Cours 11

Question 1

Quels sont Les différents mécanismes catalytiques des enzymes?

Answer 1

1. Stabilisation de l’état de transition
2. Effet de proximité
3. Catalyse acide-base
4. Catalyse ion métallique
   5.Catalyse covalente

Question 2

C’est quoi 1. Stabilisation de l’état de transition?

Answer 2

Losrque l’état de transition est stabilisé par l’enzyme, ça permet d’abaisser la barrière d’activation et d’expliquer l’effet catalytique des enzymes

La plupart des enzymes lient mieux l’état de transition que leur substrat ce qui favorise la processivité (l’accomplissement) de la réaction.

Question 3

V ou F: La liaison initiale entre l’enzyme (E) et le substrat (S) est favorisée par le facteur enthalpique (liaisons non-covalentes).

Answer 3

Vrai DS‡cat > DS‡non

L’état de transition est stabilisé par l’enzyme par des interactions moléculaires (facteur enthalpique) beaucoup plus forte que pour les réactifs ou les produits.

Si une enzyme liait son substrat plus fortement que son état de transition, cela aurait comme effet de diminuer la vitesse de la réaction, parce que cela ferait augmenter la différence d’énergie entre le substrat et l’état de transition. Par conséquent, on estime que les enzymes ont évolué afin de maximiser les interactions non-covalentes favorables avec l’état de transition.

Question 4

V ou F: l’entropie est constante entre ES et ÉT ce qui favorise également la réaction

Answer 4

Vrai

Question 5

Les coordonnées réactionnelles de la réaction non-catalysée n’indique pas la présence de quoi? alors que la réaction catalysée en possède un

Answer 5

un intermédiaire

Question 6

C’est quoi 2. Effet de proximité?

Answer 6

Les enzymes peuvent catalyser des réactions en rapprochant et orientant deux groupements chimiques, chacun d’entre eux étant associé à l’un ou l’’autre des substrats (triangle et le rectangle) qui auraient peu de chance de réagir ensemble en solution parce que trop distant, dilué ou mal orienté (c’est-à-dire que l’orientation correcte serait obtenue par le hasard des collisions).

Question 7

C’est quoi 3. Catalyse acide-base?

Answer 7

Les groupement acide-base peuvent se retrouver dans le site actif où ils peuvent participer à la catalyse.

Par exemple, c’est le cas pour les enzymes qui clivent les liaisons glycosidiques (hydrolase EC 3).

Dans le contexte très particulier des enzymes (protéines), le confinement spatial et les microenvironnement chimiques qui sont créés localement (pensez par exemple à la nature des chaîne latérales des acides aminés entourant une tyrosine ou une cystéine qui pourrait faire varier leur pKa à la baisse, par exemple) peuvent permettre la réalisation de catalyse acide base au sein d’un même site actif (par exemple, comme c’est le cas pour l’histidine dans le site actif de la chymotrypsine dont nous avons discuté dans le Cours 9); en solution des groupements acide-base réagirait simplement ensemble

Question 8

Quelles chaînes latérales des résidus sont impliqués dans des catalyse acide-bases?

Answer 8

Asp, Glu, His, Cys, Tyr et Lys

Question 9

C’est quoi 4. Catalyse ion métallique?

Answer 9

Le zinc (Zn) se coordonne au carbonyle du substrat (alpha-NAAG étape 2) ce qui le rend plus polarisé (interaction entre un ion et un dipôle permanent), c’est-à-dire qu’il perd partiellement son caractère de double liaison donc l’oxygène est plus négatif et le carbone plus positif. Le Zn se coordonne aussi à une molécule d’eau, ce qui diminue le pKa de cette dernière, permettant à l’acide glutamique du site actif (Glu 424) de déprotoner cette molécule d’eau, créant ainsi un ion hydroxyle qui agit comme un excellent groupement nucléophile dans cet environnement.

Question 10

C’est quoi 5. Catalyse covalente?

Answer 10

La lysine du site actif réagit avec le groupement carbonyle pour générer une base de Schiff; ce qui implique la formation d’un ion iminium (en rouge coin inférieur gauche).

La décarboxylation de l’ion iminium est beaucoup plus facile que la décarboxylation de l’acétoacétate (coin supérieur gauche), parce que la décarboxylation dans ce cas permet la formation d’un énamine qui est beaucoup plus stable que l’énolate chargé négativement.

A la fin de la réaction le groupement énamine est hydrolysé pour reconstituer le groupement amine initial et permettre la libération du produit final de la réaction, l’acétone (d’où le terme de corps cétonique).

Question 11

Les corps cétoniques comprennent trois métabolites du catabolisme des graisses. Quelles sont-ils?

Answer 11

il s’agit de l’acétone (surtout excrété et comme démontré ici est en fait un produit de dégradation de l’acétylacétate), l’acétylacétate et le bêta-D-hydroxybutyrate qui sont des sources d’énergie pour le cœur et le cerveau. La production des corps cétoniques se produit principalement dans le foie

Question 12

Quels sont les acides aminés les plus souvent impliqués dans la catalyse covalente?

Answer 12

His, Cys et Lys

Question 13

Plusieurs coenzymes sont aussi impliquées dans la catalyse covalente comme les ….

Answer 13

les vitamines B6 et B1 ainsi que la biotine.

Question 14

Qu’est-ce qui est impliquée dans la formation des corps cétoniques chez les mammifères vs chez les bactéries?

Answer 14

Humain: L’acétylacétate (ou acétoacétate) décarboxylase

Bactérie: la solvatogenèse

Question 15

Voir slide 10

Answer 15

Deux inhibiteurs de la réverse transcriptase et un inhibiteur de la protéase du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) qui servent dans la trithérapie médicamenteuse qui a permis d’augmenter considérablement l’espérance de vie et de réduire la propagation de l’épidémie.

La Lamivudine (ou 3TC) fait partie de la plupart des trithérapies. Elle permet de maintenir l’efficacité du traitement par l’AZT (azidothymidine).

Question 16

Les inhibiteur sont utilisé pour quoi?

Answer 16

les inhibiteurs peuvent servir de médicaments. C’est un élément essentiel de la recherche pharmacologique

Les inhibiteurs inventés par l’homme inspiré ou non par la nature peuvent servir de médicaments. Ils ne sont pas présents à l’état naturel dans l’organisme.

Question 17

V ou F: les inhibiteurs peuvent être réversible ou irréversibles

Answer 17

Vrai

Question 18

Les inhibiteurs réversibles peuvent être _____, ______, ______

Answer 18

compétitifs, incompétitifs ou mixtes.

Question 19

Au sein des voies métaboliques, qu’est-ce qui agit comme régulateur?

Answer 19

des métabolites et d’autres substances

Question 20

Les métabolites et d’autres substances agissent de manière _______. Ceci veut dire quoi?

Answer 20

Ces molécules peuvent agir de manière allostérique pour stimuler ou inhiber certaines enzymes. Dans ce dernier cas, ils sont donc des inhibiteurs naturels.

Question 21

C’est quoi un Inhibiteurs compétitifs?

Answer 21

L’inhibiteur compétitif et le substrat lient le site actif de l’enzyme.

Le substrat est transformé en produit.

L’inhibiteur compétitif demeure dans le site actif sans être transformé en produit.

L’inhibiteur compétitif demeurant dans le site actif empêche la liaison d’un nouveau substrat.

Question 22

L’interaction de l’inhibiteur avec l’enzyme est représenté par la constante _______

Answer 22

KI qui est une constante de dissociation.

KI = [E][I] / [EI]

Question 23

À [I] = ?

Answer 23

KI la moitié des sites de liaison sont occupés ce qui permet d’obtenir une valeur d’inhibition correspondant à 50% de l’inhibition maximale à une concentration de substrat donnée

Question 24

Un inhibiteur compétitif mènera à l’accumulation de quoi?

Answer 24

de substrat; si ce substrat s’accumule dans la cellule, cela pourrait rendre l’inhibiteur moins efficace.

Dans ce cas-ci, un inhibiteur incompétitif pourrait s’avérer plus efficace.

Question 25

Quel est l'Effet d’un inhibiteur compétitif sur une cinétique Michaelis-Menten?

Answer 25

Lorsque l’on augmente la concentration de substrat suffisamment, ce dernier parvient à faire disparaître complètement l’effet de l’inhibiteur. On parvient donc à atteindre la même valeur de Vmax sur les deux courbes, mais il faut une concentration de substrat beaucoup plus grande pour atteindre ce Vmax sur la courbe rouge réalisée en présence d’un inhibiteur compétitif. Par contre, à faible concentration de substrat, l’action compétitrice de l’inhibiteur augmente la KM.

Question 26

C'est quoi Effet d’un inhibiteur compétitif: concentration croissante?

Answer 26

Voir slide 14

Question 27

L'inhibiteur compétitif a quel impact sur l’équation de Michaelis-Menten?

Answer 27

Voir slide 15 Le facteur a (alpha) permet d’introduire l’effet de l’inhibiteur sur la cinétique Michaelis- Menten. Le facteur a sera placé à différents endroits de l’équation en fonction du type d’inhibiteur rencontré. Ici, a multiplie la KM, faisant en sorte que la KM apparente (aKM) sera plus grande que la KM originale.

Question 28

l’augmentation de la KM indique quoi?

Answer 28

une diminution l’efficacité catalytique de l’enzyme.

Question 29

Les inhibiteurs incompétitifs lient uniquement quoi?

Answer 29

le complexe ES

Question 30

Inhibiteurs incompétitifs liant le complexe ES favorisent quoi?

Answer 30

Paradoxalement en diminuant la quantité de ES en formant EIS, ce genre d’inhibiteur favorise la formation de ES, ce qui a pour effet de diminuer la KM apparente. Par ailleurs, comme EIS ne permet pas la formation de produit, Vmax est diminué. L’inhibiteur incompétitif se lie à un site distinct du substrat sur l’enzyme. Il se lie spécifiquement au complex ES et inhibe la catalyse

Question 31

Quelle est la formule pour KI'?

Answer 31

KI' = [ES][I] / [EIS]

Question 32

Les inhibiteurs incompétitifs n’affectent pas la formation de ____, mais ils augmentent la concentration du _____?

Answer 32

Les inhibiteurs incompétitifs n’affectent pas la formation de ES, mais ils augmentent la concentration du complexe ES via la formation d’EIS qui est un cul de sac, car les produits ne sont pas formés aussi efficacement. Comme la kcat fait partie de l’équation pour calculer la KM, la KM est également diminuée par un inhibiteur incompétitif

Question 33

L’inhibiteur incompétitif correspond à un mode de régulation ________ des enzymes

Answer 33

allostérique (allostérie hétérotrope) des enzymes.

Question 34

L’effet d’un inhibiteur incompétitif (I) sur la vélocité de la réaction à différentes concentrations de substrat diminuent quoi?

Answer 34

la KM et la Vmax sont diminuées par un facteur 1/a’.

Question 35

Quel est l'impact d'un inhibiteur imcompétitif sur l’équation de Michaelis-Menten? (voir slide 20)

Answer 35

Le facteur a (alpha) permet d’introduire l’effet de l’inhibiteur sur la cinétique Michaelis-Menten. Le facteur a sera placé à différents endroits de l’équation en fonction du type d’inhibiteur rencontré. Ici, a’ divise à la fois KM et Vmax, faisant en sorte que ces deux paramètres seront plus petits en présence de l’inhibiteur qu’en son absence.

Question 36

C'est quoi les inhibiteur mixte?

Answer 36

Un inhibiteur qui peut lier à la fois soit l’enzyme libre (E) ou soit le complexe enzyme-substrat (ES) est appelé un inhibiteur mixte s’il a une préférence (c’est-à-dire une affinité plus grande) pour l’une ou l’autre de ces deux espèces. Il est donc dit mixte, car il a les caractéristiques à la fois d’un inhibiteur compétitif et d’un inhibiteur incompétitif. Les inhibiteurs mixtes n’entrent pas en compétition avec le substrat pour une liaison dans le site actif; ils se lient à un site allostérique et ont de l’affinité relativement proche pour E et ES

Question 37

Que font les inhibiteurs mixtes?

Answer 37

Ils réduisent la Vmax apparente à toute les [S]. Ils peuvent avoir des effets variables sur la KM qui dépende de la [I] et de la valeur de KI et KI’.

Question 38

Les inhibiteurs mixtes qui ont la même affinité pour quoi?

Answer 38

l’enzyme libre (E) que pour le complexe enzyme-substrat (ES) sont également dit non-compétitifs

Question 39

les inhibiteurs mixtes s’associent à quelle sorte de site?

Answer 39

un site qui est situé à longue distance du site actif. La liaison à ce site sur E libre, c’es-à-dire en absence du substrat ,peut déformer le site actif, diminuant ainsi son affinité (donc KMapp> KM). Cependant les inhibiteurs mixtes peuvent aussi lié ES. Il y a donc deux KI, soit KI et KI’. En fonction de la valeur de ces KI, l’effet de l’inhibiteur sur la KM peut varier.

Question 40

Voir slide 23

Question 41

Quel est l'impact d'un inhibiteur mixte sur l’équation de Michaelis-Menten?

Answer 41

Si vous observez l’équation de la courbe de Michaelis-Menten en présence d’un inhibiteur mixte vous noterez qu’en fonction de la valeur de KI et KI’ (et donc alpha et alpha’), il y a trois possibilités. Soit: KI< KI’, donc alpha> alpha’; KMapp > KM Il s’agit du cas le plus fréquent, représenter sur la diapositive précédente. La diapositive 22 peut aider à réfléchir à ce mystère. Comme l’inhibiteur mixte en se liant à l’enzyme libre agit à distance sur le site actif en stabilisant une conformation qui est moins favorable à la liaison du substrat, on présume que ce changement conformationnel (ajustement induit) contribue à augmenter l’affinité de l’enzyme pour l’inhibiteur mixte. Cela pourrait expliquer pourquoi ce cas de figure est le plus fréquent. 2. KI> KI’, donc alpha< alpha’; KMapp< KM; Bien que ce cas de figure ressemble à un inhibiteur incompétitif, la différence clé est que le graphe de Lineweaver-Burk en présence d’un tel inhibiteur mixte ne produira pas des droites parallèles en fonction d’une concentration croissante d’inhibiteurs à cause des deux facteurs alpha. Ce cas de figure semble plutôt rare. L’argument réciproque à celui évoquer en 1, explique ce phénomène. 3. Si KI= KI’; donc alpha= alpha’; KMapp= KM On dit alors qu’il s’agit d’un inhibiteur mixte non-compétitif. Ils ont donc une affinité égale pour E et ES Ce cas de figure est également rare, mais semble un peu plus fréquent que le 2 . Pour un inhibiteur non compétif Vmaxapp< Vmax et KMapp= KM, ce qui fait en sorte que les droites convergent vers la même abscisse à l’origine. Voir la prochaine diapositive pour un exemple visuel.

Question 42

Il est nécessaire d’introduire a’ pour les inhibiteurs mixtes car ....

Answer 42

KI et KI’ pour E et ES ne sont pas nécessairement égaux. a= 1 + [I]/KI a’= 1 + [I]/KI’

Question 43

Quels sont les 3 équations pour l'inhibiteur compétitif, incompétitif et mixte?

Answer 43

Compétitif: courbe: V = Vmax [S] / aKM + [S] L-B: 1/V = aKM/Vmax x 1/[S] + 1/Vmax Incompétitif V = Vmax/a'[S] / KM/a' + [S] L-B: 1/V = KM/Vmax x 1/[S] + 1/(Vmax/a') Mixte V = Vmax/a'[S] / aKM/a' + [S] L-B: 1/V = aKM/Vmax x 1/[S] + 1/(Vmax/a')

Question 44

Si Ki= Ki’, il s

Answer 44

il s’agit d’un inhibiteur non-compétitif, une sous-catégorie des inhibiteurs mixtes.

Question 45

C'est quoi la Régulation allostérique des enzymes?

Answer 45

Dans les voies métaboliques cellulaires, il y a des processus allostériques de régulation des enzymes dans les voies métaboliques qui ressemblent à ces mécanismes d’inhibition, en particulier semblable donc aux inhibiteurs incompétitifs et mixtes. Ces mécanismes sont aussi parfois activateurs.

Question 46

C'est quoi une Allostérie homotrope (homoallostéries)?

Answer 46

liaison coopérative du substrat. Une molécule de substrat se liant à un site de liaison a un impact pour l’affinité d’autres molécules de substrats pour les autres sites de liaison. Elle est donc la plus similaire au processus de coopérativité classique de l’O2 sur l’hémoglobine.

Question 47

C'est quoi une Allostérie hétérotrope (hétéroallostérie)?

Answer 47

des molécules autres que le substrat se lient à un site alternatif et ont un effet activateur ou inhibiteur sur la capacité de liaison du substrat à son site de liaison. Similaire à l’effet du pH sur l’hémoglobine et à la régulation par rétroaction présentée sur la diapo suivante.

Question 48

Dans une voie métabolique un produit en aval de la voie va souvent agir comme quoi?

Answer 48

régulateur allostérique sur une réaction enzymatique en amont

Question 49

La régulation par rétroaction fonctionne souvent par un mécanisme ___________

Answer 49

allostérique et est très fréquente dans les voies métaboliques.

Question 50

Voir slide 30

Question 51

Que fait L’aspartate carbamoyl transférase?

Answer 51

Cette enzyme catalyse cette réaction. Elle constitue une étape initiale dans la synthèse des pyrimidines. Elle est régulée allostériquement par les purines et les pyrimidines.

Question 52

Comment fonctionne la Régulation de l’ATCase par l’ATP et le CTP?

Answer 52

L’ATP et le CTP (Cytidine triphosphate) lie le même site autorégulateur L’ATP active l’ATCase. Le CTP inhibe l’ATCase. L’ATCase permet de condenser un aspartate et le carbamoyl phosphate pour créer un précurseur des pyrimidines appelé le N-carbamoyl-L-aspartate. Cette étape est donc une des premières étapes essentielles au métabolisme (la synthèse) des pyrimidines dans la plupart des organismes vivants. L’ATCase est impliquée dans la voie de synthèse des pyrimidines. Donc la pyrimidine CTP (un produit de la voie métabolique impliquant l’ATCase) agit comme régulateur hétéroallostérique négatif (inhibiteur) La purine ATP inversement agit comme comme régulateur hétéroallostérique positif (activateur). L’augmentation de la concentration de l’ATP est donc un indicateur qu’il y a des besoins métaboliques important pour la réplication d’ADN qui ne sont par rencontrée puisqu’il y a un déséquilibre entre la concentration d’ATP et de CTP (plus largement de purine et de pyrimidine). Cela mène donc à l’augmentation de l’activité de l’ATCase et donc de l’activité métabolique dans la voie de synthèse des pyrimidines.

Question 53

De quoi à l'aire la Structure quaternaire de l’ATCase dans l’état-T?

Answer 53

Liaison du CTP au site de régulation résulte en l’inhibition de l’ATCase Axe de symétrie triple C3

Question 54

De quoi a l'aire la Structure quaternaire de l’ATCase dans l’état-R?

Answer 54

Liaison de l’ATP au site de régulation résulte en l’activation de l’ATCase Axes de symétrie type C2

Question 55

Voir slide 34