ACIDES GRAS

Groupement carboxyle (hydrophile)

Chaine hydrocarbonée(hydrophobe)

Les acides gras sont des acides carboxyliques avec de longues chaînes hydrocarbonées

tête

queue

Ionise dans les conditions physiologiques

Le groupe carboxyle a un pKa de 4-5Sont rarement «libres» (non complexés) dans la nature

ACIDES GRAS

Orientation de la chaine carbonée de l’acide gras

Cette nomenclature indique l'atome de carbone impliqué dans une double liaison, en comptant à partir du méthyle terminale (ω) de la chaîne.

Nomenclature abrégée Omega (ω)

Structure des acides gras

Saturé Insaturé

Les acides gras sont saturés (toutes les liaisons carbone-carbone sont des liaisonssimples) ou insaturés (avec une ou plusieurs doubles liaisons dans la chaînehydrocarbonée, mono ou polyinsaturé)

ACIDES GRAS

-De formule générale CH3-(CH2)n-COOH, chaque acide gras est constitué par

une chaîne hydrocarbonée, plus ou moins longue, fortement apolaire et un groupement

carboxyle polaire.

-Les plus abondants sont l’acide palmitique à 16C et l’acide stéarique à 18C.

-Pour la numérotation des carbones, on utilise des chiffres ou l’alphabet grecque

Nomenclature CH2

CH2

CH2

CH2

CH2CH2R

COOH1

2 ou α

3 ou β

4 ou δ

5 ou γ

6 ou ε

7 ou ζAlphaBetaGammaDeltaEpsilonZetaAcide n_.......anoique

Indique le caractère linéaire

Préfixe correspondant a la longueur de la chaine

suffixe correspondant a la fonction acide carboxylique

Indique le caractère saturé

Les acides gras saturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Longueur relative

Nb C nom commun nom systématique Formule origine

Chaine courte 2 Acide Acétique Ethanoic acid CH3COOH

4 Acide Butyrique Butanoic acid CH3(CH2)2COOH beurre

6 Acide Caproïque Hexanoic acid CH3(CH2)4COOH Lait de chèvre

8 Acide Caprylique Octanoic acid CH3(CH2)6COOH Lait de chèvre

10 Acide Caprique Decanoic acid CH3(CH2)8COOH Lait de chèvre

Chaine moyenne

12 Acide Laurique Dodecanoic acid CH3(CH2)10COOH laurier

14 Acide Myristique Tetradecanoic acid CH3(CH2)12COOH muscade

16 Acide Palmitique Hexadecanoic acid CH3(CH2)14COOH palmier

18 Acide Stéarique Octadecanoic acid CH3(CH2)16COOH suif

Chaine longue

20 Acide Arachidique Eicosanoic acid CH3(CH2)18COOH Arachide

22 Acide Béhénique Docosanoic acid CH3(CH2)20COOH

Les acides gras saturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Les acides gras insaturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Ils représentent plus de la moitié des acides gras des plantes et des animaux, ils

possèdent :

-une double liaison : acides monoéniques ou monoinsaturés

- ou plusieurs doubles liaisons : ils sont polyéniques ou polyinsaturés

Deux numérotations coexistent, l'une systématique et l'autre utilisée en diététique qui

permet de regrouper les acides gras insaturés en séries (ω3, ω6…).

La plupart des acides gras insaturés ont des

longueurs de chaînes de 16 à 20 carbones.

En règle générale :

_ la première, ou la seule, double liaison est

établie entre les C9 et les C10

_ les doubles liaisons multiples sont

séparées par un groupe méthylène, ce qui les

place, par exemple, en ∆9, ∆12, ∆15…

Les acides gras insaturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Les acides gras insaturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

La double liaison est toujours en conformation cis chez les acides gras naturels.

Acide gras cisAcide gras trans

Conformation cis et trans

un coude rigide 30 ° dans la chaîne carbonée des acides gras insaturés, qui interfère avec leur alignement dans l'espace.

Alignement d’acides gras saturés

Alignement d’acides gras saturés et

insaturés

mo

no

cou

che

Il y a une libre rotation autour de liaisons C-C dans la chaîne carbonée d’acide gras,sauf s’il existe une double liaison.Chaque double liaison cis provoque une déformation dans la chaîne carbonée.Comme le montre le schéma, les configurations cis causent une inflexion (ou coude) de lachaîne carbonée de l’acide gras. En raison de ces inflexions, les Acides gras insaturés sontincapables de s’empiler aussi étroitement ensemble comme peuvent le faire les saturés.

Les acides gras insaturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Conformation cis et trans

Acide n CP X énoïque

_ n: chaine aliphatique nonramifiée

_ CP : Configuration (cis ou trans) et Position des doubles liaisons

_ X : nombre de carbones

_ Mono, Di, tri : nombre de double liaisons

_ én : chaine insatuée

Abbréviation Cn : x ∆a,b,c

_ n : nombre de carbones

_ x : nombre de double liaisons

_ a, b, c : position des doubles liaisons

Mono

Di

tri

Les acides gras insaturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Nomenclature

Les acides gras insaturés

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

Nomenclature

Les acides gras particuliers

Structure des acides gras

ACIDES GRAS

La figue ci-contre montre les structures génériques de différents types d’acides gras : a) et b) methylés (Iso-, anteiso respectivement)c) trans-mono-insaturaté, d) cis-mono-insaturaté, e) Cyclopropane, etf) Hydroxylé (les mycobactéries).

L'état physique des acides gras en fonction de la température peut avoir des

conséquences vitales pour les organismes vivants:

* la longueur de la chaîne des acides gras saturés élève la température de fusion

(passage à l'état liquide)

* la méthylation diminue la température du point de fusion

* l'insaturation diminue la température du point de fusion, par exemple dans la

série des C18, la différence de température du point de fusion entre un acide gras

saturé et un acide gras insaturé avec une seule double liaison en configuration cis

est de 50°C.

Propriétés physiques

ACIDES GRAS

Point de fusion

Exemples: • Gras du Bœuf : stéarine abondante (saturé) ... solide. • Beurre : mélange de AG à chaîne courte et insaturés ... molle. • Huile d'olive : 80% d'acides gras insaturés ... liquide.

NB: La plupart des acides gras trouvés dans la nature ont un nombre pair d'atomes de carbone (généralement 14 à 24).

Relation structure et point de fusion chez les acides gras les plus communs

Propriétés physiques

ACIDES GRAS

Point de fusion

Propriétés physiques

ACIDES GRAS

Point de fusion

* Les AG à longues chaînes sont insolubles dans l’eau. Mais, leurs sels alcalins

appelés savons sont solubles.

* Le caractère amphipathique de la molécule lui confère des conformations

particulières dans l’eau: Film , Bicouche, Micelle, Liposome

Propriétés physiques

ACIDES GRAS

Solubilité

FilmMicelle

LiposomeBicouche

Les lipides naturels les plus nombreux, présents dans le tissu adipeux (graisses deréserve) et dans de nombreuses huiles végétales. Réserve énergétique importantechez l’homme.

Les triglycérides sont les matériaux lipidiques les plus courants, Bien que les mono-et diglycérides ne sont pas rares. Dans les deux derniers types, seulement une oudeux des groupements OH du glycérol sont estérifiés par des acides gras.

Les triglycérides sont des mélanges complexes. Bien que certaines des moléculescontiennent trois acides gras identiques, dans la plupart des cas, deux ou troisacides différents sont présents.

Le caractère hydrophobe des triglycérides est dû à la longueur des chaîneshydrocarbonées.

Les groupes ester polaires sont enterrés dans un environnement non polaire, cequi rend les triglycérides insolubles dans l'eau.

Glycerol + fatty acid Fat + water

TRIGLYCERIDES

appelés aussi acylglycérols et le plus souvent graisses neutres.

Constitués d’un glycérol relié par fonctions esters avec des acides gras pour former des mono, di, ou Triglycérides

TRIGLYCERIDESStructure

TRIGLYCERIDES

Contrairement à la partie alcool, la composante acide de triglycérides peut être de n’importe quel nombre de carbone. Ces acides gras, cependant, ont certaines choses en commun:1. Les acides gras sont pratiquement tous des acides carboxyliques non ramifiés.2. Ils varient en taille d'environ 10 à 20 atomes de carbone.3. Ils contiennent un nombre pair d'atomes de carbone.4. Outre le groupe COOH, ils n’ont pas de groupes fonctionnels, à l'exception que certains ont des doubles liaisons.5. Dans la plupart des acides gras qui ont des doubles liaisons, les isomères cis prédominent.

Structure

Liaison ester

1-palmityl-2-linoléyl-3-stéaryl-sn- glycérol

TRIGLYCERIDESNomenclature

• triglycérides simples: R1 = R2 = R3.

Ex.: 1,2,3-tris-palmitoyl glycerol ouTripalmitoylglycerol (tripalmitine).

• triglycérides mixtes: contiennent deux ou plusieurs acides gras.

1) on considère le glycérol comme dérivant du L-glycéraldéhyde2) la formule du TAG est écrite en sachant que l'OH secondaire est à

gauche en projection de Fisher3) on numérote le squelette du glycérol de haut en bas4) on décline les groupements acyle précédés du numéro du carbone du

squelette du glycérol sur lequel a lieu la liaison ester, suivi de sn-glycérol

Exercice : 1,3-distéaryl-2-palmityl-sn-glycérolDonnez la structure chimique de ce triglycéride

*

*Principalement : alcools primaires , saturés et non ramifiés* Propriétés physique : très apolaire donc hydrophobe ; solide à température ambiante; température de fusion très élevée ;

Ils doivent leur nom générique au fait qu'ils sont les principaux constituants descires animales, végétales et bactériennes. Les cérides sont des monoesters d'acidesgras et d'alcools aliphatiques à longue chaîne qui sont en général des alcoolsprimaires, à nombre pair de carbones, saturés et non ramifiés.Monoesters d'acides gras et d'alcools aliphatiques à longue chaîne « alcool gras »

LES CERIDES ou LES CIRES

Les cires végétales et animales sont des esters simples d'acides gras et de simples alcools à longue chaîne.Ils sont solides en raison de leurs poids moléculaires élevés.

Par exemple, une composante majeure de la cire d'abeille : 1-triacontyle-palmitate

Les cires présentent généralement des points de fusion plus élevés que les graisses (60 à 100 ° C) et sont plus durs. Les animaux et les plantes souvent les utilisent pour comme revêtements protecteurs:

les plantes : la cire sur les feuilles (contre les pathogènes et préserver leur eaux)les animaux : Les plumes d'oiseaux et de la fourrure des animaux sont

également recouvert de cire

LES CERIDES ou LES CIRES

LES CERIDES ou LES CIRES

Les cérides sont très utilisés dans l’industrie des cosmétiques (lotions, pommades, crème, fards…) et des enduits

STERIDES

Ester d'acides gras et de stérols

Les Stérols : Cholestérol et phytostérolsSe sont des alcool polycyclique

Les lipides complexes sont :

▬ Les principaux constituants de toutes les membranes cellulaires

▬ ancrer certaines protéines dans les membranes

▬ médiateurs de signaux

▬ composants de surfactant pulmonaire

▬ composants de lipoprotéines

Les hétérolipides = lipides complexes

On les subdivise en deux groupes:

1. Glycérophospholipides

2. Sphingolipides.

Ce sont des molécules amphipathiques

Tête (hydrophile) = alcool attaché par liaison phosphodiester soit à :

Un diacylglycérol (glycérophospholipide) ou

Une sphingosine (sphingolipide).

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycérophospholipides

C’est l’élément de base des glycérophospholipides. Ce

sont des diglycérides avec un phosphate.

Les deux acides gras ont une chaîne longue (≥ 14C),

l’acide gras en position 2 est souvent insaturé.

L’acidité de la molécule provient des 2 H mobiles libres

de l’acide phosphorique.

Au pH sanguin (7,35 - 7,45) les 2 fonctions acides sont

ionisées.

1. Acide phosphatidique

Appelés aussi glycérophosphatides, ils sont surtout rencontrés dans les membranes

cellulaires. On en dénombre quatre grandes catégories:

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycérophospholipides

Autres glycéro-phospholipides dérivés de l’acide phosphatidique comprennent :

l’acide phosphatidique + alcool

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

La cardiolipine se trouve dans les

membranes mitochondriales.

Elle représente 18 % des molécules de

la membrane interne de

la mitochondrie est responsable de la

forte imperméabilité de la membrane

interne aux protons

Cardiolipine

(diphosphatidylglycérol)

Les plasmalogènes, ou encore

étherphospholipides, font partie de la

famille des phospholipides.

Particularité : sur le premier carbone du

glycérol se lie un alcool gras (par une liaison

éther),

sur le troisième carbone se lie, par

l'intermédiaire d'un phosphate un alcool

(azoté ou non) comme la choline,

l'éthanolamine, la sérine ou l'inositol.

les plasmalogènes avec un groupement

choline (cœur)

les plasmalogènes avec un groupement

éthanolamine (cerveau).

Ether

Ester

Les glycérophospholipidesLes hétérolipides = lipides complexes

LES PLASMALOGÈNES

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

LES PLASMALOGÈNES

PAF(facteur d’agrégation des plaquettes

sanguines) appartient à cette famille, le

deuxième carbone du glycérol réagit alors

avec un acide acétique au lieu d'un acide

gras.

Il a des actions physiologiques puissantes :

● l'activation des plaquettes

● réponses inflammatoires

● bronchoconstriction

Ether

Ester

Groupement chimique contenant du P et du N

Glycérol

Acides gras

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Comportement face à l'eau :

Groupement phosphate hydrophile

Acides gras hydrophobes

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les phosphoglycérolipides dans l'eau peuvent s'assembler en une double membrane :

Mélangés à l’eau, les phospholipides peuvent former de petites sphères : les liposomes

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Comportement face à l'eau :

La membrane des cellules est formée d'une double couche de phospholipides associés à d'autres molécules.

Cholestérol

Protéines

Phospholipides

Glucides

Les glycérophospholipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les sphingolipides

Dans ce groupe, le glycérol est remplacé par la sphingosine, qui est un aminoalcool.

ou

L’acide gras est lié à la sphingosine par une liaison amide et non pas par une liaison ester.

On trouve notamment dans ce groupe :La sphingomyéline : constituant fondamental de la gaine de myéline des axones,

mais on la trouve aussi dans les membranes cellulaires.

Les hétérolipides = lipides complexes

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

La sphingomyéline

Céramide est également la

composante de base de

glycosphingolipides

La sphingomyéline : constituant fondamental de la gaine de myéline des axones, mais on la trouve aussi dans les membranes cellulaires.

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les phospholipides sont distribués de manière asymétrique dans la membrane plasmique

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

(SM)(PS)

(PC)

(PE)

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycolipides

▬ Les glycolipides sont des dérivés de céramides et la sphingosine avec un glucide liés

directement à la céramide

▬ A la différence de la sphingomyéline, ils n’ont pas un groupe phosphocholine

▬ Glycolipides sont des composants essentiels des membranes plasmiques de cellules

(feuillet externe), mais sont plus abondantes dans les tissus nerveux.

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycolipides

Les glycolipides ont un rôle important dans les interactions cellulaires, la

croissance et le développement

Agissent comme récepteurs de surface pour certaines toxines et virus;

Et subissent des changements majeurs au cours de la transformation cellulaire

Les cérébrosides: sont retrouvés essentiellement dans les tissus rénaux etnerveux (rétine notamment).

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycolipides

Cérébrosides contiennent un seul sucre (Glu ou Gal) ou quelques

sucres

Les sphingolipides

Les hétérolipides = lipides complexes

Les glycolipides

Les gangliosides : sont des glycosphingolipides acides

Ils contiennent des oligosaccharides avec des acides N-acétyl neuraminique

(NANA) terminal, chargés

Selon le nombre de sucres NANA, les gangliosides sont désignés M, D, T, Q

Exemple, GM :

LES LIPOIDES

Les composés naturels dépourvus d'acides gras, trait commun des lipides vrais, mais qui

leur sont apparentés par leurs propriétés physiques et en particulier leur solubilité, sont

dits composés à caractère lipidique :

Icosanoïdes ou eicosanoides : dérivés de l'acide gras polyinsaturé arachidonique

Isoprénides : dérivés de l'isoprène, on y distingue :

les terpènes

les dérivés du stérol

Les dérivés d’acide arachidonique : (Prostaglandines, tromboxanes, leucotrienes…).

LES LIPOIDES

Les dérivés d’acide arachidonique : (Prostaglandines, tromboxanes, leucotrienes…).

LES LIPOIDES

Hormones impliqués dans les processus inflammatoires, de la fièvre, la douleur, la régulation de la pression artérielle ...

la fièvre, la douleur, l’inflammation

Anti-inflammatoire non stéroïdien (aspirine, ibuprofène)

NSAID : Nonsteroidal anti-inflammatory drugs

Les terpènes et les composés terpéniques

LES LIPOIDES

Un grand nombre de composés naturels de la famille des terpènes viennent des polymérisations et de remaniements d'un même précurseur l'isoprène, carbure diénique à 5 atomes de carbone:

La polymérisation se fait soit par une condensation 4-1 ou 4-4

Vitamines liposolubles dérivées de l'isoprène

Vit. A: le rétinol (pigment essentielle pour la vision).Vit D3: Le cholécalciférol (métabolisme du calcium et du phosphate).Vit. E: tocophérol (antioxydant).Vit. K (cofacteur de coagulation).

Les terpènes et les composés terpéniques

LES LIPOIDES

La décomposition de β-carotène produit de la vitamine A1 (Retinol).

La vitamine D3 ou cholécalciférol est formée dans la peau à partir de 7-déhydrocholestérolpar les radiations UV (lumière du soleil).

7-déhydrocholestérol

cholécalciférol

la peau

Vitamines liposolubles dérivées de l'isoprène

Les terpènes et les composés terpéniques

LES LIPOIDES

Les stéroïdes sont des lipides non hydrolysables. Tous les stéroïdes contiennent le système de cycle condensé suivante:

les dérivés du stérol ou stéroïdes

LES LIPOIDES

Parmi les stéroïdes naturels on retrouve :les acides et sels biliairesles hormones stéroïdes

Noyau stérane des stéroïdes

Les acides biliaires

les dérivés du stérol ou stéroïdes

LES LIPOIDES

Les sels biliaires aident à la digestion et l’assimilation des lipides (émulsifiants).

Les hormones stéroïdes

les dérivés du stérol ou stéroïdes

LES LIPOIDES

les dérivés du stérol ou stéroïdes

LES LIPOIDES

Les stérols

Biomolécule de nature protéique ayant un pouvoir catalytique élevé et douée de spécificité.

- Protéines globulaires de poids moléculaire élevé .- Existence de protéines enzymatiques de structures tertiaires, D’autres de structures quaternaires.- Dans tous les cas grande importance de la structure spatiale(notion de site actif).

Définition

nature protéique

Introduction à l’ Enzymologie

Introduction

Biomolécule de nature protéique ayant un pouvoir catalytique élevé et douée de spécificité.

Définition

pouvoir catalytique

3 effets des catalyseurs:• Augmente la vitesse des réactions thermodynamiquement possibles• Activité à faible dose• Intact en fin de réaction

• Spécificité réactionnelle : chaque enzyme ne catalyse qu’une seuleréaction (ou un groupe de réactions du même type).

• Spécificité de substrat : « reconnaissance » du substrat parl’architecture spatiale de l’enzyme.

Spécificité

Dès le XIXe siècle, on avait constaté que plusieurs réactions chimiques semblaient nepouvoir se produire que dans les êtres vivants. C'était le cas, par exemple, de latransformation du sucre en alcool. Personne n'avait jamais réussi à produire de l'alcoolsans utiliser des microorganismes bien vivants (levures ou bactéries). On a même cru,un temps, que les êtres vivants devaient posséder une énergie vitale (ou fluide vital)qui leur était propre. C'est cette mystérieuse énergie qui devait être responsable detoutes ces réactions qui se déroulent dans les cellules.

Introduction

Rôle des enzymes

Introduction

Rôle des enzymes

La plus part des réactions qui se déroulent, normalement, au sein des êtres vivants ne peuvent se réaliser in vitro sauf sous des condition extrêmes de:

Concentrations des réactifs

pH

Température... Jusqu’à intervention d’un Catalyseur.

Toutes les réactions physiologiques sont catalysées par des enzymes. Ces derniers sont les catalyseurs les plus efficaces connus jusqu’à lors.

Les enzymes peuvent accélérer la vitesse des réactions par des facteurs de 106 à 1012

dans des conditions “douces” (à basse concentration, à faible température et à pH quasi neutre) sans production de déchets.

Autrement dit: C’est grâce à ces enzymes que les réactions chimiques, nécessaires à la vie et à la multiplication cellulaire, s’effectuent à des vitesses élevées et avec une spécificité qui élimine la formation de sous-produits.

Introduction

Structure des enzymes

Tous les enzymes comportent

-Une fraction protéique essentielle et spécifique à chaque enzyme: Apoenzymes

à ce titre, ils possèdent les propriétés des protéines:

- Dénaturées par la chaleur

- Précipitables par les solvants organiques

- Précipitables par les solutions salines concentrées.

-Une ou plusieurs autres fractions non protéiques non spécifique à l’enzyme: Coenzyme

- soit un ion métallique: Fe, Mn, Mg, Cu...

- soit une substance organique: NAD (nicotinamide-adénine-dinucléotide) dans le cas de certaines déshydrogénases...

- soit les deux: ion métallique + substance organique: Zn2++ NAD dans le cas de l’alcool déshydrogénase.

Introduction

Structure des enzymes

Donc: L’enzyme peut être une hétéroprotéine constituée par:

Une partie protéique qu’on appelle apoenzyme

Une partie non protéique, minérale ou organique, qu’on appelle coenzyme

Ces deux parties à elles seules ne sont pas actives. L’enzyme actif est formé par l’association apoenzyme-coenzyme.

Dans certains cas, le coenzyme est indissociable de l’apoenzyme il est alors appelé le groupement prosthétique.

Structure d’une peroxydase montrant l’apoenzyme (bleu) et un groupement prosthétique (rouge) contenant un atome de Fer (gris).

Introduction

Structure des enzymes

Les enzymes qui catalysent une suite de réactions métaboliques peuvent s’agréger et former des complexes multienzymatiques qui peuvent alors dépasser des poids moléculaires du million.

Exemple: La transformation du Pyruvate en Acétyle-CoA se fait par un complexe multienzymatique de 3 enzymes:

une décarboxylase

et deux déshydrogénase

Spécificité d’action des enzymes

Spécificité étroiteLorsque l’enzyme agit sur un et un seul substrat. (il reconnait l’ensemble de

la molécule). Ex: uréase

Spécificité de groupeAgit sur toute molécule qui possèdent le même groupement fonctionnel.

Ex: β galactosidase

Spécificité de liaisonAgit sur un type de liaison indépendamment des groupements qui la

constitue.

StéréospécificitéAgit sur un type d’isomère (formes D- ou L-, formes cis ou trans, formes α

ou β) Ex1: β galactosidase qui ne réagit qu’en présence du β galactose. Ex 2:Fumarase qui ne reconnait que l’épimère trans du Malate

Nomenclature et classification des enzymes

Enzyme Commusion Number System (E.C. number)(nomenclature systématique de la commission des enzymes)

cette nomenclature systématique a été adoptée en 1961 par la commission des enzymes de l’Union Internationale de Biochimie

ce mode de nomenclature à permis de définir 6 classes d’enzymes

Enzyme Commission number (E.C. Number)• chaque enzyme est reconnue par 4 nombres

• Exemple: EC: 2.7.1.1

• 2: classe (transférase)• 7: sous-classe (phosphotransférase)• 1: phosphotransférase avec un groupement OH comme accepteur• 1: D-glucose comme accepteur du groupement phosphate

Nomenclature et classification des enzymes

Décours d’une réaction enzymatique michaelienne

L’association de l’enzyme au substrat permet le changement structurel de ce dernier,donnant naissance à une nouvelle structure énergétiquement moins stable.Cet état de transition présente des caractéristiques à la fois du substrat et du produit. Enfin de réaction il donne naissance à un produit qui se dissocie de l’enzyme

Co

nce

ntr

atio

n r

ela

tive

Temps (en S)

Décours d’une réaction enzymatique michaelienne

Effet de la concentration de l’enzyme

Plus la concentration de l’enzyme augmente plus la vitesse de réaction augmente (pour une concentration en substrat fixe)

plus la concentration en enzyme augmente plus il y a de complexes enzyme-substrat qui se forment et donc de produit qui se forment; ce qui impliquerait l’augmentation de la vitesse de réaction

Décours d’une réaction enzymatique michaelienne

Effet de la concentration du substrat

Plus la concentration en substrat augmente, plus la vitesse de la réaction augmente (pour une concentration fixe en enzyme). La courbe atteint un plateau correspondant à la saturation de l’enzyme (toutes les molécules d’enzymes sont associées à des molécules de substrat)

E + S ES P + Ek3

k2

k1

k4

Décours d’une réaction enzymatique michaelienne

De ce modèle deux chercheurs en 1913 (Leonor Michaelis et Maud Menten) ont déduit une équation qui prédit la vitesse initiale en fonction de la concentration de substrat [S].

V0 = d[P]/dt

Après plusieurs approximations, les deux chercheurs ont pu élaborer l’équation:

V0 =Vmax . [S]

Km + [S]

V0= vitesse initialeVmax = vitesse maximale de la réactionKm = constante de Michaelis (= (k2 + k3)/k1)[S] = concentration en substrat.

Equation d’une hyperbole y = ax / b+x

constantes cinétiques

V0

[S]

Vmax

1/2 Vmax

KM

quand KM = [S] alors V0 = 1/2 Vmax

C’est donc dire que Km est égale à la concentration en substrat à la quelle la vitesse de la réaction est égale à la moitié de la vitesse maximale

Aussi Km = (k2 + k3)/k1 (d’après le développement de l’équation de michaelisMenten). Donc il peut renseigner sur la formation et la dissociation du complexe ES,est donc de l’affinité de l’enzyme envers son substrat :

Km élevé [ES] diminue Faible affinité de l’enzyme envers son substrat

Km faible [ES] augmente grande affinité de l’enzyme envers son substrat

Décours d’une réaction enzymatique michaelienne

Signification du Km et Vmax

V0 =Vmax . [S]

Km + [S]

Cinétique d'une enzyme au cours du temps

E+S ES

K-1 K-2

EPK3

K-3

E+P

Phase préstationnaire

[ES]

[P]

Apparition du substrat au cours du temps

L'enzyme se charge

Phase stationnaire[S]>>[E]

La vitesse est constante.

Effetdu produit

[EP]

Le produit qui s'accumuleralentie la réaction

(loi d'action de masse)

équilibre

t

[ES] [EP]

La concentration du produit reste constante

Vitesse initiale

En enzymologie classique, on s'intéresse à la phase stationnaire (linéaire) en mesurant la vitesse initiale.

Il y a un maximum d'enzyme liée avec le substrat. D’où la vitesse maximale

La vitesse peut être mesurée avec l'apparition du produit.

dt

Pdv

K1 K2

V0 =Vmax . [S]

Km + [S]

Lorsque [S] >> Km (quand [S] est très élevée) V0 = Vmax

ce qui veut dire que la vitesse devient indépendante de [S]

Lorsque [S]<<Km (quand [S] est très faible) V0 = [S]. Vmax / Km

ce qui veut dire que la vitesse devient proportionnelle à [S]

Décours d’une rection enzymatique michaelienne

Signification du Km et Vmax

Décours d’une rection enzymatique michaelienne

Autres constantes importantes

1- Constante catalytique: kcat

C’est le nombre de cycle catalytique par seconde (turnover number = nombre de rotations)

Autrement dit, c’est le nombre de molécules de substrat converti en produit par unité de temps.

Elle correspond donc à la constante de vitesse k3:

ES E + Pk3

kcat = k3 = Vmax/[E]t son unité c’est sec-1

Décours d’une rection enzymatique michaelienne

Autres constantes importantes

2- Efficacité enzymatique kcat/km

Elle correspond à une constante de vitesse quand [S] << Km [E] = [Et]

V0 = [S]. Vmax / Km = kcat . [E] . [S]/km = kcat /km . [E] . [S]

sont unité est donc exprimée en M-1.S-1

Renseigne sur la rapidité de l’enzyme à se combiner avec son substrat quand ils sont mis en contact.

Vmax=kcat [E]

Vmax/2

kM

Pente M

cat

k

k

[ S ] >> KM vo = vmax

vo indépendente de [ S ],

saturation,

[ S ] << KM vo = vmax·[ S ] / KM

dépendence linéaire de [ S ],

substrat limitant,

[ S ] = KM vo = vmax / 2 demi-saturation de l'enzyme

A partir de ce graphe, il est difficile de déterminer rapidement et précisément Kcat et KM

La courbe n'est pas linéaire, on est rarement à saturation (Kcat).

Méthodes graphiques de détermination des constantes cinétiques

Il y a quatre méthodes graphiques pour établir les valeurs de Km et Vmax dans des conditions expérimentales données:

♦ Lineweaver-Burk (1/v = f(1 / [S])),

♦ Eadie-Hofstee (v = f(v / [S])),

♦ Hanes ([S] / v = f ([S])),

♦ et Cornish-Bowden-Eisenthal ( graphe linéaire directe).

Les quatre méthodes nécessitent des données expérimentales pour la vitesse initiale de laréaction en fonction de la concentration initiale du substrat pour une concentration fixed’enzyme.

Les quatre méthodes ont pour objectif la linéarisation de l’équation de MichaelisMenten.

Effet du pH

toute enzyme a un pH caractéristique pour lequel la vitesse de la réaction est maximale, c’est le pH optimum.

Cette variation de la vitesse en fonction du pH serait expliquée par:

1- Ionisation de groupement intervenant dans la catalyse

2- ionisation de groupement intervenant dans la fixation du substrat

3- ionisation des sites de fixation des cofacteurs.

4- ionisation de groupement au niveau du substrat.

du moment qu’il s’agit d’ionisation, le phénomène peut être réversible: l’enzyme retrouve son activité en retournant au pH optimum.

Facteurs physiques et chimiques affectant les réactions enzymatiques

Effet du pH

Facteurs physiques et chimiques affectant les réactions enzymatiques

La mesure de la variation de la vitesse en fonction de la température est souvent représentée par une courbe asymétrique

Effet de la température

Cette courbe traduit deux phénomène:

- Un phénomène réversible

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1Augmentation de la vitesse en fonction de la température (loi d'Arrhénius Ln Vmax = cte – Ea/RT) Ln Vmax = f(T) serait une courbe linéaire décroissante dont la pente est égale à –Ea/R.

- un deuxième phénomène Irréversible correspondant à la dénaturation de l’apoprotéine.

Facteurs physiques et chimiques affectant les réactions enzymatiques

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Facteurs physiques et chimiques affectant les réactions enzymatiques

Le substrat et le produit, l’enzyme, les ions, les coenzymes et l’énergie sont lesfacteurs indispensables à la réaction enzymatique. Les autres molécules qui entrenten liaison avec l’enzyme, les ligands, peuvent avoir un effet positif ou négatif. Ilspeuvent favoriser ou au contraire contrarier le déroulement de la réaction.