Fiche de révision : Mécanismes de catalyse enzymatique

📋 Plan du Cours

1. Site actif et vitesse enzymatique
2. Principes énergétiques de la catalyse
3. Catalyse acido-basique de la RNase
4. Mécanisme catalytique de la chymotrypsine
5. Site actif métallique de l’anhydrase carbonique

📖 1. Site actif et vitesse enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Site actif : Région où le substrat se positionne pour être transformé et élément essentiel de la catalyse enzymatique.
• Acide de Lewis : Composé dont une lacune électronique correspond à des orbitales non totalement remplies qui demandent des électrons.

★ À maîtriser

📌 Le modèle clé-serrure décrit un site actif préformé complémentaire du substrat, tandis que l’ajustement induit implique une adaptation du site actif lors de la fixation du substrat.

📌 Selon la règle acide-base, une fonction dont le pKa est inférieur au pH se déprotonne, tandis qu’une fonction dont le pKa est supérieur au pH se protonne.

Compléments

📌 Lors d’une réaction catalytique, le centre électrophile est électropositif et reçoit l’attaque nucléophile d’une espèce riche en électrons.

💡 Astuce mémo

Clé-serrure = ajustement préalable ; ajustement induit = adaptation du site actif

📖 2. Principes énergétiques de la catalyse

★ À maîtriser

📌 La catalyse enzymatique accélère une réaction en stabilisant l’état de transition et en diminuant l’énergie d’activation, sans modifier le bilan énergétique global de la réaction.

📐 Formule — La réaction spontanée représentée vérifie $\Delta G < 0$, tandis que l’énergie d’activation de l’état de transition est positive et élevée, $\Delta G^{\neq} \gg 0$.

Compléments

• La formation du complexe enzyme-substrat correspond à un état de transition enzymatique dont l’énergie d’activation, notée $\Delta G_{ES}^{\neq}$, est inférieure à celle de la réaction non catalysée, notée $\Delta G^{\neq}$. — Halet et al., 2008

• La stabilisation de l’état de transition constitue un principe général des mécanismes catalytiques enzymatiques.

💡 Astuce mémo

Stabilisation de l’état de transition → diminution de l’énergie d’activation → accélération de la réaction

📖 3. Catalyse acido-basique de la RNase

★ À maîtriser

📌 Au premier temps du mécanisme de la RNase, His 12 agit comme une base en se protonant, tandis que His 119 agit comme un acide en se déprotonant.

• Après la cassure de la liaison, l’eau attaque pour régénérer l’enzyme et permettre le retour au point de départ du cycle catalytique.

• La RNase catalyse la coupure de l’ARN par une succession de transferts de protons impliquant His 12 et His 119, suivie d’une attaque par l’eau qui régénère l’enzyme.

Compléments

• Dans la RNase, le substrat ARN se positionne dans une gouttière et interagit notamment par liaison hydrogène.

💡 Astuce mémo

His 12 base → cassure → His 119 base → enzyme régénérée

📖 4. Mécanisme catalytique de la chymotrypsine

★ À maîtriser

• La chymotrypsine combine une catalyse acido-basique et une catalyse covalente impliquant la triade Ser195, His57 et Asp102.

• La chymotrypsine hydrolyse une liaison peptidique par une attaque nucléophile de Ser195, la formation d’un état de transition tétraédrique, la rupture de la liaison peptidique, puis une hydrolyse par l’eau qui régénère l’enzyme.

Compléments

• Les acteurs principaux du site actif de la chymotrypsine sont Ser195, His57 et Asp102, associés au substrat peptidique.

• Le mécanisme de la chymotrypsine comporte deux états de transition tétraédriques, l’un avant la rupture initiale de la liaison peptidique et l’autre après l’arrivée de l’eau.

💡 Astuce mémo

Attaque de Ser195 → intermédiaire tétraédrique → hydrolyse par H₂O → enzyme régénérée

📖 5. Site actif métallique de l’anhydrase carbonique

★ À maîtriser

📌 L’activité de l’anhydrase carbonique augmente à haut pH parce que la déprotonation de l’eau accroît le pouvoir nucléophile de l’espèce coordonnée au Zn2+.

• L’anhydrase carbonique possède un site actif métallique dans lequel un ion Zn2+ est coordonné par trois histidines et une molécule d’eau.

• Dans l’anhydrase carbonique, le Zn2+ favorise la déprotonation de l’eau en ion hydroxyde, dont l’attaque nucléophile sur le CO2 forme le bicarbonate.

Compléments

• Le Zn2+ comble la lacune électronique du centre électrophile et facilite ainsi l’attaque nucléophile dans le site actif.

💡 Astuce mémo

Zn²⁺ active H₂O → OH⁻ attaque CO₂ → HCO₃⁻ est libéré

📊 Tableaux de synthèse

Mécanismes catalytiques illustrés