Post on 26-Mar-2022
Principles of Biochemistry
Third Edition International Student Version
Chapter 11 Enzymatic Catalysis
Copyright © 2008 by John Wiley & Sons, Inc.
Donald Voet • Judith G. Voet • Charlotte W. Pratt
Chapter 11 Opener
1. Principes de Catalyse
2. Mécanismes
Exemples: Lysozyme – Ser Protéases – RNAse 1. Cinétique: principes – équation de Michaelis
2. Inhibiteurs
3. Cinétique à plusieurs substrats
4. Allostérie & régulation
Propriétés Générales des Enzymes
• Vitesse de réaction élevée: 106-1012 x plus que réaction non-catalysée
• Conditions douces: pH neutre (+/-) / basse T/
• Haute spécificité
• Capacité de régulation (=>mécanisme de contrôle)
Table 11-1
Table 11-2
Classification: nom officiel - nom alternatif spécificité de réaction - spécificité de substrat
Figure 11-1
Spécificité Notion de site actif: • complémentarité géométrique • complémentarité électronique • ajustement induit
Page 325
Stereospécificité: exemple de Aconitase
Citrate est pro-chiral: devient chiral par substitution d’un des 2 carboxyméthyl
Figure 11-2 Citrate est pro-chiral: devient chiral par substitution d’un des 2 carboxyméthyl
Liaison absolument stereospécifique et complémentaire dans le site actf
Page 326
Enzymes digestifs: large spécificité de substrat (=>spécificité permissive)
Hydrolyse des liaisons peptidiques ou liaisons ester
Figure 11-3
Apo-enzyme (inactif) + cofacteur => holoenzyme (actif)
=éléments trace/oligoéléments
associé en permanence labile/dissociable
composé organique/dérivé de vitamine
Les coenzymes doivent être régénérés après un cycle catalytique!
Figure 11-4
Coenzyme: exemple NAD(P)
Page 327
Coenzyme: exemple NAD(P) cofacteur de l’Alcool Deshydrogénase labile, dissociable
Figure 11-5a
Energie d’activation – Diagramme d’état de transition Exemple: H + H2 -> H2 + H
Énergie libre d’activation
Figure 11-5b
Energie d’activation – Diagramme d’état de transition
Énergie libre d’activation
Ici:réaction spontanée: ΔGreaction<0
Figure 11-6
Energie d’activation – Diagramme d’état de transition réaction en 2 étapes
Étape limitante de la réaction ____ I->P ____ A->I
Figure 11-7
Energie d’activation – Diagramme d’état de transition Effet du catalyseur = abaisser la barrière énergétique
Vitesse de Catalyse:
R = vcat/vuncat = eΔΔG*cat
/RT
donc: à 25° (=298 K°), R=10x si ΔΔG*cat = 5.71 kJ*mol-1
Mécanismes
• Catalyse Acide-Base • Catalyse Covalente • Catalyse métallique • Effets de Proximité et d’Orientation • Stabilisation de l’état de transistion
Page 330
Mécanismes
Catalyse acide-base: Exemple: formation de imine (base de Schiff)
Figure 11-8
Mécanismes
Catalyse acide-base générale: exemple tautomerisation ceto-enol
non-catalysé
Catalyse acide
Catalyse base
Figure 11-8a
Non-catalyse
Figure 11-8b
Catalyse acide
Figure 11-8c
Catalyse base
Box 11-1
Role du pH
Figure 11-9
Catalyse acide-base générale: exemple: RIBONUCLEASE
Figure 11-10
Catalyse acide-base générale: exemple: RIBONUCLEASE
Figure 11-10 part 1
Catalyse acide-base générale: exemple: RIBONUCLEASE
Figure 11-10 part 2
Catalyse acide-base générale: exemple: RIBONUCLEASE
Figure 11-11
Catalyse nucleophile: exemple: décarboxylation
Page 334
Catalyse nucleophile: exemple: décarboxylation
Formation d’une imine (Base de Schiff)
Figure 11-12
Agents nucleophile: Agents électrophiles:
Figure 11-12a
Figure 11-12b
Catalyse métallique: avec oligoéléments (métalloenzymes)
Fe2+
Fe3+
Cu2+
Mn2+
Co2+
Mo2+
Zn2+ role de catalyse ou de structure Mg2+ idem
Na+ K+ Ca2+ ont d’autres fonctions (pas catalyse)
Figure 11-13a
Catalyse métallique: exemple Zn
Figure 11-13b
Catalyse métallique: exemple Zn
Page 336
Mécanismes effets de Proximité et d’Orientation
La réaction monomoléculaire (ci-dessous) est 24 fois plus rapide !
Page 336
L’enzyme doit: • amener les partenaires en contact • lier les substrats dans une orientation favorable
• favoriser les chances de collision • stabiliser l’état de transition de la réaction (=catalyse électrostatique)
• bloquer l’agitation moléculaire des substrats et groupes catalytiques
Figure 11-14
Géométrie d’une réaction SN2
Page 338
Empêchement stérique en liant le substrat l’enzyme peut provoquer une contrainte stérique qui déstabilise une liaison, ce qui augmente considérablement la réaction
Exemple: la réaction est 314 fois plus rapide si R=-CH3 vs -H
Figure 11-15
Stabilisation de l’état de transition de la réaction
La liaison de S ou P au site actif favorise l’abaissement de la barrière énergétique
Page 339
Stabilisation de l’état de transition de la réaction Exemple: Proline Racemase
Inhibiteurs de l’état de transition:
Figure 11-16
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Substrat: hexasaccharide Hydrolyse des chaînes NAG-NAM (parois bactériennes)
Figure 11-17
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Liaison du Substrat (=hexasaccaride) sur l’enzyme, face à Glu35/Asp52
Figure 11-18
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-19
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
La liaison du substrat à l’enzyme déstabilise le sucre D et impose une conformation demi-chaise peu stable
Page 343
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-20
Figure 11-21
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-21 part 1
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-21 part 2
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-21 part 3
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-21 part 4
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-21 part 5
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Figure 11-22
Mécanismes: Exemple LYSOZYME
Analogues de l’état de transition = inhibiteurs efficaces
Note: C1, C2, C5 et O5 sont co-planaires, comme dans la cofiguration demi-chaise de D
Figure 11-23
Page 348
Mécanisme: SERINE PROTEASES Site actif : identifié par marquage spécifique de Ser (p.ex. avec DIFP) Aussi marquage par affinité, p.ex. His (par TLCK), Phe (par TPCK)
Box 11-3a
ACETYLCHOLINESTERASE
ACETYLCHOLINESTERASE: Inhibiteurs
Figure 11-25
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Trypsine
Liaison covalente de son inhibiteur LEUPEPTIN (=AcLeu-Leu-Arg)
Figure 11-26
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Trypsine: site actif = triade catalytique
Figure 11-27
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Poche de liaison du Substrat
Figure 11-28
triade catalytique
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Figure 11-29
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Figure 11-29 part 1
Mécanisme: SERINE PROTEASES
1. Attaque nucléophile sur Ser du site actif sur la liaison peptidique ->intermédiaire tétrahedrique
Figure 11-29 part 2
Mécanisme: SERINE PROTEASES
2. Décomposition de l’intermédiaire tetrahédirque en Acyl-enzyme intermédiaire (=catalyse acide base générale par Asp-His)
Figure 11-29 part 3
Mécanisme: SERINE PROTEASES
3. Élimination du peptide-amine & remplacement par une mol. H2O
Figure 11-29 part 4
Mécanisme: SERINE PROTEASES
4. Inverse de réaction 2/ ->nouvel intermédiaire tétrahedrique
Figure 11-29 part 5
Mécanisme: SERINE PROTEASES
5. Inverse de réaction 1/. Libère le résidu peptique carboxylique & régénère l’enzyme
Figure 11-32
a/ à pH 5, liaison covalent de Ser195-O sur C-terminal du S Une mol H2O est couplée à Acyl-Enzyme
b/ à pH 9, H2O forme un –OH sur le C- => intermédiaire tétrahédrique (ressemble à l’état de transition)
Structure de l’Acyl-enzyme - Intermédiaire tétrahédrique
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Figure 11-30a
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Stabilisation de l’état de Transision
Figure 11-30b
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Stabilisation de l’état de Transision
Figure 11-31a
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Complexe Trypsine – BPTI (=inhibiteur de trypsine bovine) Structure similaire à l’intermédiaire de l’état de transition
Figure 11-33
Les Enzymes digestifs sont formés à partir de précurseurs inactifs
(= ZYMOGENES)
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Box 11-4a
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Facteurs de Coagulation
Box 11-4b
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Facteurs de Coagulation
Box 11-4c
Mécanisme: SERINE PROTEASES
Facteurs de Coagulation