Enzyme

Une enzyme (parfois utilisé au masculin) est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les réactions chimiques dumétabolisme se déroulant dans le milieu cellulaire ou extracellulaire sans modifier l'équilibre formé. Les enzymes agissent à faible concentration et elles se retrouvent intactes en fin de réaction : ce sont des catalyseurs biologiques (ou biocatalyseurs). La première enzyme fut découverte par Anselme Payen et Jean-François Persoz en 1833 1 . Après avoir traité un extrait aqueux de malt à l'éthanol, ils ont précipité une substance sensible à la chaleur. Cette substance était capable d'hydrolyser l'amidon : ils l'ont nommée diastase (étym. : diastasis = séparation) car elle séparait le sucre soluble de l'amidon. On l'appelle aussi amylase α (amylase alpha).

La nomenclature des enzymes n'est pas standardisée mais, par convention, elle se compose le plus souvent d'un radicalproche du substrat ou du produit de la catalyse suivi du suffixe « ase ». Par exemple :

La glucose-oxydase est une enzyme qui catalyse l'oxydation du glucose.

L'amidon-synthétase catalyse la synthèse de l'amidon.

Une enzyme, comme toute protéine, est synthétisée par les cellules vivantes à partir des informations

codées dans l'ADN ou dans l'ARN dans le cas de certains virus. Il existe plus de 3 500 enzymes différentes répertoriées.

Les premières enzymes isolées furent d'abord nommées ferments solubles, diastases ou zymases.

Il existe deux grandes catégories d'enzymes :

les enzymes purement protéiques (qui ne sont constituées que d'acides aminés)

les enzymes en deux parties, une partie protéique (« l'apoenzyme ») et une partie non protéique (« le cofacteur »), appelées « holoenzymes »2. Dans ce cas, sans la coenzyme, la catalyse de la réaction ne peut avoir lieu.

Exemple : L'aminoacyl-ARNt synthétase (enzyme fixant l'acide aminé sur l'ARN transfert) a besoin d'ATP (coenzyme) pour fixer l'acide aminé sur l'ARNt.

Le site actif

La fonction des enzymes est liée à la présence dans leur structure (secondaire et tertiaire) d'un site particulier appelé le site actif. Schématiquement, il a la forme d'une cavité ou d'un sillon dans lequel vont se fixer les substrats grâce à plusieurs liaisons chimiques faibles. Une fois fixés, les substrats vont réagir et se transformer en produit.

Le site actif est subdivisé en deux parties : le site de liaison/fixation/reconnaissance (qui reconnaît la complémentarité de forme avec un substrat

spécifique à l'enzyme) et le site catalytique (qui permet la réaction transformant le substrat en produit).

Structures et mécanismes

Les enzymes sont généralement des protéines globulaires et vont de seulement 62 résidus d'acides aminés dans la taille, pour le monomère de -oxalocrotonate tautomérase 4 , [ 16 ] à plus de 2500 résidus chez l'animal l'acide gras synthase . [ 17 ] Un petit nombre d'ARN biologique à base de catalyseurs existent, avec la plus courante étant le ribosome , qui sont décrites comme étant soit d'ARN-enzymes ou des ribozymes . Les activités des enzymes sont déterminés par leurs dimensions structure à trois. [ 18 ] Cependant, bien que la structure ne déterminer la fonction, la prévision roman activité enzymatique à un règlement juste de sa structure

est un problème très difficile qui n'a pas encore été résolu. [ 19 ]La plupart des enzymes sont beaucoup plus grandes que les substrats ils agissent sur, et seulement une petite portion de l'enzyme (autour de 3-4 acides aminés ) est directement impliqué dans la catalyse. [ 20 ] La région qui contient ces résidus catalytiques, lie le substrat, et effectue ensuite la réaction est connue sous le nom du site actif . Les enzymes peuvent aussi contenir des sites qui se lient cofacteurs , qui sont nécessaires pour la catalyse. Certaines enzymes ont également des sites de liaison pour les petites molécules, qui sont souvent directe ou indirecte des produits ou des substrats de la réaction catalysée.Cette liaison peut servir à augmenter ou diminuer l'activité de l'enzyme, fournissant un moyen de rétroaction règlement.Comme toutes les protéines, les enzymes sont de longues chaînes linéaires d'acides aminés qui pliage pour produire un produit en trois dimensions . Chaque séquence d'acides aminés unique produit une structure spécifique, qui a des propriétés uniques.chaînes de protéines individuelles peuvent parfois se regrouper pour former un complexe protéique . La plupart des enzymes peut être dénaturé , c'est-déplié et inactivé par chauffage ou chimiques dénaturants, qui perturbent la structure en trois dimensions de la protéine. Selon l'enzyme, la dénaturation peut être réversible ou irréversible.des enzymes dans le complexe avec des substrats ou des structures analogues du substrat au cours

d'une réaction peut être obtenue en utilisant la cristallographie résolue en temps méthodes.TYPES DE COFACTEUR

un cofacteur est une substance chimique non protéique, mais qui est liée à une protéine, et qui est nécessaire à l'activé biologique de cette protéine. Ces protéines sont souvent des enzymes, et les cofacteurs peuvent être considérés comme des « molécule d'assistance » aidant aux transformations biochimiques.

Les cofacteurs peuvent être classés selon leur mode de liaison aux enzymes : des cofacteurs faiblement liés à l'enzyme (liaison hydrogène ou ionique) seront appelés coenzymes, et des cofacteurs fortement liés à l'enzyme (liaison covalente) seront appelésgroupements prosthétiques. Certaines sources limitent l'usage du terme « cofacteur » aux substances inorganiques1,2. Une enzyme inactive, sans cofacteur, est appelée apoenzyme ; alors que l'enzyme « complète », avec cofacteur, est l'holoenzyme3.

Certaines enzymes ou certains complexes enzymatiques nécessitent plusieurs cofacteurs, comme par exemple le complexe multi-enzymes pyruvate déshydrogénase4. Ce complexe enzymatique au carrefour de la glycolyse et le cycle de Krebs requiert cinq cofacteurs organiques, la faiblement liée thiamine pyrophosphate (TPP), le lipoamide et la flavine adénine dinucléotide (FAD) liées par liaison covalente, les cosubstrats nicotinamide adénine

dinucléotide (NAD+) et coenzyme A (CoA), et un cofacteur métal-ion (Mg2+).

Les cofacteurs organiques sont souvent des vitamines ou des dérivés de vitamines. La plupart contiennent le nucléotide adénosine monophosphate (AMP) dans leur structure, comme l'ATP, le coenzyme A, la FAD et NAD+. Cette structure commune peut refléter une origine évolutive commune en tant qu'élément de ribozymes dans une ancienne biologie basée sur l'ARN. L'hypothèse a été faite que la partie AMP de la molécule pourrait être considérée comme une sorte de « poignée » par laquelle l'enzyme peut « saisir » le coenzyme et le faire basculer entre les différents centres catalytiques5.

Plusieurs enzymes nécessitent un cofacteur

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

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

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

L'apoenzyme seule ou le cofacteur seul n'ont pas de propriétés catalytiques. Il faut que les deux

soient associés pour que l'enzyme fonctionne.

RÉSUMÉ

Apoenzyme =

enzyme qui nécessite un cofacteur pour fonctionner.

Cofacteur = substance organique simple ou inorganique qui rend une enzyme active en s'y fixant.

Coenzyme = cofacteur organique; plusieurs vitamines sont des coenzymes.

 

Coenzyme

A l'exception des hydrolases, la plupart des enzymes sont constituées de deux éléments :

une apoenzyme, de nature protéique 1 , donc codé par le génome, impliquée dans la reconnaissance du substrat et sa liaison,

un coenzyme, molécule organique de petite taille de nature non protéique.

La combinaison du coenzyme et de l'apoenzyme forme l'hétéroenzyme .

Les coenzymes favorisent l'activité de l'enzyme, et sont même souvent indispensables. Beaucoup ne sont pas synthétisés par tous les êtres vivants, ce sont des facteurs de croissanceou des vitamines. Chez l'Homme et les organismes supérieurs, le coenzyme doit être apporté par l'alimentation tandis que chez les procaryotes, il existe des chaînes biosynthétiques permettant à la cellule de

synthétiser tous les coenzymes nécessaires à leur survie à partir d'une source de carbone (glucide le plus fréquemment). Les chaînes de synthèse des coenzymes sont souvent très complexes, faisant intervenir plus d'une dizaine d'étapes. Un exemple de coenzyme qui ne soit pas une vitamine est donné par les complexes ferroporphyriques dont l'apoenzyme est un cytochrome (p450 par exemple) et dont la chaîne biosynthétique est conservée chez l'Homme. Il existe une vingtaine de coenzymes, pour plus de deux mille enzymes : la spécificité de la réaction dépend uniquement de l'apoenzyme et non du coenzyme. À l'inverse des substrats qui sont transformés en produit durant la réaction enzymatique, les coenzymes finissent toujours par retrouver leur état initial, parfois lors d'une seconde réaction enzymatique (ce sont des catalyseurs).

Dans leur structure chimique, les coenzymes sont, pour la plupart, riches en électrons π (par un ou plusieurs noyaux cycliques) qui leur confèrent leur pouvoir catalytique.

Ils réagissent stœchiométriquement (mole à mole) à la réaction enzymatique.

Deux types de coenzymes

Les réactions auxquelles participent les coenzymes sont des réactions de transfert (d'électrons, de protons, de groupement phosphate etc.) Ils servent d'accepteur temporaire. On distingue :

Les coenzymes activateurs ou groupements prosthétiques

Les groupements prosthétiques sont fortement liés à l'apoenzyme par des liaisons covalentes. Ils ne se détachent pas de l'apoenzyme au cours de la réaction (exemple : FAD). L'enzyme elle-même les remet en état initial.

Les coenzymes transporteurs

Les coenzymes transporteurs ou cosubstrats : ils se dissocient facilement de l'apoenzyme. Le coenzyme ne retrouve son état initial que lors d'une seconde réaction faisant intervenir une deuxième enzyme (exemple : NAD, ATP). Quand l'enzyme est inactive, le coenzyme n'est pas fixé à l'enzyme.

Certaines enzymes n'ont pas besoin de composants supplémentaires pour voir pleine activité. Toutefois, d'autres exigent la protéine molécules non appelés cofacteurs d'être lié à l'activité. [ 47 ] cofacteurs peuvent être inorganiques ( par exemple , des ions métalliques et de teneur en soufre amas de fer ) ou des composés organiques (par exemple, Flavin et hème ). cofacteurs organiques peuvent être soit des groupes prosthétiques , qui sont étroitement liés à une enzyme, ou coenzymes , qui sont libérées par les actifs site d'enzyme de la cours de la réaction. Coenzymes comprennent NADH , NADPH et l'adénosine triphosphate . Ces molécules de transfert des groupes chimiques entre les enzymes. [ 48 ]Un exemple d'une enzyme qui contient un cofacteur est l'anhydrase carbonique , et est représentée dans le diagramme en ruban ci-dessus avec un cofacteur de zinc lié en tant que partie de son site

actif. [ 49 ] Ces molécules étroitement liés sont habituellement trouvés dans le site actif et sont impliqués dans la catalyse. Par exemple, l'hème et cofacteurs flavine sont souvent impliqués dans redox réactions.Les enzymes qui requièrent un cofacteur, mais n'ont pas un bond sont appelés apoenzymes ou apoprotéines . Un apoenzyme avec son cofacteur (s) est appelé holoenzyme (ce qui est la forme active). La plupart des cofacteurs ne sont pas fixés de manière covalente à une enzyme, mais sont très étroitement liés. Cependant, des groupes organiques prothèse peut être lié de façon covalente ( par exemple , la thiamine pyrophosphate de l'enzyme pyruvate déshydrogénase ). Le terme "holoenzyme" peut également être appliquée à des enzymes qui contiennent des sous-unités protéiques multiples, tels que le ADN polymérases ; ici l'holoenzyme est le complexe complet contenant tous les sous-unités nécessaires à l'activité.Coenzymes sont de petites molécules organiques qui peuvent être lâche ou étroitement lié à une enzyme. Étroitement lié coenzymes peuvent être appelés groupes allostérique. Coenzymes sont des groupes chimiques de transport d'une enzyme à l'autre. [ 50 ] Certains de ces produits chimiques tels que la riboflavine , thiamine et acide folique sont des vitamines (des composés qui ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme et doivent être acquises par l'alimentation). Les groupes chimiques transportées comprennent l' hydrure d'ions (H - ) porté par NAD ou NADP + ,

le groupe phosphate porté parl'adénosine triphosphate , le groupe acétyle porté par coenzyme A , formyle, méthényle ou des groupes méthyle porté par l'acide folique et le groupe méthyle réalisées par la S-adénosylméthionine .Depuis coenzymes sont chimiquement modifiées à la suite de l'action enzymatique, il est utile d'examiner coenzymes à une catégorie particulière de substrats, ou seconds substrats, qui sont communs à de nombreuses enzymes différentes. Par exemple, environ 700 enzymes sont connus pour utiliser le coenzyme NADH. [ 51 ]Coenzymes sont généralement régénéré en continu et de leurs concentrations maintenu à un niveau constant à l'intérieur de la cellule: par exemple, le NADPH est régénéré par la voie des pentoses phosphates et S -adénosylméthionine par adenosyltransferase méthionine . Cette régénération continue signifie que même de petites quantités de coenzymes sont utilisés de façon très intensive. Par exemple, le corps humain transforme son propre poids e

Les propriétés des enzymes

- Catalyseurs biologiquesUne enzyme est une substance qui permet , à faible dose, d'accélérer les réactions biologiques. Leur déficience est à l'origine de nombreuses maladies ( albinisme....).

Une enzyme est une protéine qui agit dans les cellules vivantes. Pour accélérer une réaction biologique elle nécessite donc des conditions compatibles avec la vie (température, pH, pression...).

Les enzymes agissent à très faible concentration. En effet, une fois la réaction terminée l'enzyme est intacte et peut ainsi catalyser une autre réaction. On peut le vérifier expérimentalement : au cours d'une réaction plus on ajoute du substrat aux enzymes plus celui ci est transformé. Les enzymes sont donc réutilisées et n'entrent pas dans l'équation bilan.

Leur action est de plus très rapide( 0,001 seconde). Sans enzyme, les réactions peuvent prendre plusieurs jours ou même être irréalisables.

- La double spécificitéLes enzymes ont deux spécificités :

- Spécificité de substrat : Un substrat est une molécule dont l'enzyme catalyse la transformation. L'enzyme est spécifique à un substrat donné plus exactement à une partie spécifique du substrat car plusieurs enzymes peuvent agir dans des régions différentes du substrat.

- Spécificité d'action : chaque enzyme ne catalyse qu'un seul type de réaction chimique. A partir d'un même substrat, avec des enzymes différentes on obtient des produits différents.

Remarque : Les enzymes ont en général un nom se terminant en "ASE", et qui dépend du substrat qu'elles transforment. Par exemple, les protéases digèrent les protéines, les lipases digèrent les lipides ou les gras, les DNases morcèlent l'ADN, la lactate déhydrogénase agit sur le lactate etc.

- Le complexe enzyme-substratLes modalités de l'action des enzymes reposent sur la formation du complexe enzyme-substrat. Ce complexe résulte de la fixation temporaire de l'enzyme sur le substrat. Une fois la réaction terminée le complexe se dissocie et l'enzyme intacte est disponible pour une nouvelle réaction. Ce complexe peut être rapproché de l'idée de clé et de serrure. La clé étant l'enzyme la serrure le substrat qui après action de la clé pourra être déverrouillé par exemple ( transformation)

La formation du complexe a lieu à un niveau précis de l'enzyme : le site actif qui peut être divisé en deux parties :

- le site de reconnaissance, responsable de la spécificité de substrat de l'enzyme. Il correspond au lieu d'attache.

- le site catalytique responsable de la spécificité d'action de l'enzyme. il correspond au lieu de la réaction.

Spécificité des enzymesUne des propriétés des enzymes qui les rend si important que les outils de diagnostic et de recherche est la spécificité qu'ils présentent par rapport aux réactions qu'elles catalysent. A quelques enzymes présentent une spécificité absolue, c'est-ils catalysent une seule réaction particulière. D'autres enzymes seront spécifiques à un type particulier de liaison chimique ou groupe fonctionnel. En général, il ya quatre types distincts de spécificité:

spécificité absolue - l'enzyme va catalyser une seule réaction.

Spécificité groupe - l'enzyme n'agira que sur des molécules qui ont des groupes

fonctionnels spécifiques, tels que amino, phosphate et des groupes méthyle.

Lien spécificité - l'enzyme va agir sur un type particulier de liaison chimique, peu importe le reste de la structure moléculaire.

spécificité stéréochimique - l'enzyme va agir sur un isomère particulier stérique ou optiques.

Bien que les enzymes présentent des degrés de grande spécificité, cofacteurs peuvent servir apoenzymes nombreuses. Par exemple, le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) est un coenzyme pour un grand nombre de réactions déshydrogénase dans lequel il agit comme un accepteur d'hydrogène. Parmi eux sont l' alcool déshydrogénase ,malate déshydrogénase et la lactate déshydrogénase réactions.

Une des principales caractéristiques des enzymes est leur grande spécificité.

 

Les enzymes sont spécifiques pour:

a)      le substrat

b)      la réaction

  Cela signifie qu'ils catalysent la transformation de   juste un substrat ou une famille de substrats qui sont

structurellement liés, catalysant une seule des réactions possibles du substrat (s).

 

Lorsque l'enzyme ne peut agir sur un substrat, il est dit que l'enzyme présente une spécificité absolue pour le substrat. C'est le cas de la succinate déshydrogénase, qui est spécifique pour le succinate, ou le glutamate déshydrogénase-L, spécifiques pour le glutamate.

 

Si l'enzyme se lie à des substrats liés structurellement, l'enzyme présente une spécificité par rapport au substrat. acide aminé oxydase-L, par exemple, peuvent catalyser l'oxydation de l'acide aminé différent de la série L, mais pas l'oxydation des acides aminés D-.

 

Cette caractéristique de certains enzymes est utilisée avec des avantages dans certaines situations cliniques. Par exemple, en état d'ébriété patients avec du méthanol, l'éthanol est utilisé dans le traitement. L'enzyme peut se lier à l'un des deux alcools (spécificité relative), mais a plus d'affinité à 20 10 pour l'éthanol, afin d'éthanol est métabolisé au lieu du méthanol.   Eviter l'oxydation du méthanol pour favoriser son élimination sans

transformation, est très important, car l'oxydation métabolique de méthanol produit dans le corps de la dangereuse formaldehide très   et l'acide formique. (Pour une revue intéressante de l'intoxication méthanol, cliquez ici: Korabathina, K: méthanol )

 

La spécificité de l'action est liée au fait que l'enzyme catalyse un seul des transformations possibles d'un substrat.

 

Dans le cas du glutamate, par exemple,   il peut différentes transformations expérience, mais chacun d'eux nécessite une enzyme différente, par exemple:

 

Glutamate à:

 

Glutamine (fixation de l'ammoniac):        la glutamine synthétase

GABA (décarboxylation):                           Glutamate Decarboxyase     

Alfaketoglutarate:                                         Gutamate Dehydrogenase

 

La spécificité des enzymes dépend des caractéristiques du site actif. C'est la région de l'enzyme où il se lie au substrat avant les transformations qui se passe substrat.

La liaison de l'enzyme au substrat spécifique (s) dépend de différents groupes (généralement des chaînes latérales d'acides aminés) liés au site actif:

a)      groupes qui forment l'épine dorsale, qui donne la conformation appropriée pour la liaison;

b)      les groupes d'orientation, que «oblige» le substrat (s) à adopter l'orientation appropriée de la réaction,

c)       les groupes environnementaux, qui donnent   hydrophobes, polaires ou négatif positif environnement o nécessaires pour justifiant une affinité approprié entre l'enzyme et le substrat spécifique, et

d)      les groupes catalytique, responsable de la création de la nécessaire «tensions» pour briser les liens anciens et en créer de nouveaux entre les métabolites impliqués dans la réaction: substrat (s), coenzymes ou d'autres groupes prothétiques.   

 catalyse enzymatiqueUn article de Wikipédia, l'encyclopédie libre

catalyse enzymatique est la catalyse de réactions chimiques par spécialisées protéines appelé enzymes . Catalyse de biochimiques réactions dans la cellule est due essentielle à la réaction très faible taux de réactions non catalysée.

Le mécanisme de la catalyse enzymatique est semblable en principe à d'autres types de catalyse chimique . En fournissant une voie de réaction de substitution et en stabilisant les intermédiaires de l'enzyme réduit l'énergie nécessaire pour atteindre la plus grande énergie l'état de transition de la réaction. La réduction de l'énergie d'activation (Ea) augmente le nombre de molécules de réactif avec assez d'énergie pour atteindre l'énergie d'activation et de la forme du produit.

induit par ajustemen

Le modèle privilégié pour l'enzyme- substrat interaction est le modèle de l'ajustement induit. [1] Ce modèle propose que l'interaction initiale entre l'enzyme et le substrat est

relativement faible, mais que ces interactions faibles induire rapidement des changements de conformation de l'enzyme qui renforcent contraignant.

La catalyse par l'ajustement induit

Les avantages du mécanisme de l'ajustement induit surgir en raison de l'effet stabilisateur de l'enzyme de liaison forte. Il existe deux différents mécanismes de fixation du substrat: uniforme obligatoire, ce qui a une forte liaison du substrat, et la liaison différentielle, qui a l'état de transition de liaison forte. L'effet de stabilisation de l'uniforme

augmente l'affinité de liaison à la fois l'état du substrat et de transition de liaison, tandis que l'affinité de l'État augmente la liaison différentielle de transition ne s'impose. Les deux sont utilisés par les enzymes et l'évolution, ont été choisis pour minimiser l'Ea de la réaction. Les enzymes qui sont saturés, qui est, ont une forte affinité de liaison au substrat, exigent différentiel contraignants de réduction des Ea, tandis que les enzymes substrat petites non liée peut utiliser soit différentiel ou de l'uniforme obligatoire.

Ces effets ont conduit à la plupart des protéines en utilisant le mécanisme différentiel contraignants de réduction des Ea, si la plupart des protéines ayant une forte affinité de l'enzyme à l'état de transition. Différentiel de liaison est effectuée par le mécanisme de l'ajustement induit - le substrat se lie d'abord faiblement, puis la conformation enzyme changements augmentant l'affinité de l'état de transition et de stabilisation, ce qui réduit l'énergie d'activation pour l'atteindre.

Il est important de préciser, toutefois, que le concept de l'ajustement induit ne peuvent pas être utilisées pour rationaliser la catalyse. Autrement dit, la catalyse chimique est définie comme la réduction de Ea ‡ (lorsque le système est déjà dans la ‡ ES) par rapport à Ea ‡ dans la réaction non catalysée dans l'eau (sans l'enzyme). L'ajustement induit, suggère seulement que la barrière est plus faible dans la forme fermée de l'enzyme, mais ne nous dit pas ce que la raison de la réduction de la barrière est.

ajustement induit peut être bénéfique à la fidélité de la reconnaissance moléculaire en présence de la concurrence et le bruit via leconformationnelle relecture mécanisme. [2]

Les mécanismes de stabilisation de l'état de transition

Ces changements de conformation également apporter les résidus de catalyseur dans le site actif près de liaisons chimiques dans le substrat qui sera modifié dans la réaction. Après la liaison a lieu, un ou plusieurs mécanismes de la catalyse abaisse l'énergie de la réaction de l'état de transition , en fournissant une voie chimique de remplacement pour la réaction. Il ya six mécanismes possibles de "la barrière" catalyse ainsi que d'un "à travers la barrière" mécanisme:

Catalyse par la souche obligataire

C'est le principal effet de l'ajustement induit de liaison, où l'affinité de l'enzyme à l'état de transition est supérieure à substrat lui-même. Cela induit des réarrangements structuraux qui souche obligations substrat dans une position plus proche de la conformation de l'état de transition, donc abaissement de la différence d'énergie entre l'état du substrat et de transition et aider à catalyser la réaction.

Toutefois, l'effet de contrainte est, en fait, une déstabilisation effet état fondamental, plutôt que de stabilisation effet état de transition. [3] [4] De plus, les enzymes sont très flexibles et ils ne peuvent pas appliquer l'effet des grandes déformations. [5]

En plus de la souche obligataire dans le substrat, la souche obligataire peut aussi être induite de l'enzyme elle-même pour activer les résidus dans le site actif.

Par exemple:

Substrat, substrat lié, et les conformations état de transition de lysozyme .

Le substrat, sur la liaison, est déformée de «chaise» hexose cycle typique de l'en 'sofa' conformation, ce qui est de

forme similaire à l'état de transition.

Catalyse par la proximité et l'orientation

Ceci augmente la vitesse de la réaction que les interactions enzyme-substrat aligner des groupes chimiques réactifs et de les tenir serrés. Cela réduit le entropie des réactifs et permet ainsi des réactions telles que des ligatures ou des réactions d'addition plus favorable, il ya une réduction de la perte totale de l'entropie lorsque deux réactifs deviennent un seul produit.

Cet effet est analogue à une augmentation effective de la concentration des réactifs. La liaison des réactifs à l'enzyme donne la réaction intramoléculaire caractère, ce qui donne une augmentation de taux massives.

Par exemple:

Des réactions similaires se produira beaucoup plus rapidement si la réaction est intramoléculaire.

La concentration efficace de l'acétate dans la réaction intramoléculaire peut être estimé comme k 2 / k 1 = 2 x

10 5 Molar.

Toutefois, la situation pourrait être plus complexe, depuis moderne des études théoriques ont établi que des exemples classiques des effets de proximité ne peuvent pas être directement liés à l'enzyme effets entropiques. [6] [7] [8] En outre, le entropique proposition initiale [9] a été trouvé largement surestimer la contribution de l'entropie d'orientation à la catalyse. [10]

atalyse impliquant des donneurs de protons ou des accepteurs (acide / base catalyse)Voir aussi: calculs pKa Protein

donneurs et des accepteurs de protons, c'est à dire les acides et bases , peut donner et accepter

protons afin de stabiliser les charges en développement dans l'état de transition. Cela a généralement pour effet d'activer nucléophile et électrophile groupes, ou la stabilisation de groupes partants. histidine est souvent le résidu impliqué dans / réactions acide base ceux-ci, car il a un pKa proche de la neutralité du pH et peut donc à la fois accepter et de donner des protons.

De nombreux mécanismes de réaction impliquant l'acide catalyse basique / assumer un pKa substantiellement modifiées. Cette altération du pKa est possible grâce à l'environnement local du résidu.

Conditions Acides Bases

environnement hydrophobe

Augmentation pKa

Diminution pKa

résidus adjacents de comme la charge

Augmentation pKa

Diminution pKa

pont de sel (et de l'hydrogène

obligations) formationDiminution pKa

Augmentation pKa

Le pKa est peut être modifié de façon significative par l'environnement, dans la mesure où les résidus

qui sont à la base en solution peut agir comme donneurs de protons, et vice versa.

Par exemple:

serine protease mécanisme catalytique

L'étape initiale de la protéase mécanisme catalytique sérine implique l'histidine du site actif d'accepter un proton

à partir du résidu sérine. Cela prépare le serine comme nucléophile pour attaquer la liaison amide du substrat. Ce mécanisme comprend un don d'un proton de la sérine (une

base, pKa 14) à l'histidine (un acide, pKa 6), rendue possible grâce à l'environnement local des bases.

Il est important de préciser que la modification de la de pKa est une partie pure du mécanisme électrostatique. [4] En outre, l'effet catalytique de l'exemple ci-dessus est principalement associée à la réduction du pKa de l'anion oxy et l'augmentation de la pKa de l'histidine, tandis que le transfert de proton à partir de la sérine sur l'histidine n'est pas catalysée de manière significative, car elle n'est pas la détermination de taux de barrière. [11]

[ modifier ]électrostatique catalyse

La stabilisation des états de transition peuvent également être facturés par les résidus dans le site actif formant des liaisons ioniques (ou partielle interactions charge ionique) avec l'intermédiaire. Ces obligations peuvent provenir soit acide ou de base des chaînes latérales trouvé sur les acides aminés tels que la lysine , l'arginine , acide aspartique ou l'acide glutamique ou proviennent de métal cofacteurs tels que le zinc . Les ions métalliques sont particulièrement efficaces et peuvent réduire le pKa de suffisamment d'eau pour en faire un nucléophile efficace.

étudie l'informatique de simulation systématique établi que les effets électrostatiques donner, de loin, la plus grande contribution à la catalyse. [4] En particulier, il a été constaté que l'enzyme fournit un environnement qui est plus polaire que l'eau, et que les états de transition ioniques sont stabilisées par dipôles fixe. Ceci est très différent de stabilisation de l'état de transition dans l'eau, où les molécules d'eau doivent payer avec "l'énergie de réorganisation». [12] afin de stabiliser et accusé états ioniques. Ainsi, la catalyse est associée au fait que les groupes polaires sont préorganisée enzyme [13]

Par exemple:

Carboxypeptidase mécanisme catalytique

L'intermédiaire tétraédrique est stabilisée par une liaison ionique partielle entre les ions Zn 2 + et la charge négative

sur l'oxygène.

[ modifier ]covalente catalyse

catalyse covalente implique le substrat en formant une liaison covalente transitoire avec des résidus dans le site actif ou d'un cofacteur. Cela ajoute un intermédiaire supplémentaire covalente à la réaction, et contribue à réduire l'énergie des états de transition de la réaction de. La liaison covalente doit, à un stade ultérieur dans la réaction, être cassé pour régénérer l'enzyme. Ce mécanisme se trouve dans les enzymes telles que des protéases comme la chymotrypsine et la trypsine , où un intermédiaire acyl-enzyme est formée. base de Schiffformation utilisant le logiciel gratuit amine d'une lysine résidu est un autre mécanisme, comme on le voit dans l'enzyme aldolase cours de la glycolyse .

Certaines enzymes utilisent des acides aminés non- cofacteurs tels que le phosphate de pyridoxal (PLP) ou thiamine pyrophosphate (TPP) pour former des intermédiaires covalentes avec des

molécules de réactif.  Ces intermédiaires covalente fonction de réduire l'énergie des états de transition plus tard, semblable à comment covalente intermédiaires formés par des résidus d'acides aminés du site actif permettre la stabilisation, mais les capacités des cofacteurs d'enzymes pour permettre à emporter réactions qui aminés des résidus d'acide côté seuls ne pouvaient pas. Enzymes cofacteurs tels utilisant notamment la charge enzyme PLP- aspartate transaminase et le PPT-dépendante enzyme pyruvate déshydrogénase . 

Il est important de préciser que la catalyse covalente ne correspond dans la plupart des cas, de simplement l'utilisation d'un mécanisme spécifique plutôt que de la catalyse vrai.  Par exemple, les énergies de la liaison covalente à la molécule de sérine dans la chymotrypsine devrait être comparée à la bien compris liaison covalente à l'nucléophile dans la réaction non catalysée solution. Une proposition d'une véritable catalyse covalente (où la barrière est inférieur à la barrière correspondant en solution), il faudrait, par exemple, une liaison covalente partielle à l'état de transition par un groupe d'enzymes (par exemple, une liaison hydrogène très forte), et ces effets ne contribuent pas significativement à la catalyse.