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.
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catalyse biologique - الأنزيمات، محفزات بيولوجية
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'.
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).
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).
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.
ما
هي الأصناف الرئيسية للأنزيمات ؟
تصنف الأنزيمات إلى ستة أصناف رئيسية:
صنف EC1: 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.
صنف EC4: أنزيمات الربط (Lyases). تقوم بكسر الروابط
الكيميائية (مثل رابطة C-O) بطرق مغايرة للحلمأة
أو الأكسدة.
- صنف EC5 : أنزيمات التماثل في التركيب أو
الأنزيمات المناظرة (Isomérases). تحفز تفاعلات
تؤدي إلى التناظر.
صنف EC6: أنزيمات التكوين أو الإصطناع (Ligases)
مثل الأنزيمات التي تبني الروابط من نوع
C-O أو C-N أو C-C.
