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Enzymes (Catalyseurs biologiques). Extractions, purifications et notion de site actif

Connaître comment une enzyme (catalyseur biologique) assure la catalyse renvoie à l'élucidation de son mécanisme d'action qui implique le contact du substrat avec l'enzyme à travers un site actif .

Le site actif est constitué de quelques acides aminés. Le suivi de la catalyse homogène permet d'élucider en détail le comportement des enzymes et déterminer les paramètres cinétiques correspondants. -- Vidéo 'Enzymes et catalyse biologique - الأنزيمات، محفزات بيولوجية'



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Livre 'Sciences de la vie. Protéines et Enzymes' (+ DVD), Baaziz, 2013: QCM corrigés, Exercices corrigés, Contrôles corrigés en Biologie cellulaire et Biochimie pour S1, S3, S4 et S5.

Protéines et Enzymes, Baaziz 2013

* MECANISMES MOLECULAIRES DE LA CATALYSE BIOLOGIQUE ET IMPORTANCE DU SITE ACTIF DES ENZYMES

1.3. CATALYSE. INTERACTION MOLECULAIRE ENZYME-SUBSTRAT.
1.3.1. Formation de complexe enzyme-substrat (ES)
1.3.2. Cinetique enzymatique et équation de Michaelis-Menten

1.3.3. Equation de Michaelis-Menten.
1.3.4. Expressions de l'activité enzymatique
1.3.5. Inhibition par excès de substrat
.

1.4. CATALYSE. INTERACTIONS MOLECULAIRES ENZYME SUBSTRAT-INHIBITEUR..

1.5. INTERACTIONS MOLECULAIRES ENZYME (E)-SUBSTRAT (S)-ACTIVATEUR (A)

1.7. ENZYMES ALLOSTERIQUES ..... EXAMENS

Enzymes. Inhibiteurs

Site actif des enzymes (protéines de catalyse bioligique)

LA CATALYSE ENZYMATIQUE PASSE PAR LA FORMATION d'un SITE ACTIF. Le site actif des enzymes est une région privilégiée de l'enzyme qui interagit avec les substrats. Le site actif des enzymes est constitué d'acides aminés (AA) de 4 types: 1/ AA 'de contact', 2/ AA 'auxiliaires', 3/ AA 'collaborateurs' et 4/ AA 'non collaborateurs'.

Catalyse. site actif des enzymes

Ce sont les groupements fonctionnelles des radicaux (R) des AA du site actif des enzymes qui interviennent dans la catalyse. Ces groupements sont peu nombreux. Il s'agit le plus souvent des résidus SERYL, ASPARTYL ou GLUTAMYL, CYSTEYL, HISTIDYL LYSYL et accessoirement ARGINYL et TYROSYL (QCM catalyse et site actif des enzymes).

La capacité des AA du site actif des enzymes à participer à la catalyse est liée à leur aptitude à transférer des électrons (caractère d'agents nucléophiles) et des protons (caractère acide-base selon Broensted).

---> Qu'est ce que le site actif d'une enzyme (Texte en Ar).

Le caractère de nucléophilie est plus prononcé pour la sérine, la cystéine et l'acide aspartique. Le caractère acide-base est plus prononcé pour l'histidine et la tyrosine. L'histdine intervient comme relais de proton où le noyau imidazole joue le rôle de 'renforceur' du caractère de nucléophilie des donneurs d'électrons (substrats) en captant le proton de leur OH.
Ce sont finalement que quelques acides aminés de l'enzyme (AA de contact) qui sont nécessaires pour la catalyse. L'élimination de certains acides aminés n'entraîne pas la disparition de l'activité enzymatique.

1.2.2. Structures fonctionnelles des enzymes (protéines de catalyse biologique)

La structure tertiaire (ou tridimensionnelle ou conformation) correspondant au repliement de la protéine enzymatique est une structure primordiale nécessaire dans la catalyse. Elle permet la formation du site actif par rapprochement des acides aminés le constituant (ex AA 57, AA195, AA220). Cette conformation joue, également un rôle dans la protection du site actif. La diffraction aux rayons X a montré que l'organisation tridimensionnelle du site actif des enzymes n'est pas tout à fait la même suivant l'absence ou la présence du substrat. Ainsi, était née la théorie dite de 'Conformation induite' (induced fit) où le site actif est perçu comme un 'ensemble souple' en s'adaptant exactement à la conformation du substrat. L'une des preuves expérimentales appuyant cette théorie réside dans les changements de spectres d'absorption et de fluorescence de certaines enzymes en présence ou en absence des substrats.

La structure quaternaire correspond à l'association de l'enzyme en sous unités (QCM-Protéines). Elle donne les derniers ajustements conformationnels. Cette structure conduit à la notion d'isoenzymes (isozymes) qui sont des formes de la même enzyme catalysant la même réaction, mais dont certaines propriétés physico-chimiques (charge électrique, taille, ..) sont différentes.

Les isoenzymes sont en général mises en évidence par la technique d'électrophorèse. La lactate déshydrogénase (LDH) est l'un des exemples les mieux connus.

Les isoenzymes sont exploitées dans le domaine d'étiquetage des ressources génétiques animales, végétales et microbiennes (diversité génétique). Elles sont utilisées en génétique des populations vu leur caractère de codominance (les hybrides sont facilement différenciés par rapport aux parents).

---> Quelles sont les différentes classes d'enzymes ? (Texte en Ar)



ما هو الموقع النشيط  (Site actif) في الأنزيم ؟

تحتوي الأنزيمات على موقع فعال يسمى الموقع النشيط (Substrat) يوافق تماما الجزيئ الذي يشتغل عليه الأنزيم (المادة الأساس أو مادة تشبهها) توافقا يشبه توافق القفل و المفتاح (Complémentarité clé-serrure). يتكون الموقع النشيط من عدد قليل من الأحماض الأمينية (غالبا، 2-4) التي تدخل مباشرة في التفاعل مع المادة الأساس. يلعب طي (Repliement) البروتين دورا رئيسيا في تشكيل الموقع النشيط للأنزيم، حيث يقرب الأحماض الأمينية بعضها للبعض. كل هذا يظهر أن نشاط الأنزيمات لا يستدعي بالضرورة تدخل الطرف الأنزيمي بأكمله.

كمثل يجسد هذا الوضع نذكر أنزيم الليزوزيم (Lysozyme) الموجود بإفرازات الأنف و الدموع و اللعاب. يقوم الليزوزيم بحلمأة(Hydrolyse) الروابط الكليكوزيدية (Liaisons glycosidiques) في السكريات الموجودة بجدار الخلايا البكتيرية. يتكون الأنزيم من 129 حمض أميني، يأخد بعد طي البروتين، شكل 'حبة قمح منتفخة'. تلعب البنية الثلاثية للأنزيم دورا هاما في تشكيل الموقع النشيط بتقريب الحمض الأميني Glu35 (حمض الكلوتاميك) من الحمض الأميني Asp52 (حمض الأسبارتيك) بمسافة 0,30 nm فقط و جعلهم يتفاعلا مع مادة الأساس (سكر NAG-NAM). يبين الرسم التالي هذه التفاصيل، كما يمكن استخراج معلومات أخرى بتحميل جزيئ الليزوزيم و دراسته ببرنامج  Rastop أو JMOL.

lysozyme


ما هي الأصناف الرئيسية للأنزيمات ؟

تصنف الأنزيمات إلى ستة أصناف رئيسية:

صنفEC1: أنزيمات الأكسدة و الاختزال (Oxydo-réductases). الأكسدة تعني إضافة أكسيجين أو فقدان هيدروجين أو إلكترون.

صنفEC2 : أنزيمات النقل (Transférases). تقوم بنقل المجموعات الفعالة كمجموعات الأزوت و الكبريت و الفوسفور.

- صنف EC3: أنزيمات الحلمأة (Hydrolases). تقوم بهدم مادة الأساس بإضافة جزيئ ماء، مثل تحليل المالتوز (Maltose) إلى وحدتين من الكليكوز.

صنفEC4 : أنزيمات الربط (Lyases).  تقوم بكسر الروابط الكيميائية (مثل رابطة C-O) بطرق مغايرة للحلمأة أو الأكسدة.

صنفEC5 : أنزيمات التماثل في التركيب أو الأنزيمات المناظرة (Isomérases). تحفز تفاعلات تؤدي إلى التناظر.

صنفEC6 : أنزيمات التكوين أو الإصطناع (Ligases) مثل الأنزيمات التي تبني الروابط من نوع C-O أو C-N أو  C-C.


Vidéo 'Enzymes, catalyseurs biologiques (Ar) الأنزيمات، محفزات بيولوجية'


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