174 DeUXiÈMe partie La cellule
faiblement et de façon réversible, en même temps que le
substrat. Les cofacteurs de certaines enzymes sont inorganiques : c’est le cas des atomes de minéraux tels que le zinc, le
fer, le magnésium, le cuivre et le calcium liés, sous une forme
ionique, à l’enzyme. Quand le cofacteur est une molécule
organique (autre qu’une protéine) qui se lie temporairement
à l’enzyme, on l’appelle plus spécifiquement coenzyme ;
l’enzyme complète est alors constituée de la partie protéinique, l’apoenzyme, et de la partie non protéinique (la coenzyme). La plupart des vitamines jouent le rôle de coenzymes
ou sont des précurseurs de coenzymes. Les cofacteurs fonctionnent de diverses façons, mais ils jouent tous un rôle crucial dans la catalyse : les coenzymes, par exemple, servent
souvent d’accepteurs d’électrons ou de transporteurs de divers
radicaux dans les réactions métaboliques. Vous verrez plus
loin quelques exemples de cofacteurs.
Les inhibiteurs enzymatiques
Certaines substances chimiques bloquent de façon sélective
l’action d’enzymes spécifiques. En fait, l’étude des effets de
ces substances chimiques a permis d’en apprendre beaucoup
sur la fonction des enzymes. Si un inhibiteur se lie à une
enzyme au moyen de liaisons covalentes, l’inhibition est
habituellement irréversible.
Cependant, dans de nombreux cas, l’inhibiteur se lie à
l’enzyme par des liaisons faibles, auquel cas l’inactivation est
réversible. Certains inhibiteurs réversibles ressemblent aux
molécules normales de substrat et entrent en compétition
avec elles pour occuper les sites actifs de l’enzyme appropriée
(figures 8.17a et 8.17b). Ces imitateurs, appelés inhibiteurs
compétitifs, réduisent la productivité de l’enzyme en bloquant l’accès des molécules de substrat aux sites actifs. Pour
contrer ce type d’inhibition, on peut augmenter la concentration de substrat ; de cette façon, quand des sites actifs se
libèrent, il y a plus de molécules de substrat que de molécules
d’inhibiteur dans leur voisinage.
Par contre, les inhibiteurs non compétitifs n’entrent
pas directement en compétition avec les molécules de substrat
pour occuper les sites actifs des enzymes (figure 8.17c). Ils
entravent les réactions enzymatiques en se liant plutôt à une
partie de l’enzyme qui est éloignée du site actif. Cette interaction déforme la molécule enzymatique de telle manière que le
site actif catalyse la réaction moins efficacement. L’inhibition
enzymatique peut aussi être mixte, c’estàdire se produire à
la fois au niveau du site actif (inhibition compétitive) et au
niveau d’un autre site (inhibition non compétitive).
Plusieurs toxines et poisons agissent comme des inhibiteurs enzymatiques irréversibles. C’est le cas du sarin, un gaz
neurotoxique utilisé lors d’un attentat terroriste dans le métro
de Tokyo en 1995 ; il a causé la mort d’une douzaine de personnes et en a intoxiqué 5 000 autres. Cette petite molécule
se lie de façon covalente au groupement R de la sérine, un acide
aminé se trouvant dans le site actif de l’acétylcholinestérase,
une enzyme détruisant l’acétylcholine. (Cette substance permet
la propagation de l’influx nerveux et la contraction musculaire.) En l’absence d’acétylcholinestérase, la contraction devient
permanente. Des pesticides comme le DDT et le parathion
sont aussi des inhibiteurs d’enzymes importantes du système
nerveux. De même, un grand nombre d’antibiotiques inhibent
des enzymes spécifiques chez les Bactéries. La pénicilline, par
exemple, bloque le site actif d’une enzyme que de nombreuses
bactéries utilisent pour fabriquer leur paroi cellulaire.
Ces exemples de « poisons » métaboliques peuvent donner
l’impression que l’inhibition enzymatique est généralement
anormale et dommageable. En fait, certaines molécules naturellement présentes dans une cellule ont une fonction inhibitrice qui permet de moduler l’activité enzymatique. Cette
inhibition sélective constitue un mécanisme essentiel de régulation métabolique, comme nous le verrons cidessous.
L’évolution des enzymes
évolutIon
À ce jour, les biochimistes ont découvert et
nommé plus de 4 000 enzymes différentes, et ce n’est probablement là que la pointe du proverbial iceberg. Comment
expliquer cette profusion ? Souvenezvous que la plupart des
enzymes sont des protéines et que les protéines sont codées
m Figure 8.17 L’inhibition de l’activité enzymatique.
(a) Liaison normale
(b) Inhibition compétitive
(c) Inhibition non compétitive
Substrat
Site actif
Enzyme
Inhibiteur
compétitif
Inhibiteur non compétitif
Un substrat peut
normalement se lier
au site actif d’une
enzyme.
Un inhibiteur compétitif
imite le substrat et
entre en compétition
pour le site actif
d’une enzyme.
Un inhibiteur non
compétitif se lie à
l’enzyme à un endroit
éloigné du site actif,
mais il altère la forme
de l’enzyme ; même
si le substrat peut
encore se lier au site
actif, celui-ci
fonctionne moins
efficacement.
faiblement et de façon réversible, en même temps que le
substrat. Les cofacteurs de certaines enzymes sont inorganiques : c’est le cas des atomes de minéraux tels que le zinc, le
fer, le magnésium, le cuivre et le calcium liés, sous une forme
ionique, à l’enzyme. Quand le cofacteur est une molécule
organique (autre qu’une protéine) qui se lie temporairement
à l’enzyme, on l’appelle plus spécifiquement coenzyme ;
l’enzyme complète est alors constituée de la partie protéinique, l’apoenzyme, et de la partie non protéinique (la coenzyme). La plupart des vitamines jouent le rôle de coenzymes
ou sont des précurseurs de coenzymes. Les cofacteurs fonctionnent de diverses façons, mais ils jouent tous un rôle crucial dans la catalyse : les coenzymes, par exemple, servent
souvent d’accepteurs d’électrons ou de transporteurs de divers
radicaux dans les réactions métaboliques. Vous verrez plus
loin quelques exemples de cofacteurs.
Les inhibiteurs enzymatiques
Certaines substances chimiques bloquent de façon sélective
l’action d’enzymes spécifiques. En fait, l’étude des effets de
ces substances chimiques a permis d’en apprendre beaucoup
sur la fonction des enzymes. Si un inhibiteur se lie à une
enzyme au moyen de liaisons covalentes, l’inhibition est
habituellement irréversible.
Cependant, dans de nombreux cas, l’inhibiteur se lie à
l’enzyme par des liaisons faibles, auquel cas l’inactivation est
réversible. Certains inhibiteurs réversibles ressemblent aux
molécules normales de substrat et entrent en compétition
avec elles pour occuper les sites actifs de l’enzyme appropriée
(figures 8.17a et 8.17b). Ces imitateurs, appelés inhibiteurs
compétitifs, réduisent la productivité de l’enzyme en bloquant l’accès des molécules de substrat aux sites actifs. Pour
contrer ce type d’inhibition, on peut augmenter la concentration de substrat ; de cette façon, quand des sites actifs se
libèrent, il y a plus de molécules de substrat que de molécules
d’inhibiteur dans leur voisinage.
Par contre, les inhibiteurs non compétitifs n’entrent
pas directement en compétition avec les molécules de substrat
pour occuper les sites actifs des enzymes (figure 8.17c). Ils
entravent les réactions enzymatiques en se liant plutôt à une
partie de l’enzyme qui est éloignée du site actif. Cette interaction déforme la molécule enzymatique de telle manière que le
site actif catalyse la réaction moins efficacement. L’inhibition
enzymatique peut aussi être mixte, c’estàdire se produire à
la fois au niveau du site actif (inhibition compétitive) et au
niveau d’un autre site (inhibition non compétitive).
Plusieurs toxines et poisons agissent comme des inhibiteurs enzymatiques irréversibles. C’est le cas du sarin, un gaz
neurotoxique utilisé lors d’un attentat terroriste dans le métro
de Tokyo en 1995 ; il a causé la mort d’une douzaine de personnes et en a intoxiqué 5 000 autres. Cette petite molécule
se lie de façon covalente au groupement R de la sérine, un acide
aminé se trouvant dans le site actif de l’acétylcholinestérase,
une enzyme détruisant l’acétylcholine. (Cette substance permet
la propagation de l’influx nerveux et la contraction musculaire.) En l’absence d’acétylcholinestérase, la contraction devient
permanente. Des pesticides comme le DDT et le parathion
sont aussi des inhibiteurs d’enzymes importantes du système
nerveux. De même, un grand nombre d’antibiotiques inhibent
des enzymes spécifiques chez les Bactéries. La pénicilline, par
exemple, bloque le site actif d’une enzyme que de nombreuses
bactéries utilisent pour fabriquer leur paroi cellulaire.
Ces exemples de « poisons » métaboliques peuvent donner
l’impression que l’inhibition enzymatique est généralement
anormale et dommageable. En fait, certaines molécules naturellement présentes dans une cellule ont une fonction inhibitrice qui permet de moduler l’activité enzymatique. Cette
inhibition sélective constitue un mécanisme essentiel de régulation métabolique, comme nous le verrons cidessous.
L’évolution des enzymes
évolutIon
À ce jour, les biochimistes ont découvert et
nommé plus de 4 000 enzymes différentes, et ce n’est probablement là que la pointe du proverbial iceberg. Comment
expliquer cette profusion ? Souvenezvous que la plupart des
enzymes sont des protéines et que les protéines sont codées
m Figure 8.17 L’inhibition de l’activité enzymatique.
(a) Liaison normale
(b) Inhibition compétitive
(c) Inhibition non compétitive
Substrat
Site actif
Enzyme
Inhibiteur
compétitif
Inhibiteur non compétitif
Un substrat peut
normalement se lier
au site actif d’une
enzyme.
Un inhibiteur compétitif
imite le substrat et
entre en compétition
pour le site actif
d’une enzyme.
Un inhibiteur non
compétitif se lie à
l’enzyme à un endroit
éloigné du site actif,
mais il altère la forme
de l’enzyme ; même
si le substrat peut
encore se lier au site
actif, celui-ci
fonctionne moins
efficacement.