chapitre 8 Introduction au métabolisme 171
La spécificité des enzymes
pour leurs substrats
On appelle substrat le réactif sur lequel une enzyme agit.
L’enzyme se lie à son substrat (ou à ses substrats, lorsqu’il y a
deux ou plusieurs réactifs), et cette liaison forme un complexe enzyme-substrat. Pendant que les deux sont réunis,
l’action catalytique de l’enzyme convertit le substrat en produit (ou en produits) de la réaction. Nous pouvons résumer
ce processus de la façon suivante :
Enzyme 1
Complexe
Enzyme 1
Substrat(s)
enzyme
Produit(s)
substrat
Par exemple, l’enzyme appelée saccharase (la plupart des
noms d’enzyme se terminent par ase) catalyse l’hydrolyse du
saccharose (un disaccharide) en ses deux monosaccharides, le
glucose et le fructose (voir p. 000) :
Saccharase 1
Complexe
Saccharase 1
Saccharose 1 saccharase
Glucose 1
H 2 0
saccharoseH 2 0
Fructose
Contrairement à ce qui se produit dans le cas des catalyseurs non biologiques, la réaction catalysée par une enzyme
est très spécifique. Une enzyme peut reconnaître son substrat,
même parmi des composés très apparentés. Par exemple, la
saccharase n’agit que sur le saccharose et ne se lie pas à d’autres
disaccharides, comme le maltose. Comment expliquer cette
reconnaissance moléculaire ? Rappelezvous que les enzymes
sont pour la plupart des protéines, et que ces dernières sont
des macromolécules possédant une forme tridimensionnelle
unique. C’est cette forme dictée par leur séquence d’acides
aminés qui détermine leur spécificité.
En fait, seule une petite partie de la molécule d’enzyme se
lie au substrat. Cette partie, appelée site actif, se trouve habituellement dans une poche ou un sillon à la surface de la
protéine (figure 8.14a). En général, le
site actif n’est constitué que de quelquesuns des acides aminés qui composent
l’enzyme (une dizaine tout au plus) ; le
reste forme une charpente qui détermine la configuration du site actif. La
spécificité d’une enzyme réside d’abord
dans le fait que la forme de son site
actif correspond exactement à la forme
de son substrat.
Une enzyme n’est pas une structure
rigide confinée à une forme donnée. En
fait, les travaux récents des biochimistes
démontrent clairement que les enzymes
(comme les autres protéines) prennent
des formes subtilement différentes dans
un équilibre dynamique, avec de légères
différences d’énergie libre pour chaque
état. La forme qui convient le mieux au
substrat n’est pas nécessairement celle
qui exige le moins d’énergie, mais durant
le très court moment où les enzymes
prennent cette forme, son site actif peut
se lier au substrat. On sait depuis plus de 50 ans que le site
actif luimême n’est pas un réceptacle rigide pour le substrat.
Lorsque le substrat entre dans le site actif, l’enzyme change
légèrement de forme en raison des interactions entre les groupements chimiques du substrat et les groupements chimiques
des chaînes latérales des acides aminés qui forment le site
actif. Le site actif épouse alors encore mieux le contour du
substrat (figure 8.14b). Cet ajustement induit se compare
à une poignée de main. Il positionne les groupements fonctionnels du site actif de manière à favoriser leur capacité à
catalyser la réaction chimique.
La catalyse dans le site actif
d’une enzyme
Dans la plupart des réactions enzymatiques, le substrat est
maintenu dans le site actif de l’enzyme par des liaisons non
covalentes, comme des liaisons hydrogène et des liaisons
ioniques. Les chaînes latérales (radicaux R) de quelquesuns
des acides aminés qui constituent le site actif catalysent la transformation du substrat en produit. Une fois celleci terminée,
le produit quitte le site actif. Ce dernier est donc libre d’accepter
une autre molécule de substrat. Le cycle entier se produit tellement vite qu’une seule molécule d’enzyme transforme habituellement un millier de molécules de substrat par seconde.
Certaines enzymes sont encore plus rapides. Par ailleurs, comme
nous l’avons expliqué plus haut, les enzymes demeurent
inchangées après une réaction, à l’instar des autres catalyseurs,
et sont réutilisables, comme le sont des outils. Bref, le cycle se
répétant encore et encore, de très petites quantités d’enzymes
peuvent avoir d’énormes répercussions sur le métabolisme. La
figure 8.15 montre un cycle catalytique comportant deux
sub s trats et deux produits.
La plupart des réactions métaboliques sont réversibles. Certaines exigent la participation de deux enzymes différentes :
une pour la réaction directe et une autre pour la réaction
inverse. Il arrive cependant qu’une même enzyme catalyse
m Figure 8.14 L’ajustement induit entre une enzyme et son substrat.
(a)
Substrat
Site actif
Complexe enzymesubstrat
Enzyme
Dans ce modèle informatique, le site actif
de cette enzyme (l’hexokinase, en bleu)
forme un sillon à la surface. Son substrat
est le glucose (en rouge).
(b) Lorsqu’il pénètre dans le site actif, le substrat
forme des liaisons faibles avec l’enzyme,
laquelle change légèrement de forme. Cette
modification favorise la formation d’autres
liaisons faibles; le site actif s’ajuste alors
au substrat et le maintient en place.
La spécificité des enzymes
pour leurs substrats
On appelle substrat le réactif sur lequel une enzyme agit.
L’enzyme se lie à son substrat (ou à ses substrats, lorsqu’il y a
deux ou plusieurs réactifs), et cette liaison forme un complexe enzyme-substrat. Pendant que les deux sont réunis,
l’action catalytique de l’enzyme convertit le substrat en produit (ou en produits) de la réaction. Nous pouvons résumer
ce processus de la façon suivante :
Enzyme 1
Complexe
Enzyme 1
Substrat(s)
enzyme
Produit(s)
substrat
Par exemple, l’enzyme appelée saccharase (la plupart des
noms d’enzyme se terminent par ase) catalyse l’hydrolyse du
saccharose (un disaccharide) en ses deux monosaccharides, le
glucose et le fructose (voir p. 000) :
Saccharase 1
Complexe
Saccharase 1
Saccharose 1 saccharase
Glucose 1
H 2 0
saccharoseH 2 0
Fructose
Contrairement à ce qui se produit dans le cas des catalyseurs non biologiques, la réaction catalysée par une enzyme
est très spécifique. Une enzyme peut reconnaître son substrat,
même parmi des composés très apparentés. Par exemple, la
saccharase n’agit que sur le saccharose et ne se lie pas à d’autres
disaccharides, comme le maltose. Comment expliquer cette
reconnaissance moléculaire ? Rappelezvous que les enzymes
sont pour la plupart des protéines, et que ces dernières sont
des macromolécules possédant une forme tridimensionnelle
unique. C’est cette forme dictée par leur séquence d’acides
aminés qui détermine leur spécificité.
En fait, seule une petite partie de la molécule d’enzyme se
lie au substrat. Cette partie, appelée site actif, se trouve habituellement dans une poche ou un sillon à la surface de la
protéine (figure 8.14a). En général, le
site actif n’est constitué que de quelquesuns des acides aminés qui composent
l’enzyme (une dizaine tout au plus) ; le
reste forme une charpente qui détermine la configuration du site actif. La
spécificité d’une enzyme réside d’abord
dans le fait que la forme de son site
actif correspond exactement à la forme
de son substrat.
Une enzyme n’est pas une structure
rigide confinée à une forme donnée. En
fait, les travaux récents des biochimistes
démontrent clairement que les enzymes
(comme les autres protéines) prennent
des formes subtilement différentes dans
un équilibre dynamique, avec de légères
différences d’énergie libre pour chaque
état. La forme qui convient le mieux au
substrat n’est pas nécessairement celle
qui exige le moins d’énergie, mais durant
le très court moment où les enzymes
prennent cette forme, son site actif peut
se lier au substrat. On sait depuis plus de 50 ans que le site
actif luimême n’est pas un réceptacle rigide pour le substrat.
Lorsque le substrat entre dans le site actif, l’enzyme change
légèrement de forme en raison des interactions entre les groupements chimiques du substrat et les groupements chimiques
des chaînes latérales des acides aminés qui forment le site
actif. Le site actif épouse alors encore mieux le contour du
substrat (figure 8.14b). Cet ajustement induit se compare
à une poignée de main. Il positionne les groupements fonctionnels du site actif de manière à favoriser leur capacité à
catalyser la réaction chimique.
La catalyse dans le site actif
d’une enzyme
Dans la plupart des réactions enzymatiques, le substrat est
maintenu dans le site actif de l’enzyme par des liaisons non
covalentes, comme des liaisons hydrogène et des liaisons
ioniques. Les chaînes latérales (radicaux R) de quelquesuns
des acides aminés qui constituent le site actif catalysent la transformation du substrat en produit. Une fois celleci terminée,
le produit quitte le site actif. Ce dernier est donc libre d’accepter
une autre molécule de substrat. Le cycle entier se produit tellement vite qu’une seule molécule d’enzyme transforme habituellement un millier de molécules de substrat par seconde.
Certaines enzymes sont encore plus rapides. Par ailleurs, comme
nous l’avons expliqué plus haut, les enzymes demeurent
inchangées après une réaction, à l’instar des autres catalyseurs,
et sont réutilisables, comme le sont des outils. Bref, le cycle se
répétant encore et encore, de très petites quantités d’enzymes
peuvent avoir d’énormes répercussions sur le métabolisme. La
figure 8.15 montre un cycle catalytique comportant deux
sub s trats et deux produits.
La plupart des réactions métaboliques sont réversibles. Certaines exigent la participation de deux enzymes différentes :
une pour la réaction directe et une autre pour la réaction
inverse. Il arrive cependant qu’une même enzyme catalyse
m Figure 8.14 L’ajustement induit entre une enzyme et son substrat.
(a)
Substrat
Site actif
Complexe enzymesubstrat
Enzyme
Dans ce modèle informatique, le site actif
de cette enzyme (l’hexokinase, en bleu)
forme un sillon à la surface. Son substrat
est le glucose (en rouge).
(b) Lorsqu’il pénètre dans le site actif, le substrat
forme des liaisons faibles avec l’enzyme,
laquelle change légèrement de forme. Cette
modification favorise la formation d’autres
liaisons faibles; le site actif s’ajuste alors
au substrat et le maintient en place.