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CHMI 2227F Biochimie I. Enzymes: Concepts de base. Enzymes. Enzymes: Protéines RNA Catalyseurs: L’enzyme active, intacte est régénérée à la fin de la réaction;

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Presentation Transcript
Chmi 2227f biochimie i

CHMI 2227FBiochimie I

Enzymes:

Concepts de base

CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.


Enzymes
Enzymes

  • Enzymes:

    • Protéines

    • RNA

  • Catalyseurs:

    • L’enzyme active, intacte est régénérée à la fin de la réaction;

  • Les enzymes accélèrent les réactions chimiques ayant lieu dans la cellule en plaçant le substrat dans un environnement qui facilite la réaction;

    • Donc: la structure 3-D (tertiaire, et si c’est le cas quaternaire) est ABSOLUMENT ESSENTIELLE au bon fonctionnement des enzymes;

CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.


Enzymes1

Catalyseurs très puissants;

Sont très spécifiques vis-à-vis leur substrat;

Peuvent même faire la distinction entre deux énantiomères.

Certains enzymes nécessitent des goupes chimiques additionnels pour fonctionner:

Ions métalliques

Groupes prosthétiques:

Hème

Cofacteurs

ATP

Enzymes

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Classes d enzymes

1. oxydoréduction: oxydoréductases

2. Transfer de groupes chimiques: transférases

3. Hydrolyse: hydrolases

4. Coupure de groupes chimiques: lyases

5. Isomérisation: isomérases

6.Liaison de deux groupes chimiques: ligases

Classes d’enzymes

  • Seulement 6 types de réactions chimiques sont catalysées par les enzymes:

  • Enzymes sont classés selon le type de réaction qu’ils catalysent:

    • Chaque enzyme possède un nom systématique et un numéro de l’IUBMB (EC XXXX)

      • IUMBM = International Union of Biochemistry and Molecular Biology

  • La liste complète des enzymes connues peut être trouvée au site suivant:

    www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

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Nomenclature de l iubmb

Exemple: ATP: D-glucose-6 phosphotransférase (aka hexokinase)

EC 2.7.1.1

2 = transférase

7 = phosphotransférase

1 = groupe accepteur est OH

1 = glucose lie le groupe phosphate

ATP

+

D-glucose

ADP

+

D-glucose-6-phosphate

Nomenclature de l’IUBMB

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Classes d enzymes1

1- Oxydoréductases hexokinase)

2- Transférases

3- Hydrolases

4- Lyases

5- Isomérases

6- Ligases

Classes d’enzymes

CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.


Classes d enzymes2

A hexokinase)- + B

A + B-

A-B + C

A + B-C

A-B + H2O

A-H + B-OH

X

Y

X

Y

Y

X

A-B

A-B

A-B

A=B + X-Y

A + B

A-B

Classes d’enzymes

  • 1- Oxydoréductases

  • 2- Transférases

  • 3- Hydrolases

  • 4- Lyases

  • 5- Isomérases

  • 6- Ligases

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Oxydor ductases exemple lactate dehydrogenase ec 1 1 1 27
Oxydoréductases hexokinase)Exemple: Lactate dehydrogenase (EC 1.1.1.27)

  • Lactate = substrat

  • Pyruvate = produit

  • NAD+/NADH = cofacteur

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2 transf rases exemple alanine transaminase ec 2 6 1 2
2. Transférases hexokinase)Exemple: Alanine transaminase (EC 2.6.1.2)

  • Alanine / a-cétoglutarate = substrats

  • Pyruvate / L-glutamate = produits

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3 hydrolases exemple diphosphate phosphohydrolase ec 3 6 1 1
3. Hydrolases hexokinase)Exemple: diphosphate phosphohydrolase(EC 3.6.1.1)

  • Pyrophosphate / H2O = substrats

  • Phosphate = produit

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4 lyases aka synthases exemple pyruvate d carboxylase ec 4 1 1 1
4. Lyases hexokinase)(aka synthases)Exemple: Pyruvate décarboxylase(EC 4.1.1.1)

  • Pyruvate = substrat

  • Acétaldehyde and CO2 = produits

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5 isom rases exemple alanine rac mase ec 5 1 1 1
5. Isomérases hexokinase)Exemple: Alanine racémase(EC 5.1.1.1)

  • L-alanine = substrat

  • D-alanine = produit

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6 ligases aka synth tases exemple l glutamine synth tase ec 6 3 1 2
6. Ligases hexokinase)(aka synthétases)Exemple: L-glutamine synthétase(EC 6.3.1.2)

  • L-glutamate / NH4+ = substrats

  • L-glutamine = produit

  • ATP = cofacteur

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Comment les enzymes fonctionnent ils
Comment les enzymes fonctionnent-ils? hexokinase)

  • La réaction enzymatique se produit en plusieurs étapes impliquant des intermédiaires réactionnels:

    E + S ES EP E + P

  • Notons que, même si en théorie ces réactions sont réversibles, en pratique, les faibles concentrations d’un des réactants (S ou P) pousse habituellement l’équilibre vers une seule direction;

  • Les enzymes accélèrent la réaction chimique, mais n’affecte pas l’équilibre de la réaction.

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Les enzymes et la barri re d nergie

Lors de réactions chimiques, trois conditions doivent être rencontrées afin que la réaction puisse se faire:

1. Les molécules doivent entrer en contact pour réagir.Cependant, si deux molécules ne font qu’entrer en collision, elles ne réagiront pas nécessairement.

2. Suffisamment d’énergie doit être fournie à la réaction pour que les deux molécules réagissent (énergie d’activation). Deux molécules lentes entrant en collision ne feront que rebondir l’une sur l’autre sans réagir. Suffisamment d’énergie doit être fournie afin de briser cette barrière énergétique et atteindre l’état de transition.

3.Les molécules doivent être orientées correctement l’une par rapport à l’autre.

Les enzymes et la barrière d’énergie

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Les enzymes et la barri re d nergie1

L’état de transition n’est pas un intermédiaire réactionnel: il s’agit d’une structure moléculaire qui n’est plus le substrat, mais qui ne correspond pas encore au produit;

G = énergie libre de Gibbs

Habileté d’une molécule à réagir

Plus la valeur de l’énergie libre est élevée, plus la molécule est instable.

DG = Gproduit – Gsubstrat:

Si DG > 0 = la réaction ne sera pas spontanée (pcq S est plus stable que P)

Si DG < 0 = réaction se produit spontanément (pcq P est plus stable que S)

En d’autres mots, plus la valeur de DG est négative, plus la réaction a de chances de se produire;

DGŧ

DG

Les enzymes et la barrière d’énergie

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Les enzymes et la barri re d nergie2
Les enzymes et la barrière d’énergie réactionnel: il s’agit d’une

  • En absence d’enzymes (ou de catalyseurs), le substrat (ici un bâton de métal) requiert une quantité considérable d’énergie afin d’atteindre l’état de transition et réagir;

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Les enzymes et la barri re d nergie3
Les enzymes et la barrière d’énergie réactionnel: il s’agit d’une

  • En présence d’enzyme, la réaction est facilitée parce que l’enzyme fourni un meilleur environnement pour que la réaction ait lieu:

    • Proximité du substrat avec des groupes chimiques de l’ enzyme

    • Orientation appropriée des groupes chimiques de l’enzyme par rapport au substrat;

    • La formation de l’état de transition est favorisée;

  • Ceci résulte en une baisse de l’énergie d’activation requise pour que la réaction se fasse.

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Le mythe de la cl et serrure
Le mythe de la « clé et serrure »… réactionnel: il s’agit d’une

  • L’allusion qu’une enzyme et sont substrat ressemblent à une serrure et sa clé est un MYTHE:

    • Si l’enzyme et le substrat étaient parfaitement complémentaires, comme une clé et sa serrure, l’interaction entre E et S serait si stable que la réaction ne se produirait tout simplement pas!

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Le mythe de la cl et serrure1
Le mythe de la « clé et serrure »… réactionnel: il s’agit d’une

  • Plutôt, la structure 3-D de l’enzyme est complémentaire à l’état de transition;

  • Ce faisant, l’enzyme favorise la formation de l’état de transition, abaisse l’énergie d’activation, et accélère la réaction…COOL!

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