T1_C1_3 Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

 T1_C1_3 Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs de réactions chimiques spécifiques dans le métabolisme d’une cellule. La catalyse accélère les réactions chimiques intracellulaires des différentes voies métaboliques permettant les grandes fonctions de la cellule (digestion, respiration, photosynthèse, stockage de réserve,…)

Schéma théorique de deux voies métaboliques connectées dans une cellule.

Les enzymes ou ases, comme toutes protéines, sont constituées d’une ou plusieurs chaînes d’acides aminés, repliées sur elles-mêmes et parfois associées entre-elles.

L'organisation de la structure 3D d'une protéine

La structure tridimensionnelle d’une enzyme (E) forme un site actif qui lui permet d’interagir avec un substrat spécifique (S) en formant un complexe transitoire enzyme-substrat (E-S). Ce complexe E-S facilite les réactions chimiques d’association ou de dégradation moléculaire, ce qui accélère la formation de nouveaux produits moléculaires (P), sans que l’enzyme soit pour autant modifiée :

E + S —> E-S —> E + P

(S est transformé en P ; E-S est un état transitoire ; E reste inchangé )

Deux types de réaction enzymatique : Catabolisme (dégradation moléculaire, en haut) et Anabolisme (synthèse moléculaire, en bas)

Cette structure 3D et le site actif sont très sensibles aux conditions du milieu cellulaire (pH, température, concentration en substrat,…). Ils expliquent aussi la cinétique des réactions catalytiques du métabolisme cellulaire, exprimée par le paramètre Vi pour Vitesse initiale de la réaction. Cette valeur correspond au coefficient directeur de la droite tangente en t=0 à la courbe d'apparition d'un produit P lors de la réaction enzymatique.

Les enzymes étant des protéines, elles sont les produits directs de l’expression de gènes qui les codent. Elles sont donc sensibles au mutations.

D’autre part, elles sont les marqueurs de la spécialisation cellulaire.

Rappel seconde : Dans les tissus biologiques, les cellules spécialisées ont une forme et une fonction particulière. Elles n'expriment qu'une partie de leurs gènes.

Par exemple : Chez l’Homme, environ 23 000 gènes par cellule > 250 gènes exprimés en protéines dont 85 sont des enzymes > voies métaboliques particulières => spécialisation cellulaire

BILAN : Les enzymes, issus de l’expression génétique d’une cellule, sont essentiels à la vie cellulaire et sont aussi des marqueurs de sa spécialisation.

Notions fondamentales : catalyse, substrat, produit, spécificité.

Capacités

- Étudier les relations enzyme-substrat au niveau du site actif par un logiciel de modélisation moléculaire.

- Concevoir et réaliser des expériences utilisant des enzymes et permettant d’identifier leurs spécificités.

- Étudier des profils d’expression de cellules différenciées montrant leur équipement enzymatique.

- Étudier l’interaction enzyme-substrat en comparant les vitesses initiales des réactions et faisant varier soit la concentration en substrat ; soit en enzyme. Utiliser des tangentes à t0 pour calculer la vitesse initiale.