Glossaire
Histoire
Téléchargements
Sources
:
Biochemistry
- Stryer - Freeman
Protein Science
- T.A. Zenchenko and V.N. Morozov. Mechanical deformation
enhances catalytic activity of crystalline carboxypeptidase A. Protein
Sci. 1995 4: 251-257.
- La structure de la carboxypeptidase
- La localisation du site catalytique
- La formation du complexe enzyme-substrat
- La catalyse enzymatique
- La formation du complexe enzyme-inhibiteur et notion d'inhibition compétitive
- Les modifications de la structure de l'enzyme et leurs implications
La structure de la carboxypeptidase
L'enzyme a une forme globuleuse. L'affichage en rubans révèle une structure complexe : l'enzyme comprend des hélices alpha (colorées en rouge), des feuillets bêta (colorés en jaune) et des coudes (en bleu). La structure spatiale est maintenue par des liaisons hydrogène (liaisons faibles) et des ponts disulfure (liaisons covalentes).
La localisation du site catalytique, la formation du complexe enzyme-substrat et la catalyse enzymatiqueVoir la structure de l'enzyme
Le problème de la spécificité de l’enzyme pour son substrat est au centre de l’enzymologie. C’est en effet la particularité la plus fondamentale et la plus remarquable de cette catalyse. Les enzymes sont étroitement spécifiques d’une réaction chimique donnée, réalisée sur un type de substrat défini. La configuration spatiale du substrat est donc en quelque sorte reconnue par l’enzyme. Aussi, le site réactionnel d’une enzyme doit-il possèder une conformation spatiale complémentaire de celle du substrat.
Afin de découvrir la complémentarité de forme entre le site catalytique de l'enzyme et le substrat, on travaille sur l'image du complexe enzyme-substrat (ES : fichier capsub.pdb): l'enzyme est colorée en bleu et le substrat qui comprend deux acides aminés, une glycine (GLY1) et une tyrosine (TYR2) en rouge. Le marquage du substrat facilite le repérage du site catalytique.
- Voir le complexe enzyme-substrat
Le site catalytique de la carboxypeptidase comprend :
- un atome de Zinc (coloré en mauve)
- et six acides aminés (His69, Glu72, His196, Arg145, Tyr248 et Glu270).
- Voir le site catalytique de la carboxypeptidase :
Parmi les six acides aminés qui interviennent dans la catalyse, on distingue :
Tous les acides aminés du site catalytique de la carboxypeptidase sont linéairement très espacés dans la séquence primaire de la protéine ( n° d'ordre dans la séquence primaire étant : 69, 72, 145, 196, 248 et 270). Pour autant, tous ces acides aminés sont disposés à proximité les uns des autres, autour du site catalytique, dans la structure spatiale. La conformation spatiale de la carboxypeptidase est "adaptée" à la fonction de l'enzyme.trois acides aminés, His69, Glu72, His196 (colorés en bleu), appartiennent au site catalytique au sens strict, trois acides aminés, Arg145, Tyr248 et Glu270 (colorés en jaune), jouent le rôle de site de fixation du substrat.
La structure primaire simplifiée de la
carboxypeptidase
Les 6 résidus impliqués dans le site catalytique ont
comme numéro d'ordre dans la séquence les numéros
suivants : 69, 72, 145, 196, 248 et 270.
La structure tertiaire de la carboxypeptidase
Ces 6 résidus (69, 72, 145, 196, 248 et 270) sont disposés à proximité les uns des autres, autour du site catalytique, autour du substrat (en rouge) et du zinc (en mauve) dans la structure spatiale.
L'étude comparée
de la conformation du site catalytique en présence du substrat et
en absence du substrat, révèle des déplacements de
certains résidus au niveau du site de fixation du substrat. En particulier,
la chaîne latérale de la Tyr248
se rabat au dessus du substrat : le
déplacement est de l'ordre de 1,2nm, la conséquence est la
fermeture du site catalytique. Cette fermeture du site catalytique déclenchée
par la capture du substrat par l'enzyme, s'accompagne d'une expulsion de
molécules d'eau indispensables à l'hydrolyse de la
liaison peptidique du substrat entre Gly1 et Tyr2.
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La formation du complexe enzyme-inhibiteur et notion d'inhibition compétitiveEtude comparée du site seul et du site avec son substrat
En conséquence de la spécificité enzyme-substrat, on doit s’attendre à trouver des substances stériquement assez proches du substrat pour s’associer en ses lieux et place à l’enzyme, sans toutefois être transformées. Si cette association est réversible, de tels analogues de substrats entrent en compétition avec le substrat vrai pour sa fixation: il y a inhibition compétitive de la réaction. Dans ce cas, l’affinité apparente de l’enzyme pour son substrat est diminuée.
La plupart des effecteurs de l’action enzymatique agissant par inhibition compétitive présentent une analogie de structure extrême avec le substrat normal, n’en différant que par des modifications apparemment minimes. Ils peuvent inhiber l'enzyme en imitant le substrat normal en s’attachant sur le site enzymatique sans être modifiés.
Ainsi, le 2 L Benzylsuccinate (C11 H10 O4) ayant une conformation spatiale proche de celle du substrat de référence, le dipeptide Gly1-Tyr2 (C10 H8 N2 O5) est un inhibiteur pour la carboxypeptidase. Cet inhibiteur se fixe dans la poche du site catalytique, mais ne disposant pas de liaison peptidique, aucune lyse n'intervient : le site catalytique de la carboxypeptidase reste bloqué.
Cette inhibition est dite compétitive dans la mesure où l'inhibiteur 2 L Benzylsuccinate prend la place du substrat bloquant la catalyse enzymatique.
Des modifications de structure spatiale, déterminée soit par des changements de la séquence des acides aminés (mutation) soit par des conditions de milieu (pH, température, ions ...), modifient l'activité enzymatique.
Dans l'animation suivante, le remplacement His69Gly perturbe le site de fixation du substrat; le remplacement Tyr248Gly altère le site catalytique. Dans ces deux situations, l'enzyme est inactive.
L'activité de l'enzyme est dépendante des conditions physico-chimiques (température, pH, concentration du substrat, présence ou absence d'un inhibiteur ...) régnant dans l'environnement immédiat de la réaction. En particulier, la nature protéique de l'enzyme ne tolère pas n'importe quelle variation de cet environnement : la chaleur extrême peut dénaturer la structure et la fonction du catalyseur. Lors de la dénaturation de l'enzyme, l'élévation de la température provoque dans un premier temps une rupture des liaisons hydrogène (les hélices et les feuillets beta se déforment), puis si la température dépasse une certaine limite (45°C) alors on assiste à des ruptures de certaines liaisons covalentes. La structure spatiale de l'enzyme n'est plus adaptée à la fonction : l'enzyme est dite dénaturée.Carboxypeptidase normale et carboxypeptidase mutée
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