactionnel de 1 ml, la masse d’enzyme utilisée est de 0,3 mg.

• Dans l’exemple, la représentation de Michaelis-Menten donne KM=1,03.10-3 M et Vmax=34 μmol.min-1, tandis que la représentation de Lineweaver-Burk donne KM=2.10-3 M et Vmax=50 μmol.min-1.

💡 Astuce mémo

Préparer → arrêter → mesurer la DO → étalonner → calculer vi

📊 Tableaux de synthèse

Les six classes d’enzymes