bcm_1c

DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE

BCM 20329: INTRODUCTION AU GÉNIE BIOCHIMIQUE

1D - PROTÉINES ET ENZYMES

QUESTIONS (CHAPITRE 7 DE HURLBERT)
LES PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DES PROTÉINES ET DES ENZYMES
LES DIFFÉRENTS TYPES D'INHIBITION
UN PREMIER CAS DE CINÉTIQUE ENZYMATIQUE: le modèle de Michaelis-Menten

Structures primaire à quaternaire des protéines

Structure primaire: séquence des acides aminés

Par exemple, une partie de la séquence de l'hexokinase de la levure S. cerevisiae:

1 AASXDXSLVEVHXXVFIVPPXILQAVVSIA
31 TTRXDDXDSAAASIPMVPGWVLKQVXGSQA
61 GSFLAIVMGGGDLEVILIXLAGYQESSIXA
91SRSLAASMXTTAIPSDLWGNXAXSNAAFSS
121XEFSSXAGSVPLGFTFXE AGAKEXVIKGQI
151 TXQAXAFSLAXLXKLISAMXNAXFPAGDXX
181 XXVADIXDSHGILXXVNYTDAXIKMGIIFG
211 SGVNAA

Structure secondaire: patron répétitif

L'hélice alpha (pont H tous les 4 a.a., a.a. hydrophobes):

Le feuillet beta:

Structure tertiaire: forme 3-D

Par exemple, l'hexokinase mentionnée précédemment:

Structure quaternaire: assemblage de sous-unités

Par exemple, l'hemoglobine est composée de 4 polypeptides, dont 2 sous-unités alpha et 2 sous-unités beta:

Aussi: la modification post-traductionnelle

Glycosylation
Phosphorylation
Pont S

Pour en savoir plus sur les modifications post-traductionnelles, cliquez ici (Cours BIOSCI99A, Harmut Luecke, University of California, Irvine)

Différents rôles des protéines

structure
récepteurs
transporteurs
enzymes

LES ENZYMES

Une enzyme agit comme un catalyseur afin d'accélérer la transformation d'un substrat en produit.

Si une bactérie thermophile (vivant à température moyenne) et une psychrophile (vivant à température très froide) ont chacune une enzyme qui agissent sur la même réaction, laquelle des 2 abaisserait le plus l'énergie d'activation?

Différents types d'enzymes (suffixe -ase)

protéase
lipase
DNase
kinase (ajoute un phosphate)
oxydase
réductase, etc

Caractéristiques des enzymes

spécificité (mécanisme clé-serrure)

grande taille par rapport au substrat

rapidité

déformabilité

(EcoR1 autour de l'ADN)

Mode d'action: interaction avec le site actif = site spécifique de la réaction

E + S <===> E.S ====> E + P

Pourquoi n'y aurait-il-pas plusieurs sites spécifiques sur une même enzyme?

À proximité du site actif: les co-facteurs (composant non-protéique, essentiel à l'activité enzymatique)

à liaison forte: groupes prosthétiques. En général des cations métalliques. ex: les atomes de Fe dans l'hémoglobine, les métallo-protéases.

à liaison faible: contribuent à la réaction. Ex: vitamines, transporteurs d'éléctrons (NAD+, FAD), transporteurs d'énergie (AMP, ADP, ATP, GTP, etc)

apoenzyme + co-facteur = holoenzyme

Autre site spécifique: site allostérique

molécule qui s'y attachera: effecteur allostérique, qui aura un effet allostérique sur l'enzyme en modifiant la forme de la protéine et spécialement du site actif. Peut avoir un effet positif ou négatif (inhibition).

Inhibition enzymatique

Thermique: > 60C, dénaturation de la plupart des protéines

Chimique: irréversible(empoisonnement) ou réversible(joue alors souvent un rôle de régulation)

Inhibition compétitive: l'inhibiteur se lie au site actif, c'est un analogue du substrat.

irréversible, ex: certains agents thérapeutiques

réversible:

E +S <===> (E·S) ===> E + P
E + I <===> (E·I)

Inhibition non-compétitive

non-spécifique et irréversible: destruction totale (par métaux lourds: Pb, Hg, Cd, Ni, ou cyanure, CO, etc)

spécifique et réversible:

E + S <===> (E·S) ===> E + P
E + I <===> (E·I)
(E·I) + S <===> (E·I·S)
(E·S) + I <===> (E·I·S)
donc fonction de la concentration des espèces et des constantes cinétiques

Autres modes de régulation:

les protéases

la concentration en enzymes (régulation de l'expression)

Étude des protéines et des enzymes

Étapes:

récupération
séparation
purification
Étude: propriétés générales (Masse moléculaire (PM), Point Isoélectrique (PI), digestion enzymatique), activité

Le PM peut être déterminer par électrophorèse ou spectroscopie de masse
Le point isoélectrique est le pH auquel une molécule aura une charge nette nulle
La digestion enzymatique avec une enzyme particulière (par exemple la trypsine) qui générera un patron de peptides spécifique
L'activité enzymatique se mesure par la vitesse de dégradation du substrat ou de génération du produit qui lui sont spécifiques

EXEMPLES

La trypsine de rat

Informations sur EXPASY (www.expasy.org) avec les mots-clés "rat trypsin anionic"

Description dans la section "comments"

Activité catalytique: coupe Arg-X et Lys-X (R et K)

Caractéristiques

Séquence

Forme 3D (trypsine, trypsine.zip)

L'albumine humaine

Informations sur EXPASY avec les mots clés "albumin human"

No d'accession(P02768)

Fonction

Gel 2D

Caractéristiques: structures secondaires, groupes prosthétiques ou cofacteurs, glycosylation (N- linked, glucides liés à l'asparagine, ou O- linked, liés à la sérine, la thréonine ou la cystéine), phosphorylation (sur la sérine, la thréonine ou moins fréquemment la tyrosine) etc.

Séquence

PM et PI (utilisation de l'outil "protparam")

Peptides générés suite à une digestion (utilisation des outils de protéomiques "peptide cutter" et "peptide mass" dans EXPASY (http://ca.expasy.org/tools/)

Forme 3-D (albumine, albumine.zip)

Introduction à la cinétique enzymatique (cliquez ici)