La double spécificité des enzymes. Spécificité de substrat :

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1 enzyme : substance organique soluble qui catalyse une réaction biochimique. Catalyse : modification de la vitesse d une réaction chimique produite par certaines substances (catalyseurs) qui se retrouvent intactes à la fin de la réaction. Chaque cellule peut être considérée comme une minuscule usine chimique ou se réalise des réactions. Les enzymes interviennent dans ces réactions : soit de synthèse, = anabolisme, soit de dégradation, = catabolisme.

2 - Une action dans les conditions biologiques : Les enzymes réalisent leur action dans des conditions compatibles avec la vie. Les enzymes ne sont plus fonctionnelles lorsque la température devient trop élevée. - Une action à grande vitesse : En une seconde, une molécule d enzyme peut catalyser la transformation de 1000 molécules. Les enzymes multiplient par 10 6 des réactions et permettent donc à de nombreuses réactions de se dérouler dans les conditions de vie de la cellule. - Les enzymes agissent à faible concentration : Il suffit d une très faible quantité d enzyme pour que la réaction ait lieu. Cette propriété est liée au fait que le biocatalyseur se retrouve intact à l issue de la réaction et se trouve ainsi immédiatement disponible pour catalyser une nouvelle réaction. La double spécificité des enzymes. Spécificité de substrat : une enzyme a une spécificité de substrat. Une enzyme n est active que vis-à-vis d une seule substance ou d un groupe de composés possédant en commun une architecture moléculaire très voisine. Cette substance ou ce groupe de composés sont appelés substrats de l enzyme. Le nom de l enzyme indique la nature du substrat sur lequel elle agit : la maltase hydrolyse l hydrolyse du maltose, la saccharase hydrolyse le saccharose Spécificité d action : A partir d un même substrat, selon les enzymes dont elles disposent, les enzymes réalisent des réactions chimiques différentes. Chaque enzyme réalise une réaction chimique donnée. Chaque enzyme ne catalyse qu un seul type de réaction chimique, par exemple une hydrolyse, le transfert d un groupe d atomes d une molécule à l autre. On parle de spécificité d action. La nature des réactions catalysées constitue alors un critère essentiel de classification des enzymes. On distingue donc les hydrolases, les transférases, les isomérases Remarque : quand deux enzymes agissent sur le même substrat en réalisant des réactions différentes, elles n agissent pas sur la même partie du substrat.

3 les étapes de la catalyse et le complexe enzyme substrat. La formation du complexe enzyme-substrat on a vu que l enzyme, catalyseur biologique, se retrouve intacte à la fin de la réaction. Problème : Comment l enzyme intervient-elle dans la réaction : Substrat Enzyme Produit Il faut admettre la nécessité d un contact temporaire entre l enzyme et son substrat, contact qui bloque l enzyme jusqu à ce que le produit soit formé. Dès que la catalyse a eu lieu, le ou les produit(s) formé(s)se détachent de l enzyme et celle-ci peut à nouveau se lier à une nouvelle molécule de substrat. On appelle ce contact temporaire «complexe enzyme-substrat». Ce contact se réalise au niveau d un site de la molécule d enzyme appelé le site actif. Site actif : Ce n est qu une toute petite partie de l enzyme qui se forme par rapprochement, lors de la formation de la structure spatiale de la molécule, de certains acides aminés initialement éloignés. Ce site actif présente deux zones : - une zone de reconnaissance constituée d acides aminés présentant une complémentarité de forme avec une zone précise du substrat. - Une zone catalytique formée d acides aminés permettant la transformation du substrat en produits résultant de la catalyse. Le site actif détermine donc à l échelle moléculaire la double spécificité de l enzyme. Si le site actif est touché par une modification de la séquence de la protéine, le substrat peut soit ne pas se lier soit ne pas être transformé. Par contre, si il y a une modification de séquence en dehors du site actif, l activité de l enzyme peut toujours avoir lieu si la structure géométrique n a pas changée. L action enzymatique se déroule en deux étapes : - La formation d un complexe stéréospécifique entre l enzyme E et son substrat S, le complexe enzyme-substrat ES. La formation de ce complexe se fait au niveau du site actif et fait intervenir le site de reconnaissance du site actif.. Cette première étape est réversible. Elle est réalisée grâce à des interactions non covalentes entre les deux molécules. E + S ES - Mise en jeu du site catalytique du site actif. Il y a transformation du substrat en produit. ES E + P La réaction est : E + S ES E + P. Le complexe est transitoire :l enzyme se retrouve donc intacte à la fin de la réaction et peut interagir avec une nouvelle molécule de substrat. Importance des concentrations en enzyme et en substrat. L étude de la cinétique d une réaction enzymatique permet de mesurer la quantité de produit formé en un temps donné et donc de mesurer la vitesse de la réaction. C est au début de la réaction que la vitesse est la plus rapide et est assimilable à une droite. C est l étude de cette vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat qui apporte le plus d informations sur la cinétique enzymatique : Si on augmente la concentration de substrat, pour une concentration constante d enzymes, la vitesse initiale augmente et atteint, à partir d une certaine quantité de substrat, une valeur maximale : les enzymes sont saturées et ne peuvent aller plus vite L existence de cette vitesse maximale et donc de la saturation des enzymes montre qu il y a formation d un complexe enzyme-substrat.

4 Chaque molécule d enzyme se combine à une molécule de substrat ; puis la réaction chimique a lieu ; et enfin, le complexe se dissocie, laissant l enzyme intacte et libérant le ou les produits. - On peut calculer la vitesse initiale de chacune de ces courbes Vi (pente de la tangente au début de la courbe). La vitesse initiale de la catalyse augmente jusqu à une valeur maximale de la vitesse initiale Vmax où elle se stabilise. On parle de plateau de saturation. Pourquoi? Lorsque la quantité de substrat est trop importante, toutes les molécules d enzyme présentes dans le milieu sont occupées en même temps par une molécule de substrat. On dit alors que les enzymes sont saturées. Quand toutes les molécules d enzymes sont occupées par une molécule de substrat, on a beau ajouter encore plus de substrat, on ne peut pas aller plus vite. On ne peut pas augmenter la vitesse initiale de la réaction. Au plateau de saturation, la vitesse initiale de la réaction correspond à la vitesse à laquelle chaque molécule d enzyme travaille. Si on veut encore augmenter la vitesse de la réaction, il faudra rajouter de l enzyme. La quantité d enzyme est le facteur limitant de la réaction. Certains paramètres physico-chimiques peuvent moduler l activité enzymatique. Les enzymes sont sensibles aux variations d intensité des facteurs du milieu. A) l influence de la température. Généralement, à la température de 37 C, température du milieu cellulaire, l enzyme agit avec sa vitesse maximale. C est sa température optimale. A une température légèrement inférieure, l agitation moléculaire diminue et la vitesse de la réaction diminue donc également. A une température vraiment inférieure, l enzyme est inactivée. Cela signifie qu elle ne fonctionne plus mais retrouvera ses propriétés si la température s élève. Si les températures sont trop fortes, l enzyme est dénaturée c est-à-dire qu elle perd sa forme spatiale plus ou moins rapidement et de manière irréversible. Elle perd définitivement sa fonction catalytique. NB : Certaines enzymes peuvent avoir d autres températures optimales ; 100 C pour celles des bactéries thermophiles des sources chaudes qu on utilise en lessive ou en industrie. B) L influence du ph. Chaque enzyme possède un ph optimum pour lequel son activité est maximale. Ex. amylase salivaire 7 ; pepsine gastrique 2. Si le ph varie, l activité de l enzyme diminue. En effet, si le ph change, il entraîne un changement d ionisation des acides minés du site actif, ce qui altère le fonctionnement de l enzyme. Si le ph varie trop, l enzyme peut perdre complètement sa forme et ne plus agir du tout. C est réversible. La catalyse enzymatique dépend évidemment de la quantité d enzyme et de substrat disponibles. Mais d autres facteurs ont également un effet sur les réactions enzymatiques. Nous avons vu que la température et le ph du milieu ont une influence sur l efficacité des enzymes. La catalyse n est permise que dans une gamme de ph donnée et de température compatible avec le vivant. Les enzymes présentent un optimum de température. Il se situe, en moyenne, aux alentours de 40 C. Si l on s éloigne de cette valeur, en abaissant ou en augmentant la température, on constate rapidement une chute de

5 l activité enzymatique. Mais aux basses températures, l inactivation est réversible : les enzymes sont inhibées par le froid mais non dénaturées. En revanche, à partir de 50 ou 60 C, les enzymes subissent une dénaturation thermique et détruites! Cet optimum de température peut varier varie ; il y a des exceptions. De même, chaque enzyme a un ph optimal c est-à-dire un ph pour lequel son activité est maximale. L amylase a un fonctionnement maximal pour un ph de 7, mais certaines enzymes nécessitent un ph acide et d autres un ph basique. Température optimale et ph optimal dépendent des enzymes et des organismes concernés Conclusion : Enzyme et phénotype : L activité des enzymes se répercute à tout moment sur le fonctionnement des cellules et se traduit par des caractères visibles dans l organisme (couleur de la peau, couleur des yeux, maladies ). Les enzymes contribuent donc à la réalisation du phénotype. Toute modification de la structure d une enzyme se répercute sur la réalisation du phénotype.