1.4 – Les enzymes 1.4 – Les enzymes et l’énergie et l’énergie

SBI 4USBI 4U

Dominic DécoeurDominic Décoeur

IntroductionIntroduction

Les enzymes sont essentielles car elles servent de Les enzymes sont essentielles car elles servent de catalyseurs. Elles accélèrent la vitesse des catalyseurs. Elles accélèrent la vitesse des réactions chimiques de notre corps. Le catalyseur réactions chimiques de notre corps. Le catalyseur se retrouve inchangé à la fin de la réaction.se retrouve inchangé à la fin de la réaction.

En termes plus techniques, un catalyseur abaisse En termes plus techniques, un catalyseur abaisse l’énergie d’activation d’une réaction chimique.l’énergie d’activation d’une réaction chimique.

Elles permettent aussi de synthétiser des Elles permettent aussi de synthétiser des molécules riches en énergie (ATP).molécules riches en énergie (ATP).

Les enzymes comme Les enzymes comme catalyseurscatalyseurs

Sans enzymes, nos cellules ne pourraient Sans enzymes, nos cellules ne pourraient pas fonctionner assez rapidement pour nos pas fonctionner assez rapidement pour nos besoins. besoins.

Les réactions biochimiques deviendraient si Les réactions biochimiques deviendraient si lentes qu’elles cesseraient pratiquement. lentes qu’elles cesseraient pratiquement.

Les enzymes comme Les enzymes comme catalyseurscatalyseurs

L’hydrolyse d’un disaccharide dans l’eau pourrait L’hydrolyse d’un disaccharide dans l’eau pourrait prendre des années. À l’aide d’enzymes, le prendre des années. À l’aide d’enzymes, le processus ne dure que quelques minutes. On peut processus ne dure que quelques minutes. On peut dire qu’ils accélèrent la vitesse de réaction d’environ dire qu’ils accélèrent la vitesse de réaction d’environ 1 000 000 X.1 000 000 X.

Les enzymes accélèrent la vitesse des réactions en Les enzymes accélèrent la vitesse des réactions en diminuant l’E activation nécessaire pour débuter la diminuant l’E activation nécessaire pour débuter la réaction.réaction.

Chaque réaction chimique du corps nécessite un Chaque réaction chimique du corps nécessite un enzyme spécifique.enzyme spécifique.

L’énergie d’activationL’énergie d’activation

Un catalyseur diminue l'énergie d'activation d'une réaction chimique. La Un catalyseur diminue l'énergie d'activation d'une réaction chimique. La courbe bleue représente les variations d'énergie de la réaction sans courbe bleue représente les variations d'énergie de la réaction sans catalyseur. La rouge, la même réaction avec catalyseur. Sans catalyseur, il catalyseur. La rouge, la même réaction avec catalyseur. Sans catalyseur, il faut fournir plus d'énergie pour que la réaction se produise. Avec le faut fournir plus d'énergie pour que la réaction se produise. Avec le catalyseur, la quantité d'énergie à fournir est plus faible; la réaction se produit catalyseur, la quantité d'énergie à fournir est plus faible; la réaction se produit plus facilement.plus facilement.

Les enzymes comme Les enzymes comme catalyseurscatalyseurs

Les enzymes sont des protéines. Donc, elles Les enzymes sont des protéines. Donc, elles possèdent une structure 3D avec en plus un possèdent une structure 3D avec en plus un site actif pour recevoir un réactif spécifique site actif pour recevoir un réactif spécifique (substrat) et ainsi accélérer les réactions.(substrat) et ainsi accélérer les réactions.

Le site actif de l’enzyme reçoit le substrat en Le site actif de l’enzyme reçoit le substrat en modifiant légèrement sa forme pour bien modifiant légèrement sa forme pour bien s’ajuster à la molécule.s’ajuster à la molécule.

Catalyseurs spécifiquesCatalyseurs spécifiques

Les enzymes sont des catalyseurs spécifiques, Les enzymes sont des catalyseurs spécifiques, c'est à dire qu'une enzyme donnée (il y en a c'est à dire qu'une enzyme donnée (il y en a des milliers de sortes différentes) ne peut des milliers de sortes différentes) ne peut catalyser qu'une réaction chimique bien catalyser qu'une réaction chimique bien précise. précise.

Par exemple, l'enzyme qui sépare dans Par exemple, l'enzyme qui sépare dans l'intestin le saccharose en glucose et fructose l'intestin le saccharose en glucose et fructose ne peut pas séparer le lactose en glucose et ne peut pas séparer le lactose en glucose et galactose. C'est une autre enzyme qui catalyse galactose. C'est une autre enzyme qui catalyse cette réaction. cette réaction.

Catabolisme et AnabolismeCatabolisme et Anabolisme

Catabolisme :Catabolisme : Ces liens amènent un stress sur le substrat Ces liens amènent un stress sur le substrat

causant ainsi une faiblesse à la liaison que l’on causant ainsi une faiblesse à la liaison que l’on veut briser. Donc, l’énergie d’activation veut briser. Donc, l’énergie d’activation nécessaire pour briser cette liaison diminue et la nécessaire pour briser cette liaison diminue et la réaction accélère.réaction accélère.

Anabolisme :Anabolisme : Même principe mais il y a un rapprochement des Même principe mais il y a un rapprochement des

gr. fonctionnels pour former le lien plus gr. fonctionnels pour former le lien plus rapidement.rapidement.

Dans une réaction enzymatique (c'est à dire catalysée Dans une réaction enzymatique (c'est à dire catalysée par une enzyme), on appelle substrat la ou les par une enzyme), on appelle substrat la ou les substances qui se fixent sur le site actif et produit la ou substances qui se fixent sur le site actif et produit la ou les molécules obtenues à la fin de la réaction.les molécules obtenues à la fin de la réaction.

Le fonctionnement d’une enzymeLe fonctionnement d’une enzyme

Exemple du sucrose Exemple du sucrose

Le cycle catalytique de cette enzyme (saccharase) décompose Le cycle catalytique de cette enzyme (saccharase) décompose le saccharose en deux sucre simples, le glucose et le fructose.le saccharose en deux sucre simples, le glucose et le fructose.

AnimationAnimation

Le fonctionnement d’une enzyme Le fonctionnement d’une enzyme

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_enzymes_work.html

FonctionnementFonctionnement C'est au niveau du site actif que s'effectue la réaction C'est au niveau du site actif que s'effectue la réaction

chimique catalysée par une enzyme. Par exemple, chimique catalysée par une enzyme. Par exemple, c'est en se fixant sur le site actif de la c'est en se fixant sur le site actif de la lactaselactase que le que le lactose se défait en glucose et en galactose. lactose se défait en glucose et en galactose.

Il n'y a que le lactose qui peut se fixer sur ce site. Le Il n'y a que le lactose qui peut se fixer sur ce site. Le maltose (glucose + glucose), par exemple, n'a pas maltose (glucose + glucose), par exemple, n'a pas d'affinité chimique avec le site actif de la lactase et il ne d'affinité chimique avec le site actif de la lactase et il ne peut pas s'y fixer.peut pas s'y fixer.

À la fin de la réaction, la nouvelle molécule se détache À la fin de la réaction, la nouvelle molécule se détache de l'enzyme qui, de ce fait, peut à nouveau de l'enzyme qui, de ce fait, peut à nouveau recommencer la même réaction. L'enzyme n'est pas recommencer la même réaction. L'enzyme n'est pas endommagée par la réaction. Une même enzyme peut endommagée par la réaction. Une même enzyme peut refaire la même réaction des milliers de fois à la refaire la même réaction des milliers de fois à la seconde.seconde.

Dénaturation d’une enzymeDénaturation d’une enzyme

Si la protéine se déforme, le site actif risque Si la protéine se déforme, le site actif risque d'être modifié et de devenir alors inactive. d'être modifié et de devenir alors inactive. L'enzyme a alors perdu ses propriétés L'enzyme a alors perdu ses propriétés catalytiques, elle ne peut plus remplir sa catalytiques, elle ne peut plus remplir sa fonction.fonction.

Les protéines peuvent être dénaturées par :Les protéines peuvent être dénaturées par : La chaleurLa chaleur Les variations de pHLes variations de pH

Le taux de réaction enzymatique en fonction de la Le taux de réaction enzymatique en fonction de la températuretempérature

Le taux de réaction double approximativement chaque fois que la Le taux de réaction double approximativement chaque fois que la température augmente de 10température augmente de 10ooC. La plupart des enzymes humaines C. La plupart des enzymes humaines parviennent à leur fonctionnement optimal entre 35parviennent à leur fonctionnement optimal entre 35ooC et 40C et 40ooC.C.

La majorité des enzymes fonctionnent entre un pH de 6 à 8. La La majorité des enzymes fonctionnent entre un pH de 6 à 8. La trypsine (hydrolyse les protéines au niveau du pancréas), a besoin trypsine (hydrolyse les protéines au niveau du pancréas), a besoin d’un pH entre 7,5 et 8,2. Toutefois, la pepsine (hydrolyse les d’un pH entre 7,5 et 8,2. Toutefois, la pepsine (hydrolyse les protéines dans l’estomac) a besoin d’un pH entre 1,8 et 4,3.protéines dans l’estomac) a besoin d’un pH entre 1,8 et 4,3.

L’activité enzymatiqueL’activité enzymatique

AnimationAnimation

Voir : SBI 4U / Unité 1 / ExercicesVoir : SBI 4U / Unité 1 / Exercices

Inhibition enzymatiqueInhibition enzymatique

L'activité catalytique d'une enzyme peut L'activité catalytique d'une enzyme peut diminuer et même complètement diminuer et même complètement s'arrêter au contact de certaines s'arrêter au contact de certaines substances chimiques. On reconnaît substances chimiques. On reconnaît généralement deux modes d'inhibition généralement deux modes d'inhibition différents:différents:

L’inhibiteur compétitifL’inhibiteur compétitif L’inhibiteur non-compétitifL’inhibiteur non-compétitif

UnUn inhibiteur compétitif ressemble au substrat et entre en inhibiteur compétitif ressemble au substrat et entre en compétition avec lui pour s'introduire dans le site actif. Si le site actif compétition avec lui pour s'introduire dans le site actif. Si le site actif est bloqué par un inhibiteur compétitif, l'enzyme ne peut plus est bloqué par un inhibiteur compétitif, l'enzyme ne peut plus fonctionner. L'inhibiteur compétitif a souvent une action réversible. Il fonctionner. L'inhibiteur compétitif a souvent une action réversible. Il peut se retirer du site actif si sa concentration devient faible dans le peut se retirer du site actif si sa concentration devient faible dans le milieu. milieu.

Inhibiteur compétitifInhibiteur compétitif

Le Viagra est un médicament qui avait Le Viagra est un médicament qui avait été développé pour traiter les été développé pour traiter les cardiaques. Il a pour effet de faciliter la cardiaques. Il a pour effet de faciliter la dilatation des artères. Il agit en dilatation des artères. Il agit en inhibant le site actif d'une enzyme inhibant le site actif d'une enzyme (la (la phosphodiestérasephosphodiestérase), laquelle enzyme ), laquelle enzyme sert à détruire le sert à détruire le GMP cycliqueGMP cyclique, une , une substance de la paroi des artères substance de la paroi des artères essentielle dans le mécanisme de la essentielle dans le mécanisme de la dilatation. dilatation.

Inhibiteur compétitif : le viagraInhibiteur compétitif : le viagra

Un inhibiteur non compétitif se lie à l'enzyme (en un point autre que Un inhibiteur non compétitif se lie à l'enzyme (en un point autre que le site actif) ce qui provoque la déformation du site actif. Le site actif le site actif) ce qui provoque la déformation du site actif. Le site actif déformé ne peut plus se lier au substrat, l'enzyme est inhibée. Leur déformé ne peut plus se lier au substrat, l'enzyme est inhibée. Leur liaison à l'enzyme peut être réversible ou irréversible. Plusieurs liaison à l'enzyme peut être réversible ou irréversible. Plusieurs inhibiteurs non compétitifs réversibles sont des produits normaux inhibiteurs non compétitifs réversibles sont des produits normaux du métabolisme.du métabolisme.

Inhibiteur non-compétitifInhibiteur non-compétitif

Les enzymes allostériquesLes enzymes allostériques Certaines enzymes dites Certaines enzymes dites allostériquesallostériques possèdent, en possèdent, en

plus de leur site actif, un site appelé site allostérique. plus de leur site actif, un site appelé site allostérique. Une substance appelée Une substance appelée effecteureffecteur (on dit aussi (on dit aussi modulateur modulateur ouou regulator regulator en anglais) peut se fixer sur ce en anglais) peut se fixer sur ce site. site.

Une enzyme allostérique peut généralement avoir deux Une enzyme allostérique peut généralement avoir deux formes différentes. Une forme active et une forme formes différentes. Une forme active et une forme inactive. L'effecteur, en se fixant sur son site inactive. L'effecteur, en se fixant sur son site allostérique, a pour effet de bloquer l'enzyme dans sa allostérique, a pour effet de bloquer l'enzyme dans sa forme active ou dans sa forme inactive (ça dépend de forme active ou dans sa forme inactive (ça dépend de l'enzyme). On parle alors :l'enzyme). On parle alors :

effecteur effecteur inhibiteurinhibiteur effecteur effecteur activateuractivateur..

Inhibiteur vs ActivateurInhibiteur vs Activateur

Un Un effecteur inhibiteureffecteur inhibiteur a pour effet de bloquer une enzyme a pour effet de bloquer une enzyme dans sa forme inactive. En se liant au site allostérique, dans sa forme inactive. En se liant au site allostérique, l'effecteur inhibiteur modifie la forme de l'enzyme qui devient l'effecteur inhibiteur modifie la forme de l'enzyme qui devient alors inactive. Tant que l'inhibiteur est lié au site alors inactive. Tant que l'inhibiteur est lié au site allostérique, l'enzyme garde sa forme inactive. Elle ne allostérique, l'enzyme garde sa forme inactive. Elle ne fonctionne plus. Si l'inhibiteur se sépare du site allostérique, fonctionne plus. Si l'inhibiteur se sépare du site allostérique, l'enzyme reprend sa forme active.l'enzyme reprend sa forme active.

Un Un effecteur activateureffecteur activateur rend une enzyme normalement rend une enzyme normalement inactive, inactive, activeactive en se fixant à son site allostérique. Lorsque en se fixant à son site allostérique. Lorsque l'activateur se fixe au site allostérique, l'enzyme prend sa l'activateur se fixe au site allostérique, l'enzyme prend sa forme active. Si l'activateur se sépare de l'enzyme, celle-ci forme active. Si l'activateur se sépare de l'enzyme, celle-ci reprend sa forme inactive. Bref, ce type d'enzyme ne reprend sa forme inactive. Bref, ce type d'enzyme ne fonctionne que si elle est liée à son effecteur. Sans fonctionne que si elle est liée à son effecteur. Sans l'effecteur, l'enzyme ne sert à rien.l'effecteur, l'enzyme ne sert à rien.

L’enzyme allostérique activateur et inhibiteurL’enzyme allostérique activateur et inhibiteur

Des exemples concretsDes exemples concrets

Pour les gens victimes d’un accident vasculaire Pour les gens victimes d’un accident vasculaire cérébral, le venin agit comme inhibiteur en empêchant cérébral, le venin agit comme inhibiteur en empêchant la formation de caillot sanguin et diminuant le blocage la formation de caillot sanguin et diminuant le blocage au cerveau.au cerveau.

La pénicilline La pénicilline joue un rôle d’inhibiteur en empêchant joue un rôle d’inhibiteur en empêchant une cellule bactérienne de se diviser.une cellule bactérienne de se diviser.

À TRAVAILLER…Lutte contre le SIDA : À TRAVAILLER…Lutte contre le SIDA : empêche le empêche le VIH de se diviser (à l’aide de la protéase) dans les VIH de se diviser (à l’aide de la protéase) dans les cellules en bloquant l’enzyme qui provoque le bris des cellules en bloquant l’enzyme qui provoque le bris des liens des polyprotéines.liens des polyprotéines.

Le site actif de plusieurs enzymes appelées apoenzymes ne Le site actif de plusieurs enzymes appelées apoenzymes ne peut être fonctionnel que si une substance particulière, le peut être fonctionnel que si une substance particulière, le cofacteur vient s'y fixer. Le cofacteur peut être:cofacteur vient s'y fixer. Le cofacteur peut être:

un ion métallique (cuivre, zinc, manganèse, etc.)un ion métallique (cuivre, zinc, manganèse, etc.) une petite molécule organique qu'on appelle alors un une petite molécule organique qu'on appelle alors un

coenzyme.coenzyme.

La plupart desLa plupart des vitamines sont des coenzymes ou des vitamines sont des coenzymes ou des substances utilisées par la cellule pour fabriquer des substances utilisées par la cellule pour fabriquer des coenzymes.coenzymes.

L'apoenzyme seule ou le cofacteur seul n'ont pas de L'apoenzyme seule ou le cofacteur seul n'ont pas de propriétés catalytiques. Il faut que les deux soient associés propriétés catalytiques. Il faut que les deux soient associés pour que l'enzyme fonctionne.pour que l'enzyme fonctionne.

Plusieurs enzymes nécessitent un cofacteurPlusieurs enzymes nécessitent un cofacteur

ApoenzymeApoenzyme Enzyme sans son Enzyme sans son cofacteur. Il nécessite cofacteur. Il nécessite un cofacteur pour un cofacteur pour fonctionnerfonctionner

CofacteurCofacteur Substance organique Substance organique simple ou inorganique simple ou inorganique qui rend une enzyme qui rend une enzyme active en s’y fixantactive en s’y fixant

CoenzymeCoenzyme Cofacteur organique, Cofacteur organique, plusieurs vitamines sont plusieurs vitamines sont des coenzymesdes coenzymes

AnimationAnimation

Explication du fonctionnement de la Explication du fonctionnement de la coenzyme NAD+coenzyme NAD+

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072507470/student_view0/chapter25/animation__how_the_nad__works.html

DevoirsDevoirs

p. 54p. 54 (1, 2, 5, 6, 9, 13)(1, 2, 5, 6, 9, 13)

p. 60 p. 60 (6, 10, 14, 16, 17, 18, 19, 22)(6, 10, 14, 16, 17, 18, 19, 22)