Fiche de révision : Enzymologie et régulation enzymatique

📋 Plan du Cours

1. Fonction catalytique des enzymes
2. Structure et formes enzymatiques
3. Cofacteurs et coenzymes
4. Spécificité enzymatique
5. Cinétique michaelienne
6. Enzymes allostériques
7. Facteurs et inhibitions enzymatiques
8. Applications et régulation métabolique

📖 1. Fonction catalytique des enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Molécule protéique, généralement codée génétiquement, qui catalyse une réaction chimique chez les êtres vivants.

📝 Points essentiels

• Une réaction enzymatique suit la séquence S + E → ES → P + E, où S est le substrat, E l'enzyme, ES le complexe enzyme-substrat et P le produit.

• Un catalyseur accélère fortement une réaction, agit à très faible dose et se retrouve inaltéré à la fin de la réaction sans créer de réaction nouvelle.

📐 Formule — La vitesse de réaction s'exprime par $V=-\frac{dC_A}{dt}=\frac{dC_B}{dt}=\frac{dC_C}{dt}$.

💡 Astuce mémo

S + E → ES → P + E

📖 2. Structure et formes enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Apoenzyme : Partie protéique d'une enzyme, qui peut être constituée d'une seule sous-unité ou de plusieurs sous-unités.
• Site actif : Région de l'enzyme qui intervient directement dans l'activité enzymatique et comprend le site de fixation du substrat et le site catalytique.

• Isoenzyme : Enzyme de structure différente qui catalyse la même réaction, souvent sous forme oligomérique avec des sous-unités codées par des gènes spécifiques exprimés différemment selon les tissus.

📝 Points essentiels

• Les zymogènes sont synthétisés sous forme inactive puis activés lorsque leur site actif acquiert la conformation nécessaire à la fixation du substrat.

💡 Astuce mémo

Apoenzyme protéique, cofacteur non protéique

📖 3. Cofacteurs et coenzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Coenzyme : Petite molécule organique non protéique, souvent dérivée d'une vitamine, liée à l'apoenzyme et indispensable à l'activité enzymatique.

★ À maîtriser

📌 Les groupements prosthétiques sont liés à l'enzyme par des liaisons fortes et non dissociables, tandis que les cosubstrats se lient transitoirement, transportent des groupements et doivent souvent être régénérés.

Compléments

• Les coenzymes pyridiniques NAD+ et NADP+ fonctionnent avec les déshydrogénases et transportent des électrons et des protons sous forme oxydée ou réduite.

• Les métallo-enzymes nécessitent un cation métallique comme Zn2+, Mn2+ ou Ca2+ pour leur activité.

💡 Astuce mémo

Groupement prosthétique fixé, cosubstrat dissociable

📖 4. Spécificité enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Spécificité de réaction : Signifie qu'une enzyme ne catalyse, pour une molécule donnée, qu'une seule réaction parmi les réactions possibles.

• Spécificité de substrat : Signifie qu'une enzyme ne transforme qu'une structure chimique privilégiée, avec une étendue pouvant être large, étroite ou intermédiaire.

📝 Points essentiels

📌 L'hexokinase agit sur le glucose, le fructose et le galactose dans toutes les cellules, tandis que la glucokinase est spécifique du glucose et présente uniquement dans le foie.

• L'hexokinase possède une forte affinité pour le glucose avec Km = 0,1 mmol.L-1, tandis que la glucokinase possède une affinité plus faible avec Km = 10 mmol.L-1.

💡 Astuce mémo

Spécificité de réaction ≠ spécificité de substrat

📖 5. Cinétique michaelienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Km : Constante de Michaelis correspondant à la concentration en substrat qui permet d'obtenir une vitesse initiale égale à la moitié de la vitesse maximale.

📝 Points essentiels

📌 Plus l'affinité d'une enzyme pour son substrat est élevée, plus Km est faible et plus 1/Km est grand.

• La courbe de la vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat est hyperbolique et atteint un plateau lorsque l'enzyme est saturée en substrat.

• La vitesse initiale maximale Vmax est atteinte lorsque toute l'enzyme est sous forme de complexe ES et elle est directement proportionnelle à la quantité totale d'enzyme.

💡 Astuce mémo

Une hyperbole atteint un plateau de saturation

📖 6. Enzymes allostériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme allostérique : Enzyme généralement oligomérique qui peut adopter une forme R active à forte affinité ou une forme T inactive à faible affinité pour le substrat.

📝 Points essentiels

• La fixation du substrat sur une sous-unité allostérique peut convertir la forme T en forme R et modifier l'état des autres sous-unités par coopération.

📌 Les enzymes allostériques présentent une courbe sigmoïde et ne suivent pas l'équation de Michaelis-Menten, contrairement aux enzymes michaeliennes dont la courbe est hyperbolique.

📌 Un activateur allostérique stabilise la forme R et augmente l'affinité pour le substrat, tandis qu'un inhibiteur stabilise la forme T et diminue cette affinité.

💡 Astuce mémo

R relâchée active, T tendue inactive

📖 7. Facteurs et inhibitions enzymatiques

★ À maîtriser

• L'activité enzymatique dépend notamment de:
  • la température
  • le pH
  • la concentration en substrat
  • la concentration en enzyme
  • les activateurs
  • les inhibiteurs

📌 Un inhibiteur compétitif, analogue structural du substrat, se fixe réversiblement au site actif, tandis qu'un inhibiteur non compétitif se fixe sur un autre site sans empêcher la fixation du substrat.

• L'inhibition compétitive augmente la concentration apparente de Km, tandis que l'inhibition non compétitive diminue Vmax sans modifier Km.

Compléments

📌 Pour mesurer une activité enzymatique, il faut travailler au pH optimal et tamponner le milieu afin d'empêcher les variations de pH.

• Une inhibition irréversible résulte d'une liaison covalente d'un réactif avec un groupement réactionnel du site actif et ne peut pas être levée par dissociation.

💡 Astuce mémo

Compétitif : Km augmente ; non compétitif : Vmax diminue

📖 8. Applications et régulation métabolique

★ À maîtriser

• Le dosage d'enzymes sert de marqueur physiologique en médecine, d'outil d'analyse et d'amélioration des aliments, et de catalyseur dans les industries agroalimentaire, chimique et pharmaceutique.

• Lors d'une lyse cellulaire, des enzymes tissulaires passent dans le sang, ce qui augmente leur activité plasmatique et peut contribuer au diagnostic d'une lésion d'organe.

• Dans une voie métabolique, l'accélération d'une réaction irréversible augmente le flux de la chaîne, tandis que son ralentissement freine l'ensemble des réactions successives.

Compléments

📌 La phosphorylation et la déphosphorylation régulent l'activité enzymatique par l'action successive d'une kinase et d'une phosphatase, avec intervention de l'ATP et libération de Pi.

💡 Astuce mémo

Lésion cellulaire → enzymes tissulaires augmentées dans le plasma

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des enzymes michaeliennes et allostériques

Types d'inhibition enzymatique