nature chimique des enzymes
Les enzymes sont des biocatalyseurs synthétisés par les cellules et remplissant des fonctions catalytiques dans l’organisme.
Les réactions catalysées par des enzymes sont appelées réactions enzymatiques
substrat
Substances qui subissent des réactions chimiques catalysées par des enzymes
produit
Substances produites par des réactions enzymatiques
nature chimique
Principalement des protéines, quelques ARN
Classification des enzymes
enzyme simple
Des enzymes qui sont des protéines pures
enzyme de conjugaison
En plus des protéines, certains composants non acides aminés (cofacteurs) sont liés
Cofacteur
coenzyme
Petites molécules organiques faiblement liées aux apoenzymes et pouvant être éliminées par dialyse
base prothétique
Petites molécules organiques liées de manière covalente aux protéines enzymatiques et étroitement liées aux apoenzymes et qui ne peuvent pas être éliminées par dialyse ou ultrafiltration.
propriétés catalytiques des enzymes
Propriétés communes des enzymes et des catalyseurs non enzymatiques
Ne peut catalyser que des réactions thermodynamiquement autorisées
Une fois la réaction terminée, il n’est ni consommé ni modifié et peut être réutilisé.
L'effet catalytique sur les réactions directes et inverses est le même
La constante d'équilibre n'est pas modifiée, mais la vitesse vers l'équilibre est accélérée ou le temps jusqu'à l'équilibre est raccourci.
propriétés catalytiques uniques des enzymes
efficacité, spécificité
spécificité absolue
Agit uniquement sur un seul substrat et pas sur d'autres substances
spécificité relative
Peut agir sur une classe de substrats structurellement similaires
Trois théories expliquant la spécificité des enzymes
Doctrine des serrures et des clés
théorie de l'ajustement induit
Doctrine des trois points et une seule ligne
Distinguer les énantiomères et expliquer la stéréospécificité
Se lie au substrat au centre actif
centre actif
La région d'une molécule d'enzyme qui se lie directement au substrat et est directement liée à la catalyse
Résidus aa principalement hydrophobes, une petite quantité de résidus aa hydrophiles (la réaction catalytique est aa hydrophile)
Le centre actif est structurellement complémentaire du substrat et la conformation n'est pas fixe.
Conditions de réaction douces, sensibles aux conditions de réaction, faciles à inactiver
A une grande capacité de réglage
Facteurs affectant les réactions enzymatiques
taux de réaction enzymatique
Le changement de concentration du substrat ou du produit par unité de temps
Facteurs qui influencent
force ionique
concentration de protons
Affecte le pH de la réaction
Concentration d'ions métalliques
Peut servir de cofacteur pour les enzymes, affectant ainsi la vitesse de réaction
pH du milieu réactionnel
Affecte l'état de dissociation des molécules d'enzyme
Affecte l'état de dissociation d'un substrat, d'un groupe prothétique ou d'une coenzyme
activateurs enzymatiques ou inhibiteurs d'enzymes
concentration en enzymes
Dans certaines conditions de pH et de température, lorsque la concentration en substrat est bien supérieure à la concentration en enzyme, la vitesse de réaction est directement proportionnelle à la concentration en enzyme.
concentration du substrat
Réaction de troisième ordre avec la concentration du substrat
Lorsque la concentration en substrat est faible, une réaction de premier ordre se produit
À mesure que la concentration du substrat augmente, la réaction se comporte comme une réaction à niveau mixte.
Lorsque la concentration en substrat est assez élevée, une réaction d’ordre zéro se produit.
théorie intermédiaire du substrat enzymatique
Cinétique de réaction de Michaelis
Décrire la relation entre la vitesse de réaction enzymatique de Michaelis et la concentration du substrat
Dérivation de l'équation de Michaelis-Menten
La vitesse de réaction est la vitesse initiale
Le complexe enzyme-substrat est à l’état stable, c’est-à-dire que la concentration en ES ne change pas.
Selon la loi de l'action de masse
À l'état d'équilibre, le taux de formation de ES est égal au taux de dissociation de ES
Interpréter l'équation de Michaelis-Menten
Km est la concentration de substrat à laquelle la vitesse initiale de la réaction enzymatique est la moitié de Vm
Il s’agit d’une constante caractéristique de l’enzyme, qui n’est liée qu’à la nature de l’enzyme et n’a rien à voir avec la concentration de l’enzyme.
Dans certaines conditions, il peut refléter l'affinité entre l'enzyme et le substrat. Plus le Km est grand, plus l'affinité entre l'enzyme et le substrat est faible.
Lorsque la valeur Km de l'enzyme pour le substrat est inférieure à la valeur Km du produit, la réaction est propice à la réaction directe, sinon elle est propice à la réaction inverse.
Vmax
Vitesse de réaction maximale théorique, qui change avec la concentration en enzyme
Kcat
La constante catalytique ou le nombre de conversion ou le nombre de chiffre d'affaires d'une enzyme fait spécifiquement référence au nombre total de molécules qu'une molécule d'enzyme convertit un substrat en un produit par unité de temps.
kcat=k2=Vmax/Et
Peut mesurer la vitesse d'une réaction enzymatique
Kcat/Km
Il est utilisé pour mesurer l’efficacité catalytique d’une enzyme et peut également refléter la perfection d’une enzyme.
La double nature de l'équation de Michaelis-Menten
Lorsque la concentration en substrat est très faible, c'est-à-dire que S est beaucoup plus petit que Km, l'équation de Michaelis-Menten devient
Respecter la cinétique du premier ordre
Lorsque la concentration en substrat est très élevée, c'est-à-dire que S est bien supérieure à Km, l'équation de Michaelis-Menten peut être transformée en
Conforme à la dynamique d'ordre zéro
Graphique double réciproque de l'enzyme Michaelis
Effet inhibiteur d’enzyme
inhibiteur réversible
Se lie de manière réversible à l'enzyme via une liaison secondaire
inhibiteur compétitif
Les inhibiteurs entrent en compétition avec le substrat
inhibiteur non compétitif
Peut être combiné avec ES et E
inhibiteur anticoncurrentiel
Peut uniquement se lier à ES, de sorte que le substrat lié au centre actif ne puisse plus être converti en produits
inhibiteur irréversible
Se lie de manière irréversible à l’enzyme via de fortes liaisons chimiques et est irréversible une fois inactivé.
inhibiteurs spécifiques d'un gène
Modification covalente des groupes de chaînes latérales essentielles sur le centre actif de l'enzyme
inhibiteur d'analogue de substrat
Structurellement similaire au substrat, il se lie à l'enzyme au niveau du centre actif et modifie de manière irréversible les groupes essentiels sur le centre actif de l'enzyme.
Inhibiteurs analogiques d’état de transition
Très similaire à l'état de transition d'une réaction enzymatique, il se lie au centre actif de l'enzyme, empêchant le substrat de se lier à l'enzyme.
inhibiteur de suicide
Catalysée par une enzyme, plusieurs réactions se produisent, mais aucun produit n'est formé. Au lieu de cela, les groupes essentiels de l'enzyme sont modifiés, entraînant une perte d'activité enzymatique.
Cinétique des enzymes allostériques
effet allostérique
Une fois que la partie non catalytique de la molécule d'enzyme est combinée de manière réversible et non covalente avec certains composés, la conformation change, modifiant ainsi l'état actif de l'enzyme, appelé effet allostérique de l'enzyme.
Les enzymes ayant des effets spécifiques sont appelées enzymes allostériques.
Les substances qui peuvent provoquer des effets allostériques sur les molécules enzymatiques sont appelées effecteurs allostériques.
Propriétés des enzymes allostériques
taux, la courbe de concentration du substrat est en forme de S
Réponses bidirectionnelles à l'inhibition compétitive
A faibles concentrations, il induit un effet synergique positif des enzymes allostériques et augmente la vitesse de réaction du substrat.
À des concentrations élevées, il occupe le centre actif de l’enzyme et le substrat ne peut pas se combiner normalement avec S, ce qui inhibe la vitesse de réaction.
Une légère dénaturation peut entraîner une perte des effets allostériques
Les enzymes oligomères et les enzymes allostériques représentent généralement une minorité.
Équation de Hill
h = 1, ce n'est pas une enzyme allostérique et n'a pas de coopérativité de substrat.
h>1, le tracé du taux en fonction de la concentration du substrat est en forme de S, avec une coopérativité positive du substrat.
Courbe S
Les enzymes sont sensibles aux changements de concentration du substrat dans l'environnement et régulent de manière sensible le métabolisme.
h<1, l'enzyme a une coopérativité négative avec le substrat
hyperbole apparente
L'enzyme est extrêmement insensible aux changements de concentration du substrat dans l'environnement, garantissant que les réactions importantes ne sont pas affectées par le substrat et peuvent toujours avoir lieu.
mécanisme catalytique enzymatique
Contenu de la théorie de la stabilité des états de transition
Au cours de toute réaction chimique, les réactifs doivent atteindre un état spécifique de haute énergie pour réagir. Cet état instable de haute énergie est appelé état de transition. Pour atteindre l’état de transition, les réactifs doivent avoir suffisamment d’énergie pour franchir l’état de transition. énergie d'activation.
L'affinité de l'enzyme pour l'état de transition est bien supérieure à l'affinité pour le substrat (état fondamental), et l'effet catalytique de l'enzyme provient de la stabilisation de la transition.
Mécanisme chimique de stabilisation de l'état de transition
réponse dirigée par la proximité
Cela signifie que deux substrats ou plus sont combinés avec l'enzyme au centre actif de l'enzyme en même temps, gelant la translation et la rotation de certaines liaisons chimiques, de sorte qu'ils adoptent la bonne orientation spatiale, augmentant considérablement la concentration des substrats.
Catalyse acido-basique généralisée
Désigne les résidus d'acides aminés impliqués dans la catalyse dans le centre actif de l'enzyme qui gagne ou perd des protons (transférés vers des intermédiaires d'état de transition pour obtenir l'effet de stabilisation de l'état de transition. Ce mécanisme est impliqué dans le processus catalytique de la plupart des enzymes.
Si la valeur de pKa est proche de 7, le groupe à chaîne latérale peut être le catalyseur acide-base généralisé le plus efficace, tel que le groupe imidazole du résidu His. Dans des conditions physiologiques, la moitié est acide et l'autre moitié est base, ainsi que le taux de libération. les protons sont rapides.
La vitesse de réaction dépend du pH et de la concentration du tampon
catalyse électrostatique
La distribution des charges centrales actives est utilisée pour stabiliser l'état de transition d'une réaction enzymatique. L'enzyme utilise son propre groupe chargé pour neutraliser la charge opposée générée lorsqu'un état de transition de réaction est formé pour la catalyser.
Parfois, le substrat est introduit dans le centre actif de l’enzyme grâce à l’interaction électrostatique entre l’enzyme et le substrat.
catalyse métallique
Métalloenzymes
Contient des ions métalliques étroitement liés
enzyme activatrice des métaux
faiblement lié aux ions métalliques en solution
Comment les ions métalliques catalysent
Fonctionne comme un acide de Lewis
Se lie aux substrats chargés négativement pour favoriser une orientation correcte du substrat pendant la réaction
Participer à la catalyse électrostatique et stabiliser les états de transition chargés négativement
Participer à des réactions redox en tant que donneur d'électrons ou accepteur d'électrons grâce à des changements réversibles de l'état de valence
en tant que composant de la structure enzymatique
catalyse covalente
Au cours du processus catalytique, l'enzyme forme temporairement des intermédiaires covalents instables avec certains groupes sur le substrat.
nucléophile
Un réactif qui donne une paire d'électrons à un réactif pour former une liaison covalente
électrophile
Un réactif qui obtient une paire d'électrons d'un réactif pour former une liaison covalente
Généralement, les acides de Lewis sont électrophiles et les bases de Lewis sont nucléophiles.
Déformation du substrat
Lorsque l'enzyme rencontre le substrat, l'enzyme induit que les liaisons sensibles du substrat deviennent plus sensibles, générant ainsi une tension et une déformation électroniques, rapprochant le substrat de son état de transition.
Structure et fonction de plusieurs enzymes courantes
sérine protéase
Le groupe catalytique comprend un résidu sérine indispensable et le DIFP est son catalyseur irréversible
Trypsine
Possède une poche profonde de liaison au substrat, adaptée à la liaison des Lys et Arg à longue chaîne
chymotrypsine
La poche de liaison du substrat est large et la paroi de la poche est distribuée avec des acides aminés hydrophobes, ce qui est particulièrement adapté à la liaison des acides aminés aromatiques.
élastase
Poche de liaison peu profonde, adaptée aux acides aminés avec des chaînes latérales plus petites (comme la glycine)
triade catalytique
Ser195
Groupe d'affinité qui agit comme un substrat attaquant
Son57
En tant que catalyseur acide-base généralisé
Asp102
Ciblez His57 et modifiez son pH pour modifier ses propriétés acido-basiques
trou d'anion d'oxygène
Stabilisation des états de transition tétraédriques par liaison hydrogène
Résumé du processus catalytique de la sérine protéase
Catalyse acide généralisée Ser195, catalyse covalente (substrat d'attaque)
Catalyse acido-basique généralisée His57
Deux attaques pro-nucléaires
Ser-O attaque le groupe carbonyle du substrat pour former une liaison covalente (état de transition tétraédrique)
H2O-OH attaque le groupe carbonyle du complexe covalent pour former une liaison covalente (état stable tétraédrique)
un trou d'anion oxygène
Stabilisation des états de transition tétraédriques par liaison hydrogène
métalloprotéinase
Il y a des ions métalliques liés au centre actif, et leur activité nécessite absolument des ions métalliques, de sorte que l'agent chélateur des métaux EDTA peut provoquer la perte de son activité.
protéase aspartique
Le groupe catalytique comprend deux aspartates, qui sont inactifs dans des conditions de pH alcalines.
Thiol protéase
Le groupe catalytique comprend un résidu de cystéine et l'acide iodoacétique est son catalyseur irréversible
Régulation de l'activité enzymatique
Modifications quantitatives des enzymes (contrôle des niveaux et des concentrations d'enzymes)
Contrôler l’expression des gènes enzymatiques et la dégradation des molécules enzymatiques
isoenzyme
Enzymes qui catalysent la même réaction mais ont des propriétés structurelles différentes
Exemple : quatre isoenzymes de l'hexokinase
HK1
Principalement distribué dans le cerveau
HK2
Principalement distribué dans les muscles squelettiques
HK3
Principalement distribué dans les globules blancs
HK4
Principalement distribué dans le foie (glucokinase)
Différentes distributions tissulaires et différents changements de concentration répondent aux différents besoins du corps
hexokinase
inhibé par les retours sur les produits
Contrôler la vitesse de la glycolyse
Glucokinase
Enzyme monomère, non soumise à l'inhibition allostérique
Responsable de l’abaissement de la glycémie et du maintien de la stabilité
Changement qualitatif de l'enzyme (contrôle de l'activité enzymatique)
Moduler l'activité enzymatique existante sans modifier la concentration enzymatique (faible consommation d'énergie, rapide)
ajustement allostérique
En plus du centre actif, certaines enzymes allostériques contiennent également des centres allostériques qui peuvent se lier à certaines molécules de ligand spéciales, modifiant ainsi la conformation de l'enzyme et provoquant des modifications de son activité enzymatique.
Les enzymes synergiques et non synergiques peuvent être régulées de manière allostérique
modification covalente
Les molécules d'enzymes sont modifiées de manière covalente de manière réversible sous la catalyse d'autres enzymes. Cette enzyme est appelée enzyme régulatrice de modification covalente. Elle est régulée par des hormones et peut être amplifiée en cascade.
Certaines enzymes prennent l’état modifié comme état actif
Certaines enzymes sont actives à l’état démodifié
Plusieurs formes de modification covalente des enzymes
Caractéristiques de la régulation par modification covalente
Les enzymes existent sous deux formes différemment modifiées ou différemment actives
Il y a des changements dans les liaisons covalentes
Influencé par d'autres facteurs régulateurs (par exemple les hormones)
Généralement un processus consommateur d’énergie
Il y a un effet d'amplification
activation hydrolytique
Le processus de conversion d'enzymes inactives (zymogènes) en enzymes actives sous la catalyse d'enzymes
mécanisme d'activation
Sous la catalyse de l'enzyme, les fragments peptidiques en excès du zymogène sont coupés
L'essence de l'activation
Former le centre actif de l'enzyme
signification physiologique
Une méthode d’autoprotection biologique
Un moyen de réguler l’activité enzymatique pour assurer un métabolisme normal dans le corps
Activation ou inhibition des protéines régulatrices
Certaines protéines agissent comme des ligands pour se lier à des enzymes spécifiques et réguler l'activité de l'enzyme liée.
Cette protéine est appelée protéine régulatrice
Polymérisation et dissociation des sous-unités enzymatiques
Caractéristiques de l'activation du zymogène
Le processus s'accompagne de modifications dans la structure primaire de la protéine enzymatique
Processus d'hydrolyse, irréversible, réglage unique
Il s'agit d'un processus d'amplification rapide du signal obtenu grâce à l'effet cascade pour remplir des fonctions spécifiques.
PS : Mécanisme catalytique du lysozyme
Catalyse acido-basique généralisée
Glu35 fait don de protons
catalyse électrostatique
Asp52 (charge négative) stabilise les substrats à état de transition chargés positivement
Déformation du substrat
Afin de s'adapter à la conformation du centre actif de l'enzyme, la chaîne sucrée passe de chaise à demi-chaise, rendant la liaison glycosidique plus susceptible de se rompre.
Wondershare EdrawMind
