Fiche de révision · S4

Résumé — Enzymologie et biochimie métabolique

Tout le module en une page : les chapitres condensés en points essentiels, le vocabulaire et les pièges d'examen. Pour la veille de l'épreuve.

Les enzymes : définition, nomenclature, classification et cofacteurs

Enzyme = catalyseur protéique (sauf ribozymes) : abaisse l'énergie d'activation sans changer ΔG ni l'équilibre, agit à faible concentration, ressort intacte.
Nomenclature : substrat + réaction + suffixe -ase, numéro EC à 4 chiffres (ex. EC 2.7.1.1 = hexokinase, transférase de phosphate).
Six classes par type de réaction : oxydoréductases (1), transférases (2), hydrolases (3), lyases (4), isomérases (5), ligases (6) ; translocases ajoutées en 2018.
Apoenzyme (protéine seule, inactive) + cofacteur = holoenzyme (active) ; coenzyme libre (NAD⁺, CoA) vs groupement prosthétique lié (FAD, hème, biotine).
Coenzymes dérivés de vitamines B : B1 → TPP, B2 → FAD, B3 → NAD⁺/NADP⁺, B5 → CoA, B6 → PLP ; 1 UI = 1 µmol de substrat transformé/min.

Site actif = site de fixation (liaisons faibles, spécificité) + site catalytique (résidus qui transforment le substrat) ; occupe une fraction infime du volume.
Clé-serrure (Fischer, 1894) : complémentarité rigide → clé-serrure (Koshland, 1958) : ajustement induit, le substrat modifie la conformation de l'enzyme.
L'enzyme abaisse l'énergie d'activation ΔG‡ en stabilisant l'état de transition S‡ (Pauling) ; ne change ni ΔG global ni la constante d'équilibre.
Mécanismes combinés : proximité-orientation, catalyse acide-base générale (His), catalyse covalente (Ser, Cys), catalyse par ions métalliques (Zn²⁺, Mg²⁺).
Chymotrypsine : triade catalytique Ser195-His57-Asp102, trou oxyanionique, intermédiaire acyl-enzyme covalent puis hydrolyse.

Vitesse initiale v₀ mesurée sur la partie linéaire de P = f(t) ; à [S] saturante, v₀ proportionnelle à [E] (base du dosage enzymatique clinique).
v₀ = Vmax·[S] / (Km + [S]) : hyperbole avec plateau Vmax ; Km = [S] pour laquelle v₀ = Vmax/2, indépendant de [E].
Km faible → forte affinité ; Vmax = kcat·[E]T dépend de [E] ; kcat = nombre de renouvellement ; kcat/Km = efficacité catalytique (limite ≈ 10⁸–10⁹ M⁻¹·s⁻¹).
Lineweaver-Burk : 1/v₀ = (Km/Vmax)(1/[S]) + 1/Vmax → ordonnée à l'origine 1/Vmax, abscisse à l'origine −1/Km.
Deux substrats : mécanisme séquentiel ordonné ou aléatoire (droites sécantes) vs ping-pong (droites parallèles, ex. aminotransférases).

Compétitive : I ressemble à S, site actif de E libre, Vmax inchangée, Km apparent augmenté, levée par excès de substrat.
Non compétitive : I sur autre site (E et ES), Vmax diminue, Km inchangé — incompétitive : I sur ES seulement, Vmax et Km diminuent ensemble (droites parallèles).
pH en cloche (pepsine ≈ 2, trypsine ≈ 8) ; température : accélération (Arrhenius, Q10 ≈ 2) puis dénaturation au-delà d'un seuil.
Enzymes allostériques : oligomères, cinétique sigmoïde, coopérativité, K0,5 et coefficient de Hill, états T (faible affinité) et R (forte affinité) du modèle MWC.
Rétro-inhibition par le produit final (CTP sur ATCase) ; régulation covalente par phosphorylation (kinases/phosphatases) et activation protéolytique des zymogènes.

ΔG = ΔH − TΔS ; ΔG < 0 exergonique (spontanée), ΔG > 0 endergonique, ΔG = 0 équilibre ; ΔH seul ne prédit pas le sens de la réaction.
ΔG°' = −RT ln K'eq (état standard biologique : pH 7, 25 °C, 1 M) ; ΔG réel = ΔG°' + RT ln (produits/réactifs), peut différer du ΔG°' in vivo.
Les ΔG s'additionnent (loi de Hess) : couplage énergétique, une réaction endergonique devient possible si couplée à une réaction plus exergonique.
ATP → ADP + Pi : ΔG°' ≈ −30,5 kJ/mol ; PEP (−62), 1,3-BPG (−49) et créatine phosphate (−43) plus riches, glucose 6-phosphate (−14) plus pauvre.
Catabolisme (libère ATP, NADH) vs anabolisme (consomme ATP, NADPH) ; charge énergétique d'Atkinson maintenue ≈ 0,8–0,95.

Oxydation = perte d'électrons (déshydrogénation) ; électrons vont du couple à E°' le plus négatif (NAD⁺/NADH −0,32 V) vers le plus positif (O₂/H₂O +0,82 V).
ΔG°' = −nFΔE°' ; oxydation du NADH par O₂ : ΔE°' = 1,14 V → ΔG°' ≈ −220 kJ/mol, libéré par paliers dans la chaîne respiratoire.
Chaîne respiratoire : complexe I (NADH, 4 H⁺) → Q ← complexe II (FADH₂, 0 H⁺) → III (4 H⁺) → cyt c → IV (2 H⁺) → O₂ ; 10 H⁺/NADH vs 6 H⁺/FADH₂.
Théorie chimiosmotique de Mitchell : gradient de protons → ATP synthase FoF1 ; rendements modernes 2,5 ATP/NADH et 1,5 ATP/FADH₂ (3 et 2 en bilan classique).
Inhibiteurs ciblés : roténone (I), antimycine A (III), cyanure/CO (IV), oligomycine (ATP synthase) ; découplants (2,4-DNP, UCP1) dissipent le gradient en chaleur.

Glycolyse : 10 réactions cytosoliques, phase d'investissement (2 ATP) puis remboursement (4 ATP + 2 NADH) ; bilan net glucose → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH.
Trois étapes irréversibles régulatrices : hexokinase, PFK-1 (étape limitante, inhibée ATP/citrate, activée AMP/F2,6-BP) et pyruvate kinase.
Anaérobiose : fermentation lactique (LDH, cycle de Cori) ou alcoolique (levures, CO₂ + éthanol) pour régénérer le NAD⁺ ; seulement 2 ATP/glucose.
Voie des pentoses phosphate : G6PDH → 2 NADPH + ribose 5-P par G6P ; déficit en G6PDH = favisme (fréquent au Maghreb).
Néoglucogenèse (foie, rein) : 4 enzymes de contournement (pyruvate carboxylase, PEPCK, F1,6-BPase, G6Pase) ; glycogène : synthase vs phosphorylase, seul le foie libère du glucose libre.

PDH (matrice) : pyruvate + CoA + NAD⁺ → acétyl-CoA + CO₂ + NADH ; complexe à 3 enzymes et 5 coenzymes (TPP, lipoate, CoA, FAD, NAD⁺).
Cycle de Krebs (8 réactions) : citrate synthase → aconitase → isocitrate DH → α-KG DH → succinyl-CoA synthétase → succinate DH → fumarase → malate DH.
Par acétyl-CoA : 3 NADH + 1 FADH₂ + 1 GTP + 2 CO₂ ≈ 10 ATP ; cycle aérobie et amphibolique (anaplérose par la pyruvate carboxylase).
β-oxydation : activation (2 ATP), navette carnitine, 4 réactions par tour (FAD, hydratation, NAD⁺, thiolase) → 1 acétyl-CoA + 1 FADH₂ + 1 NADH par tour.
Palmitate (C16) : 7 tours, 8 acétyl-CoA, ≈ 106 ATP net ; oxydation complète d'un glucose : 30 à 32 ATP (36–38 en bilan classique).

Holoenzyme: apoenzyme + cofacteur, forme active
Site actif: région qui fixe et transforme le substrat
État de transition: forme instable de plus haute énergie franchie pendant la réaction
Km: concentration de substrat donnant v0 = Vmax/2
kcat: nombre de molécules transformées par seconde et par site
Inhibiteur compétitif: se fixe sur le site actif, effet levé par excès de substrat
Allostérie: régulation par fixation d'effecteurs hors du site actif
ΔG°': variation d'énergie libre standard biologique (pH 7)
Couplage énergétique: réaction endergonique rendue possible par une réaction exergonique liée
Chimiosmose: synthèse d'ATP grâce à un gradient de protons
Phosphorylation au niveau du substrat: ATP formé par transfert direct d'un phosphate
Amphibolique: à la fois catabolique et anabolique, comme le cycle de Krebs