Régulation de l'activité enzymatique.

Mécanismes d'activation.

1) Modification covalente (c'est-à-dire que les liaisons covalentes des enzymes changent)

a) protéolyse partielle (le pepsinogène et le trypsinogène peuvent être affectés non seulement par l'acide chlorhydrique et l'entérokinase, mais également par des enzymes actives - la pepsine et la trypsine, respectivement, c'est-à-dire qu'une autocatalyse se produit).

b) phosphorylation et déphosphorylation. La phosphorylation est réalisée par des protéines kinases.

2) Complétion du centre actif (il s'agit le plus souvent d'ions métalliques, notamment de manganèse, mais dans certains cas, le métal se combine avec le soufre, puis le soufre interagit plus facilement avec le centre actif).

3) Activation allostérique. En règle générale, l'effet se produit sur la sous-unité où il n'y a pas de centre actif (c'est-à-dire que cela est plus souvent typique des oligomères), mais cette sous-unité a un site de régulation qui peut être affecté par un métabolite (par exemple, l'ADP), et la sous-unité change de structure, modifiant en même temps la structure de la sous-unité contenant le centre actif, la rendant ainsi plus accessible au substrat. En règle générale, l'activation et l'inhibition allostériques sont des processus d'autorégulation, lorsque les métabolites intermédiaires ou finaux régulent la vitesse de réaction.

Organisation structurelle enzyme dans la cellule .

Chaque structure cellulaire possède un ensemble spécifique d’enzymes qui lui permettent de remplir une fonction spécifique. Par exemple, les mitochondries sont équipées d’enzymes capables d’oxyder certains substrats et d’utiliser l’énergie qui en résulte. Les noyaux (ils contiennent la synthèse de l'ADN et de l'ARN, capables de stocker et de transmettre des informations héréditaires) et disposent également d'un ensemble spécifique d'enzymes (ARN et ADN polymérases, etc.). Les lysosomes (ils détruisent divers composés complexes) possèdent également un ensemble correspondant d'enzymes (hydrolases, lyases, etc.).

Tous ces ensembles d'enzymes sont strictement structurés, c'est-à-dire qu'ils sont intégrés, par exemple, dans la membrane mitochondriale ( chaîne respiratoire) dans un certain ordre et sont dans un complexe (par exemple, un complexe qui assure la synthèse des acides gras ; un complexe qui favorise la conversion de l'acide pyruvique) parfois ils parlent même d'enzymes indicatrices (marqueurs) des structures cellulaires (succinate déshydrogénase - pour les mitochondries, ARN polymérase - pour le noyau, phosphatase acide pour les lysosomes).

Au cours du processus métabolique, l'activité enzymatique est constamment régulée, c'est-à-dire que l'enzyme ne fonctionne jamais de manière monotone. Il existe différentes manières de réguler l’activité enzymatique :

1) la quantité d’enzyme peut changer (c’est-à-dire que la synthèse de l’enzyme augmente ou diminue). Cela se produit en raison de changements dans l’expression des gènes.

2) La modification chimique de l'enzyme peut changer (sous l'influence d'activateurs, d'inhibiteurs ou de changements de pH). Il s'agit de la protéolyse partielle, de la phosphorylation et déphosphorylation, de la sulfonation, etc.

3) L'activité des enzymes change sous l'action des hormones (mécanismes divers).

4) L'activité de l'enzyme peut être influencée par le substrat lui-même ou par le produit de la réaction (qui est soit un activateur, soit un inhibiteur).

5) Le phénomène de compartimentation est également constaté dans les cellules, c'est-à-dire à l'aide membranes biologiques les enzymes et les substrats que ces enzymes pourraient détruire, mais la cellule n'en a pas besoin sont séparés (par exemple, les enzymes des protéinases des lysosomes, les phosphatases, etc. sont séparées des substances situées dans le cytoplasme) ou elles sont séparées à l'aide de membranes métaboliques mutuellement incompatibles les processus se produisent en même temps (par exemple, la synthèse des acides gras se produit dans le cytoplasme et la dégradation des acides gras se produit dans les mitochondries). Toutes les enzymes ne sont pas soumises à réglementation. Mais dans la chaîne des réactions enzymatiques, certaines enzymes clés sont activées ou inhibées.

Principes d'isolement enzymatique .

Pour détecter les enzymes, leur propriété de spécificité est utilisée. Ils prennent un certain substrat (spécifique), sélectionnent les conditions optimales (pH, température) et ajoutent une enzyme pour voir si la réaction se produit, tandis que la concentration du substrat diminue et la formation du produit augmente. Une évaluation quantitative des enzymes est donnée par leur activité (puisque les enzymes sont contenues en quantités négligeables), c'est-à-dire que la vitesse de la réaction enzymatique est déterminée. L'activité enzymatique est déterminée à une température constante (25 ou 37 degrés Celsius), créant ainsi un pH optimal. Dans ce cas, la concentration en substrat doit être assez élevée. Dans ces conditions, la vitesse de réaction dépend directement de la concentration en enzyme \/ = K[F]. L'unité d'activité enzymatique est considérée comme étant son quantité minimale, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ dans des conditions optimales provoque la conversion d'une micromole de substrat en une minute.

L'activité spécifique est l'activité enzymatique par mg de protéine. Selon les recommandations de la Commission de l'Union biochimique internationale sur la nomenclature des enzymes, il est proposé d'utiliser le katal pour exprimer l'activité enzymatique. 1 catal - ϶ᴛᴏ activité catalytique, capable de réaliser une réaction à une vitesse égale à une mole par seconde.

Régulation de l'activité enzymatique. - concept et types. Classification et caractéristiques de la catégorie "Régulation de l'activité enzymatique". 2017, 2018.

Régulation de l'activité enzymatique. Enzymologie médicale (biochimie)

Moyens de réguler l’activité enzymatique :

1. Modification de la quantité d'enzymes.

2. Modification de l'efficacité catalytique de l'enzyme.

3. Modification des conditions de réaction.

Régulation des enzymes

Le nombre de molécules d'enzyme dans une cellule est déterminé par le rapport de deux processus : les taux de synthèse et de dégradation de la molécule d'enzyme protéique.

Il existe deux types d’enzymes dans les cellules :

1. Enzymes constitutives– sont des composants essentiels de la cellule, synthétisés à un rythme constant en quantités constantes.

2. Enzymes adaptatives– leur formation dépend de certaines conditions. Parmi eux, on distingue les enzymes inductibles et répressibles.

En règle générale, les enzymes ayant une fonction catabolique sont inductibles. Leur formation peut être provoquée ou accélérée par le substrat d'une enzyme donnée. Les enzymes habituellement réprimées sont les enzymes anabolisantes. L'inhibiteur (répresseur) de la synthèse de ces enzymes peut être le produit final de cette réaction enzymatique.

Modification de l'efficacité catalytique des enzymes

Ce type de régulation peut se produire à travers plusieurs mécanismes.

Effet des activateurs et des inhibiteurs sur l'activité enzymatique

Les activateurs peuvent augmenter l’activité enzymatique de différentes manières :

1. former le centre actif de l’enzyme ;

2. faciliter la formation du complexe enzyme-substrat ;

3. stabiliser la structure native de l'enzyme ;

4. protéger les groupes fonctionnels du site actif.

Classification des inhibiteurs enzymatiques :

1. Non spécifique.

2. Spécifique :

Irréversible

Réversible:

§ compétitif

§ non compétitif.

Les inhibiteurs non spécifiques provoquent une dénaturation de la molécule d'enzyme - ce sont des acides, des alcalis et des sels de métaux lourds. Leur action n'est pas liée au mécanisme de catalyse enzymatique.

Inhibition irréversible

Une inhibition irréversible est observée dans le cas de la formation de liaisons covalentes stables entre la molécule inhibitrice et l'enzyme. Le plus souvent, le centre actif de l’enzyme subit une modification. L’enzyme ne peut donc pas remplir sa fonction catalytique.

Les inhibiteurs irréversibles comprennent les ions métaux lourds, par exemple, le mercure (Hg 2+), l'argent (Ag +) et l'arsenic (As 3+), qui en faibles concentrations bloquent les groupes sulfhydryle du site actif. Le substrat ne peut pas subir de transformation chimique.

Le fluorophosphate de diisopropyle (DFP) réagit spécifiquement avec un seul des nombreux résidus sérine présents dans le site actif de l'enzyme. Le résidu Ser capable de réagir avec la DPP présente un environnement d'acides aminés identique ou très similaire. La réactivité élevée de ce résidu par rapport aux autres résidus Ser est due aux résidus d'acides aminés qui sont également inclus dans le site actif des enzymes.

La DPP est classée comme un inhibiteur spécifique irréversible des enzymes « sérine », car elle forme une liaison covalente avec le groupe hydroxyle de la sérine, situé dans le centre actif et jouant un rôle clé dans le processus de catalyse.

L'acide monoiodoacétique et le p-chloromercuribenzoate réagissent facilement avec les groupes SH des résidus de cystéine dans les protéines. Ces inhibiteurs ne sont pas classés comme spécifiques, car ils réagissent avec tous les groupes SH libres de protéines et sont appelés inhibiteurs non spécifiques. Si les groupes SH sont directement impliqués dans la catalyse, alors en utilisant ces inhibiteurs, il semble possible d'identifier le rôle des groupes SH enzymatiques dans la catalyse.

Inhibiteurs d'enzymes irréversibles comme médicaments

L’aspirine, un médicament largement utilisé, est un exemple de médicament dont l’action repose sur une inhibition irréversible des enzymes. L'aspirine, un médicament anti-inflammatoire non stéroïdien, exerce un effet pharmacologique en inhibant l'enzyme cyclooxygénase, qui catalyse la formation de prostaglandines à partir de l'acide arachidonique. Par conséquent réaction chimique Le résidu acétyle de l'aspirine se fixe au groupe OH terminal libre de la sérine de la cyclooxygénase.

Cela provoque une diminution de la formation de produits de réaction des prostaglandines, qui ont un large éventail de fonctions biologiques, notamment des médiateurs de l'inflammation.

Inhibition réversible

Les inhibiteurs réversibles se lient à l'enzyme avec de faibles liaisons non covalentes et, dans certaines conditions, se séparent facilement de l'enzyme. Les inhibiteurs réversibles peuvent être compétitifs ou non compétitifs.

Inhibition compétitive

L'inhibition compétitive fait référence à une diminution réversible de la vitesse d'une réaction enzymatique provoquée par un inhibiteur qui se lie au site actif de l'enzyme et empêche la formation d'un complexe enzyme-substrat. Ce type d'inhibition est observé lorsque l'inhibiteur est un analogue structurel du substrat, ce qui entraîne une compétition entre les molécules de substrat et d'inhibiteur pour une place dans le centre actif de l'enzyme. Dans ce cas, soit le substrat, soit l'inhibiteur interagit avec l'enzyme, formant des complexes enzyme-substrat (ES) ou enzyme-inhibiteur (EI). Lorsqu’un complexe enzyme-inhibiteur (EI) est formé, aucun produit de réaction n’est formé.

Un exemple classique d’inhibition compétitive est l’inhibition de la réaction succinate déshydrogénase par l’acide malonique. L'acide malonique est un analogue structurel du succinate (présence de deux groupes carboxyle) et peut également interagir avec le site actif de la succinate déshydrogénase. Cependant, l’extraction de deux atomes d’hydrogène de l’acide malonique n’est pas possible ; par conséquent, la vitesse de réaction diminue.

Les médicaments comme inhibiteurs compétitifs

De nombreux médicaments exercent leur effet thérapeutique par le biais d’un mécanisme d’inhibition compétitive. Par exemple, les bases d'ammonium quaternaire inhibent l'acétylcholinestérase, qui catalyse l'hydrolyse de l'acétylcholine en choline et en acide acétique.

Lorsque des inhibiteurs sont ajoutés, l'activité de l'acétylcholinestérase diminue, la concentration d'acétylcholine (substrat) augmente, ce qui s'accompagne d'une augmentation de la conduction de l'influx nerveux. Les inhibiteurs de la cholinestérase sont utilisés dans le traitement des dystrophies musculaires. Médicaments anticholinestérasiques efficaces - prozerine, endrophonium, etc.

Antimétabolites comme médicaments

Des substances appelées antimétabolites sont utilisées comme inhibiteurs d'enzymes par un mécanisme compétitif dans la pratique médicale. Ces composés, étant des analogues structurels des substrats naturels, provoquent, d'une part, une inhibition compétitive des enzymes et, d'autre part, peuvent être utilisés par les mêmes enzymes comme pseudosubstrats, ce qui conduit à la synthèse de produits anormaux. Les produits anormaux n'ont aucune activité fonctionnelle ; De ce fait, on observe une diminution de la vitesse de certaines voies métaboliques.

Comme médicaments utiliser les antimétabolites suivants : médicaments sulfamides (analogues de l'acide para-aminobenzoïque) utilisés pour traiter maladies infectieuses, analogues nucléotidiques pour le traitement du cancer.

Inhibition non compétitive

L'inhibition non compétitive d'une réaction enzymatique est appelée lorsque l'inhibiteur interagit avec l'enzyme sur un site autre que le site actif. Les inhibiteurs non compétitifs ne sont pas des analogues structurels du substrat.

Un inhibiteur non compétitif peut se lier soit à l'enzyme, soit au complexe enzyme-substrat, formant un complexe inactif. L'ajout d'un inhibiteur non compétitif provoque une modification de la conformation de la molécule d'enzyme de telle sorte que l'interaction du substrat avec le centre actif de l'enzyme est perturbée, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de la réaction enzymatique.

Régulation allostérique

Les enzymes allostériques sont des enzymes dont l'activité est régulée non seulement par le nombre de molécules de substrat, mais également par d'autres substances appelées effecteurs. Les effecteurs impliqués dans la régulation allostérique sont des métabolites cellulaires, souvent de cette façon, qu'ils réglementent.

Le rôle des enzymes allostériques dans le métabolisme cellulaire. Les enzymes allostériques jouent un rôle important dans le métabolisme, car elles réagissent extrêmement rapidement aux moindres changements dans l'état interne de la cellule.

La régulation allostérique a grande importance dans les situations suivantes :

1. pendant les processus anabolisants. L'inhibition par le produit final de la voie métabolique et l'activation par les métabolites initiaux permettent la régulation de la synthèse de ces composés ;

2. pendant les processus cataboliques. Lorsque l’ATP s’accumule dans la cellule, les voies métaboliques qui assurent la synthèse énergétique sont inhibées. Dans ce cas, les substrats sont utilisés pour des réactions de stockage des nutriments de réserve ;

3. coordonner les voies anabolisantes et cataboliques. L'ATP et l'ADP sont des effecteurs allostériques qui agissent comme des antagonistes ;

4. coordonner des voies métaboliques parallèles et interconnectées (par exemple, la synthèse de nucléotides puriques et pyrimidines utilisés pour la synthèse des acides nucléiques). Ainsi, produits finaux d'une voie métabolique peuvent être des effecteurs allostériques d'une autre voie métabolique.

Caractéristiques de la structure et du fonctionnement des enzymes allostériques :

1. il s'agit généralement de protéines oligomères, constituées de plusieurs protomères ou ayant une structure de domaines ;

2. ils ont un centre allostérique spatialement éloigné du centre actif catalytique ;

3. les effecteurs s'attachent à l'enzyme de manière non covalente dans les centres allostériques (régulateurs) ;

4. Les centres allostériques, tout comme les centres catalytiques, peuvent présenter différentes spécificités par rapport aux ligands : elles peuvent être absolues et de groupe.

Certaines enzymes possèdent plusieurs centres allostériques, dont certains sont spécifiques aux activateurs, d'autres aux inhibiteurs ;

1. le protomère sur lequel se situe le centre allostérique est un protomère régulateur, contrairement au protomère catalytique contenant le centre actif dans lequel se déroule la réaction chimique ;

2. les enzymes allostériques ont la propriété de coopérativité : l'interaction d'un effecteur allostérique avec un centre allostérique provoque un changement coopératif séquentiel dans la conformation de toutes les sous-unités, conduisant à un changement dans la conformation du centre actif et à un changement dans l'affinité de l'enzyme pour le substrat, qui réduit ou augmente l'activité catalytique de l'enzyme ;

3. la régulation des enzymes allostériques est réversible : le détachement de l'effecteur de la sous-unité régulatrice restaure l'activité catalytique originelle de l'enzyme ;

4. Les enzymes allostériques catalysent des réactions clés dans une voie métabolique donnée.

Régulation de l'activité catalytique des enzymes par des interactions protéine-protéine.

Certaines enzymes modifient leur activité catalytique en raison d’interactions protéine-protéine.

Il existe 2 mécanismes d’activation enzymatique utilisant des interactions protéine-protéine :

1. activation d'enzymes résultant de la fixation de protéines régulatrices ;

2. modification de l'activité catalytique des enzymes due à l'association ou à la dissociation de protomères enzymatiques.

Régulation de l'activité catalytique des enzymes par phosphorylation/déphosphorylation.

Dans les systèmes biologiques, on trouve souvent un mécanisme de régulation de l'activité enzymatique utilisant la modification covalente des résidus d'acides aminés. Une méthode rapide et répandue de modification chimique des enzymes est la phosphorylation/déphosphorylation. Les groupes OH de l'enzyme subissent des modifications. La phosphorylation est réalisée par des enzymes protéine kinase et la déphosphorylation est réalisée par des phosphoprotéines phosphatases. L'ajout d'un résidu acide phosphorique entraîne une modification de la conformation du centre actif et de son activité catalytique. Dans ce cas, le résultat peut être double : certaines enzymes sont activées lors de la phosphorylation, tandis que d'autres, au contraire, deviennent moins actives.

Régulation de l'activité catalytique des enzymes par protéolyse partielle (limitée).

Certaines enzymes qui fonctionnent en dehors des cellules (dans le tractus gastro-intestinal ou dans le plasma sanguin) sont synthétisées sous la forme prédécesseurs inactifs et sont activés uniquement à la suite de l'hydrolyse d'une ou plusieurs liaisons peptidiques spécifiques, ce qui conduit au clivage d'une partie de la molécule protéique précurseur. En conséquence, un réarrangement conformationnel se produit dans la partie restante de la molécule protéique et le centre actif de l'enzyme (trypsinogène - trypsine) est formé.

Enzymes du plasma sanguin

Selon leur origine, les enzymes du plasma sanguin peuvent être divisées en 3 groupes.

1. Propres enzymes du plasma sanguin (sécrétoires). Ils se forment dans le foie, mais exercent leur effet dans le sang. Ceux-ci comprennent les enzymes du système de coagulation sanguine - la prothrombine, la proaccélérine, la proconvertine, ainsi que la céruloplasmine et la cholinestérase.

2. Enzymes excrétrices - pénètrent dans le sang à partir de diverses sécrétions - suc duodénal, salive, etc. Ceux-ci incluent l'amylase et la lipase.

3. Enzymes cellulaires – pénètrent dans le sang lorsque les cellules ou les tissus sont endommagés ou détruits.

Tableau 4.1. Enzymes spécifiques à un organe (isoenzymes)

Enzymopathies

De nombreuses maladies sont basées sur un dysfonctionnement des enzymes dans la cellule – les enzymopathies. Les enzymopathies acquises, comme les protéinopathies en général, semblent être observées dans toutes les maladies.

Dans les enzymopathies primaires, les enzymes défectueuses sont héritées principalement de manière autosomique récessive. Les hétérozygotes, le plus souvent, ne présentent pas d'anomalies phénotypiques. Les enzymopathies primaires sont généralement classées parmi les maladies métaboliques, car certaines voies métaboliques sont perturbées. Dans ce cas, le développement de la maladie peut se dérouler selon l'un des « scénarios » énumérés ci-dessous. Considérons un diagramme schématique de la voie métabolique :

E 1 E 2 E 3 E 4

A → B → C → D → P

La substance A, à la suite de réactions enzymatiques successives, est transformée en produit P. En cas de déficit héréditaire d'une enzyme, par exemple l'enzyme E 3, divers troubles des voies métaboliques sont possibles :

Violation de la formation des produits finaux.

Un déficit du produit final de cette voie métabolique (en l’absence de voies de synthèse alternatives) peut conduire au développement de symptômes cliniques caractéristiques de cette maladie.

Manifestations cliniques.À titre d’exemple, prenons l’albinisme. Avec l'albinisme, la synthèse des pigments - mélanines - dans les mélanocytes est altérée. La mélanine se trouve dans la peau, les cheveux, l'iris et l'épithélium pigmentaire rétinien et affecte leur couleur. Avec l'albinisme, on observe une faible pigmentation de la peau, des cheveux blonds et une couleur rougeâtre de l'iris en raison des capillaires translucides. La manifestation de l'albinisme est associée à un déficit de l'enzyme tyrosine hydroxylase (tyrosinase), l'une des enzymes qui catalyse la voie métabolique pour la formation des mélanines.

Accumulation de substrats précurseurs.

Si l’enzyme est déficiente, certaines substances s’accumuleront et, dans de nombreux cas, les composés qui les précèdent s’accumuleront. Une augmentation des substrats-précurseurs d'une enzyme défectueuse est un maillon majeur dans le développement de nombreuses maladies.

Manifestations cliniques. On connaît la maladie alcaptonurie, dans laquelle l'oxydation de l'acide homogentisique dans les tissus est altérée (l'acide homogentisique est un métabolite intermédiaire du catabolisme de la tyrosine). Chez ces patients, on observe un déficit de l'enzyme d'oxydation de l'acide homogentisique, l'acide homogentisique dioxygénase, conduisant au développement de la maladie. En conséquence, la concentration d'acide homogentisique et son excrétion dans l'urine augmentent. En présence d'oxygène, l'acide homogentisique est converti en un composé noir - l'alcaptone. Par conséquent, l’urine de ces patients devient noire lorsqu’elle est exposée à l’air. L'alcapton se forme également dans les fluides biologiques et se dépose dans les tissus, la peau, les tendons et les articulations. Avec des dépôts importants d'alcapton dans les articulations, leur mobilité est altérée.

Formation altérée de produits finaux et accumulation de substrats précurseurs.

Des maladies sont constatées lorsque le manque de produit et l'accumulation du substrat d'origine provoquent des manifestations cliniques.

Manifestations cliniques. Par exemple, les personnes atteintes de la maladie de Gierke (glycogénose de type I) connaissent une diminution de la concentration de glucose dans le sang (hypoglycémie) entre les repas. Cela est dû à une dégradation altérée du glycogène dans le foie en raison d'un défaut de l'enzyme glucose-6-phosphatase. Dans le même temps, chez ces personnes, la taille du foie augmente (hépatomégalie) en raison de l'accumulation de glycogène inutilisé.

Application des enzymes en médecine

Les préparations enzymatiques sont largement utilisées en médecine. Les enzymes sont utilisées dans la pratique médicale comme agents diagnostiques (enzymodiagnostics) et thérapeutiques (enzymothérapie).

De plus, les enzymes sont utilisées comme réactifs spécifiques pour la détermination d'un certain nombre de substances. Ainsi, la glucose oxydase est utilisée pour la détermination quantitative du glucose dans l'urine et le sang. L'enzyme uréase est utilisée pour déterminer la quantité d'urée dans le sang et l'urine. A l'aide de différentes déshydrogénases, les substrats correspondants sont détectés, par exemple le pyruvate, le lactate, l'alcool éthylique, etc.

Diagnostic enzymatique

Le diagnostic enzymatique consiste à poser un diagnostic d'une maladie (ou d'un syndrome) basé sur la détermination de l'activité des enzymes dans les fluides biologiques humains.

Les principes du diagnostic enzymatique reposent sur les positions suivantes :

1. lorsque des cellules sont endommagées dans le sang ou dans d'autres fluides biologiques (par exemple dans l'urine), la concentration d'enzymes intracellulaires des cellules endommagées augmente ;

2. la quantité d'enzyme libérée est suffisante pour sa détection ;

3. l'activité des enzymes dans les fluides biologiques détectée lorsque les cellules sont endommagées est stable pendant une période suffisamment longue et diffère de valeurs normales;

4. un certain nombre d'enzymes ont une localisation prédominante ou absolue dans certains organes (spécificité d'organe) ;

5. Il existe des différences dans la localisation intracellulaire d'un certain nombre d'enzymes.

L'utilisation d'enzymes comme médicaments

L'utilisation d'enzymes comme agents thérapeutiques présente de nombreuses limites en raison de leur forte immunogénicité.

Néanmoins, la thérapie enzymatique se développe activement dans les domaines suivants :

1. thérapie de remplacement - l'utilisation d'enzymes en cas de carence ;

2. éléments d'une thérapie complexe - l'utilisation d'enzymes en combinaison avec d'autres thérapies.

La thérapie enzymatique substitutive est efficace pour les maladies gastro-intestinales associées à une sécrétion insuffisante de sucs digestifs. Par exemple, la pepsine est utilisée pour l'achilie, la gastrite hypo- et anacide. Le déficit en enzymes pancréatiques peut également être compensé dans une large mesure par l'ingestion de médicaments contenant les principales enzymes pancréatiques (festal, enzistal, mezim-forte, etc.).

Les enzymes sont utilisées comme agents thérapeutiques supplémentaires pour un certain nombre de maladies. Les enzymes protéolytiques (trypsine, chymotrypsine) sont utilisées localement pour traiter les plaies purulentes afin de décomposer les protéines des cellules mortes, pour éliminer les caillots sanguins ou les sécrétions visqueuses dans les maladies inflammatoires des voies respiratoires. Les préparations enzymatiques sont devenues largement utilisées pour traiter la thrombose et la thromboembolie. À cette fin, des préparations de fibrinolysine, de streptolyase, de streptodecase et d'urokinase sont utilisées.

L'enzyme hyaluronidase (lidase), qui catalyse la dégradation de l'acide hyaluronique, est utilisée par voie sous-cutanée et intramusculaire pour résoudre les cicatrices après des brûlures et des opérations (l'acide hyaluronique forme des liaisons croisées dans le tissu conjonctif).

Les préparations enzymatiques sont utilisées pour le cancer. L'asparaginase, qui catalyse la réaction du catabolisme de l'asparagine, a trouvé une application dans le traitement de la leucémie.

La condition préalable à l'effet anti-leucémique de l'asparaginase était la découverte dans les cellules leucémiques d'une enzyme asparagine synthétase défectueuse, qui catalyse la réaction de synthèse de l'asparagine.

Les cellules leucémiques ne peuvent pas synthétiser l’asparagine et l’obtenir à partir du plasma sanguin. Si l'asparagine présente dans le plasma est détruite par l'introduction de l'asparaginase, un déficit en asparagine se produira dans les cellules leucémiques et, par conséquent, une perturbation du métabolisme cellulaire et un arrêt de la progression de la maladie.

Les enzymes immobilisées sont des enzymes liées à un support solide ou placées dans une capsule polymère.

Deux approches principales sont utilisées pour immobiliser les enzymes :

1. Modification chimique de l'enzyme.

2. Isolation physique de l'enzyme dans un matériau inerte.

Souvent, des capsules lipidiques - les liposomes - sont utilisées pour immobiliser les enzymes qui traversent facilement les membranes et exercent les effets nécessaires à l'intérieur de la cellule.

Avantages des enzymes immobilisées :

1. Facilement séparé du milieu réactionnel, ce qui permet de réutiliser l'enzyme. Le produit n'est pas contaminé par des enzymes.

2. Le processus enzymatique peut être effectué en continu.

3. La stabilité des enzymes augmente.

Les enzymes immobilisées peuvent être utilisées à des fins analytiques et préparatoires. Il existe plusieurs types d'appareils dans lesquels des enzymes immobilisées sont utilisées à des fins analytiques : électrodes enzymatiques, analyseurs automatiques, systèmes de test, etc.

Utilisation préparative d’enzymes immobilisées dans l’industrie :

1. Préparation d’acides L-aminés à l’aide d’aminoacylase.

2. Production de sirops à haute teneur en fructose à l'aide de glucose isomérase.

L'activité enzymatique peut changer sous l'influence de divers facteurs externes. Les substances qui peuvent influencer l'activité enzymatique sont désignées par modulateurs enzymatiques. À leur tour, les modulateurs sont divisés en deux groupes :

1. Activateurs. Sous leur influence, l'activité enzymatique augmente. Les cations métalliques peuvent agir comme activateurs. Par exemple, Na + est un activateur de l'amylase des glandes salivaires humaines.

2. Inhibiteurs. Substances sous l'influence desquelles se produit une diminution de l'activité enzymatique.

Les inhibiteurs représentent grand groupe substances qui diffèrent par le mécanisme d'action inhibitrice.

En fonction de la durée de l'effet inhibiteur, les inhibiteurs sont divisés en :

· irréversible(qui, lorsqu'ils interagissent avec une enzyme, la privent définitivement d'activité enzymatique) ;

· réversible(qui réduisent temporairement l’activité enzymatique).

Le mécanisme d’action des inhibiteurs irréversibles peut être décrit par l’équation suivante :

Dans + E EDans,

Où EDans– un complexe d'une enzyme avec un inhibiteur dans lequel elle ne possède pas de propriétés catalytiques.

En règle générale, les inhibiteurs irréversibles interagissent avec les groupes fonctionnels du site actif de l'enzyme. Ils s'y lient de manière covalente et les bloquent ainsi. En conséquence, l’enzyme perd sa capacité à interagir avec le substrat.

Un exemple classique d’inhibiteurs irréversibles est le phosphore. matière organique. Le fluorophosphate de diisopropyle (DFP) est utilisé comme tel dans la recherche biochimique depuis de nombreuses années. Les composés organophosphorés se combinent à un résidu sérine dans le site actif de l'enzyme :

Les enzymes qui contiennent de la sérine dans le site actif comprennent la cholinestérase, la trypsine, l'élastase, etc.

Les agents alkylants sont largement utilisés comme autres inhibiteurs irréversibles. Ces composés interagissent avec les groupes SH des radicaux cystéine ou histidine imidasal dans le site actif. Le mécanisme d'inhibition irréversible de l'enzyme par l'iodoacétamide :

L'iodoacétamide, le monoiodoacétate, etc. sont utilisés comme agents alkylants comme inhibiteurs irréversibles en biochimie.

Le phénomène d'inhibition irréversible est utilisé dans l'économie nationale et la médecine. C'est la base de l'utilisation d'insecticides (agents de lutte contre les insectes) et de certains médicaments (médicaments anticholinestérasiques). Sur cette base, des agents de guerre chimique ayant un effet paralytique sur les nerfs du groupe des composés organophosphorés ont été créés.

Contrairement aux inhibiteurs irréversibles, les inhibiteurs réversibles ne réduisent l’activité enzymatique que pendant un certain temps. Le mécanisme de leur effet inhibiteur peut être représenté sous la forme des équations de réaction suivantes :

Dans+ E EDans

Dans + ES ESIn

Comme il ressort des équations de réaction présentées, les inhibiteurs réversibles se fixent de manière réversible à l'enzyme ou au complexe enzyme-substrat. Dans ce cas, l’enzyme perd ses propriétés catalytiques.

Les inhibiteurs réversibles selon le mécanisme de l'effet inhibiteur sont divisés en compétitif Et non compétitif, qui diffèrent les uns des autres par le mécanisme de leur effet inhibiteur sur l'enzyme.

En inhibition non compétitive, l'inhibiteur se lie de manière réversible à l'enzyme sur un site autre que son site actif. Dans ce cas, la conformation du centre actif change, ce qui conduit à une inactivation réversible de l'enzyme. Sous l'influence d'un inhibiteur compétitif, il n'y a aucun changement dans l'affinité de l'enzyme pour son substrat, c'est-à-dire La valeur ne change pas À m, mais la vitesse maximale de réaction enzymatique diminue ( V maximum). Les intermédiaires métaboliques peuvent agir comme des inhibiteurs non compétitifs.

Les molécules des inhibiteurs compétitifs présentent une certaine similitude avec le véritable substrat de l'enzyme. Un exemple classique d’inhibiteur compétitif est l’acide malonique, qui réduit de manière réversible l’activité de l’enzyme succinate déshydrogénase.

Acide succinique Acide malonique

D’après les formules présentées, il est clair que l’acide malonique a en effet une structure très similaire à celle de l’acide succinique. La similitude structurelle permet à l'acide malonique de se lier au site actif de l'enzyme succinate déshydrogénase. Cependant, ce composé n'est pas capable d'entrer dans la réaction catalysée par cette enzyme (réaction de déshydrogénation). Par conséquent, l’inhibiteur se fixe au site actif de l’enzyme, bloquant ainsi la possibilité de son interaction avec le véritable substrat. Ainsi, sous l'influence d'un inhibiteur compétitif, l'affinité de l'enzyme pour le substrat diminue fortement (la valeur augmente À m), mais la valeur ne change pas V maximum. Le phénomène d'inhibition compétitive peut être supprimé en augmentant fortement la concentration du substrat dans le mélange réactionnel.

Ainsi, les inhibiteurs compétitifs, contrairement aux inhibiteurs non compétitifs, se lient au centre actif de l'enzyme, entraînant une forte augmentation de la valeur À m au substrat, ce qui est à l'origine de la diminution réversible de son activité.

L'acide oxalique-acétique agit comme un inhibiteur physiologique compétitif de la succinate déshydrogénase. Comme le montre la figure présentée, ce produit intermédiaire métabolique présente également une certaine similitude structurelle avec l'acide succinique. L'inhibition compétitive de la succinate déshydrogénase par l'acide oxalique-acétique joue un rôle important dans la régulation des transformations redox dans les mitochondries :

Il existe un autre type de régulation de l'activité enzymatique - régulation allostérique. C'est caractéristique d'un groupe spécial d'enzymes - enzymes allostériques. Les enzymes allostériques comprennent des protéines oligomères dont la structure contient des centres régulateurs (allostériques).

Les molécules des enzymes allostériques contiennent deux types de sous-unités :

1) catalytique(AVEC);

2) réglementaire (R.).

Les sous-unités catalytiques sont représentées par une chaîne polypeptidique sur laquelle se trouve le centre actif de l'enzyme. Les sous-unités de régulation contiennent un centre de régulation (allostérique) dans leur structure. Centre allostérique est une section d'une molécule qui peut interagir spécifiquement avec un régulateur enzymatique. En conséquence, les régulateurs peuvent agir à la fois comme activateurs et inhibiteurs de l’enzyme.

La liaison d'un régulateur allostérique à un centre de régulation se produit en raison de la correspondance stérique de sa molécule avec le centre allostérique. En raison de la similitude géométrique de la surface de la molécule régulatrice et de la structure tridimensionnelle du centre allostérique, une interaction spécifique réversible se produit entre elles. Un complexe se forme, qui est stabilisé par les forces d’interactions faibles. Les forces de Van der Waals revêtent ici une importance particulière. En plus d'eux, les liaisons hydrogène, ainsi que les interactions hydrophobes et électrostatiques, participent à la stabilisation du complexe régulateur avec le centre allostérique.

À la suite de l'interaction de l'enzyme avec un inhibiteur allostérique dans la molécule protéique, des changements de conformation se produisent dans la chaîne polypeptidique de la sous-unité régulatrice. Leur apparition affecte l'interaction AVEC- Et R.-sous-unités. En conséquence, la conformation de la chaîne polypeptidique de la sous-unité catalytique change pour la deuxième fois. Une telle restructuration s'accompagne de l'apparition de changements dans la structure du centre actif, entraînant une diminution de l'affinité du centre actif pour le substrat (une augmentation de la valeur À m), qui détermine l'inhibition de l'enzyme (Fig. 33).

Figure 33 – Mécanisme d’inhibition allostérique de l’enzyme

La fixation d'un inhibiteur allostérique sur un centre allostérique entraîne une modification de la conformation du centre actif sur la sous-unité catalytique de l'enzyme et une diminution de son affinité pour le substrat.

L'inhibition allostérique est réversible. Dissociation du complexe R.-les sous-unités avec un inhibiteur s'accompagnent d'une restauration de la conformation originale des chaînes polypeptidiques des sous-unités, ce qui permet de restaurer l'affinité du centre actif pour le substrat.

Très souvent, le rôle des inhibiteurs allostériques est le produit d’une réaction ou d’une voie métabolique à laquelle participe une enzyme. Le processus d'inhibition d'une enzyme par un produit de réaction est appelé rétroinhibition.

La rétroinhibition est à la base du mécanisme de rétroaction négative dans la régulation des processus métaboliques et le maintien de l'homéostasie. Il assure le maintien d'un niveau constant de divers produits intermédiaires métaboliques dans les cellules. Un exemple de rétroinhibition est l'inhibition de l'hexokinase par le produit de réaction glucose-6-phosphate :

Dans certains cas, l’inhibition n’est pas due au produit final de la réaction, mais au produit final du processus dans lequel la réaction se produit. Rétroinhibition enzymatique E produit du processus P :

où B, C, D, D sont des produits intermédiaires.

Dans la séquence de transformations présentée en tant qu'inhibiteur allostérique de l'enzyme E le produit du processus est R.. Un mécanisme similaire de rétroinhibition est largement retrouvé dans les cellules. Un exemple est l'inhibition de l'enzyme acétyl-CoA carboxylase, qui participe à la synthèse des acides gras supérieurs, par le produit final de la synthèse des acides gras - l'acide palmitique.

Ils agissent de manière similaire mais opposée sur les enzymes allostériques activateurs allostériques. En l’absence d’activateur, l’enzyme a une faible affinité pour le substrat. Cependant, lorsqu'un centre allostérique se combine avec un activateur, l'affinité du centre catalytique pour le substrat augmente, ce qui s'accompagne d'une augmentation du taux de conversion du substrat. Une molécule de substrat de réaction agit souvent comme un activateur allostérique. Cela a une signification biologique profonde. Dans des conditions où la teneur en substrat de la cellule augmente, afin de maintenir un environnement interne constant, il est nécessaire de l'éliminer. Ceci est réalisé en activant une enzyme qui catalyse sa conversion. Un exemple d'une telle activation est l'activation de la glucokinase par le glucose.

Les enzymes allostériques dans lesquelles le substrat agit comme activateur sont dites homotropes. Ces enzymes possèdent plusieurs centres de liaison au substrat de même structure qui, selon les conditions, peuvent servir à la fois de centres régulateurs et catalytiques de l'enzyme.

Contrairement aux enzymes homotropes, il existe des enzymes hétérotropes. Ces derniers sont régulés par des modulateurs dont la structure diffère de celle du substrat. Par conséquent, dans leur structure, il existe des structures très différentes actif Et allostérique centres.

Très souvent, la même enzyme allostérique est capable d'interagir avec plusieurs modulateurs différents - activateurs et inhibiteurs. Un exemple est l’enzyme phosphofrctokinase (PPK), qui catalyse la réaction suivante :

Dans ce cas, différents modulateurs ont généralement leurs propres sites de liaison sur la molécule d'enzyme.

La cinétique des enzymes homotropes diffère de la cinétique des enzymes non allostériques. Le graphique de la dépendance de la vitesse de réaction sur la concentration du substrat n'a pas une forme hyperbolique, mais sigmoïde (Fig. 34).

Figure 34 – Cinétique des enzymes homotropes

Pour cette raison, pour calculer À Pour eux, l’équation Michaelis-Menten est inacceptable.

La nature sigmoïde de la cinétique des enzymes allostériques est associée à la nature particulière - coopérative de l'interaction des sous-unités enzymatiques individuelles avec le substrat. La liaison de chaque molécule de substrat ultérieure au site de liaison favorise l'apparition de réarrangements conformationnels dans les sous-unités voisines, entraînant une augmentation de leur affinité pour le substrat.

Isoenzymes

D'une grande importance pour assurer le déroulement efficace des processus métaboliques dans les cellules sont isoenzymes. Les isoenzymes sont des formes multiples d'une enzyme déterminées génétiquement qui catalysent la même réaction, mais ont des structures et des propriétés physicochimiques différentes.

Une enzyme typique représentée par les isoenzymes est la lactate déshydrogénase (LDH). Cette enzyme catalyse la réaction suivante.

L'électrophorèse du sérum sanguin humain révèle cinq fractions protéiques différentes dans le sang qui ont la capacité de catalyser la réaction de lactate déshydrogénase. Ainsi, nous pouvons conclure qu'il existe cinq isoenzymes LDH (Fig. 35).

Figure 35 – Répartition des isoenzymes LDH sur l'électrophorérogramme (l'électrophorèse est réalisée à pH 6,8)

Le fait que les isoenzymes ne se trouvent que dans les enzymes - les protéines oligomères est d'une grande importance pour expliquer le phénomène de l'existence des isoenzymes. Leur molécule est constituée d'au moins deux sous-unités.

Quant à la LDH, cette enzyme est un tétramère, c'est-à-dire sa molécule contient quatre sous-unités distinctes. Il existe deux types différents de sous-unités LDH : le type M (muscle) et le type H (cardiaque). Une sous-unité est une chaîne polypeptidique dont la structure est codée par le gène correspondant, qui détermine la nature génétique des isoenzymes. Étant donné que les polypeptides de sous-unités sont des produits de gènes différents, ils possèdent :

· composition différente en acides aminés (structure primaire) ;

· propriétés physiques et chimiques inégales (mobilité électrophorétique) ;

· caractéristiques de synthèse dans différents tissus.

En raison des différences de structure, les isoenzymes diffèrent également par leur cinétique (affinité pour le substrat), les caractéristiques de régulation de l'activité, ainsi que la localisation dans les cellules eucaryotes et la spécificité tissulaire dans les organismes supérieurs.

La composition du tétramère peut inclure des molécules LHD différents types sous-unités dans des rapports différents. Lorsqu'un tétramère est formé, la combinaison de sous-unités suivante est possible :

Pour cette raison, la raison de l'existence de cinq isoenzymes LDH devient claire : LDH 1 a une mobilité électrophorétique minimale et LDH 5 a une mobilité électrophorétique maximale.

Les gènes des isoenzymes LDH sont exprimés différemment selon les tissus : dans le muscle cardiaque, seule la sous-unité de type H est synthétisée. Par conséquent, seule la LDH 1 est formée ici, qui est constituée exclusivement de ce type de sous-unités. Dans le foie et les muscles squelettiques Seule la sous-unité de type M est synthétisée. Par conséquent, seule l'isoenzyme LDH 5, constituée exclusivement de sous-unités M, est formée et fonctionne ici. Dans d'autres tissus avec à des vitesses différentes les gènes codant pour les sous-unités H et M sont exprimés. Par conséquent, diverses formes intermédiaires d’isoenzymes LDH (LDG 2 – DG 4) peuvent s’y former.

Étant donné que les sous-unités diffèrent composition en acides aminés, ils ont des poids moléculaires différents et charge électrique. Cela détermine leurs différentes propriétés physico-chimiques.

En plus des différences de propriétés physicochimiques, les isoenzymes diffèrent grandement par leurs propriétés catalytiques (en paramètres cinétiques : elles sont caractérisées par des vitesses différentes ( V max) et affinité pour le substrat ( À m), ainsi que la sensibilité à l'action de divers régulateurs).

Donc LDH a 1 valeur À m par rapport à l'acide lactique est de 0,0044 M, alors que pour LDH 5 – 0,0256 M. L'urée présente des propriétés inhibitrices contre la LDH 5, mais n'a aucun effet sur la LDH 1. Dans ce cas, il agit comme un inhibiteur de la LDH 1 acide pyruvique, ce qui n'a pas un effet similaire sur la LDH 5 .

Ainsi, les isoenzymes se distinguent par leur structure et leurs propriétés, et leur existence est déterminée génétiquement. Cela pose la question de la faisabilité biologique des isoenzymes.

Pour comprendre ce problème, il est nécessaire de garder à l’esprit que dans différentes parties (compartiments) d’une cellule eucaryote, ainsi que dans différents tissus d’un organisme multicellulaire, différentes conditions existent. Ils contiennent des concentrations inégales des mêmes substrats et de l'oxygène. Ils se caractérisent par différentes valeurs de pH et composition ionique. Par conséquent, dans les cellules de différents tissus, ainsi que dans différents compartiments de la cellule, les mêmes transformations chimiques se produisent en réalité dans des conditions différentes. À cet égard, l'existence d'isoenzymes présentant des différences dans leurs propriétés catalytiques et régulatrices permet

1) réaliser les mêmes transformations chimiques avec la même efficacité dans des conditions différentes ;

2) assurer une régulation fine des transformations catalytiques en fonction des caractéristiques de répartition des régulateurs dans le compartiment cellulaire correspondant et les différents tissus.

Ceci peut être illustré par les particularités des propriétés des isoenzymes cytoplasmiques et mitochondriales de la carbamoyl phosphate synthase. Cette enzyme catalyse la synthèse du phosphate de carbamoyle.

Le phosphate de carbamoyle, formé dans les mitochondries, sous l'influence de l'isoenzyme mitochondriale, est en outre impliqué dans le processus de formation de l'urée, et le phosphate de carbamoyle, formé sous l'influence de l'isoenzyme cytoplasmique, est ensuite utilisé pour la synthèse des nucléotides pyrimidine. Naturellement, ces enzymes, associées à des processus métaboliques complètement différents, sont spatialement séparées et possèdent des propriétés catalytiques et régulatrices différentes. Leur présence dans une cellule permet à deux processus différents impliquant l’utilisation d’un précurseur de se produire simultanément.

Ainsi, l'existence d'isoenzymes a une signification biologique importante associée à la possibilité que les mêmes processus enzymatiques se produisent dans des conditions différentes et est pour cette raison déterminée génétiquement.

Questions de contrôle

1. Quelles sont les similitudes et les différences entre les enzymes et les catalyseurs non protéiques ?

2. Énumérer les principales classes d'enzymes et les caractériser.

3. Sur quoi est basée la nomenclature internationale moderne des enzymes ?

4. Définir la notion de barrière énergétique à une réaction.

5. Quelles opinions existent sur le mécanisme par lequel les enzymes abaissent la barrière énergétique d'une réaction ?

6. Quelle est la signification physique de la constante de Michaelis et de la vitesse de réaction maximale ?

7. Dans quelles unités la constante de Michaelis et la vitesse de réaction maximale sont-elles mesurées ?

8. Pourquoi la vitesse de la réaction enzymatique augmente-t-elle lorsque la température du mélange réactionnel augmente jusqu'à la température optimale ?

9. Quels types de spécificités enzymatiques connaissez-vous ? Quelle est la spécificité des enzymes ?

10. Pourquoi l'activité enzymatique dépend-elle du pH de l'environnement ? L'activité de quelles enzymes dépend le plus de ce facteur ?

11. Quelles méthodes de détermination quantitative des enzymes connaissez-vous ?

12. Comment l’activité enzymatique est-elle mesurée ?

13. Quelles sont les différences fondamentales entre les inhibiteurs réversibles et irréversibles ?

14. Que sont les inhibiteurs compétitifs ? Quels inhibiteurs compétitifs connaissez-vous ?

15. Quel est le mécanisme de l’inhibition allostérique ?

16. Qu'est-ce que c'est ? faisabilité biologique existence d'isoenzymes ?

17. Quelles méthodes de fractionnement des isoenzymes connaissez-vous ?

Chapitre 6. VITAMINES

Vitamines sont appelés substances organiques nécessaires en petites quantités pour assurer un métabolisme normal et fonctions physiologiques, ne sont pas synthétisés dans l’organisme et sont des composants essentiels de l’alimentation.

Le besoin de vitamines pour assurer les fonctions vitales de l'organisme est dû au fait que la plupart d'entre elles participent à la formation des coenzymes. Étant donné que pour assurer le déroulement normal des processus catalytiques, de très petites quantités d'enzymes sont nécessaires, qui ne sont pas non plus consommées au cours des réactions chimiques, l'organisme a également besoin de vitamines en très petites quantités.

Actuellement, plus de 20 vitamines sont connues. Leurs principales sources sont :

· aliments d'origine animale et végétale ;

microflore saprophyte du gros intestin ;

· provitamines.

Provitamines Ce sont des précurseurs de vitamines, à partir desquelles des vitamines actives se forment dans l'organisme de diverses manières. Ceux-ci incluent le carotène (provitamine A), le 7-déhydrocholestérol (provitamine D), etc.

En plus des vitamines, il existe un groupe spécial substances semblables à des vitamines. Ces substances ont les propriétés des vitamines, mais sont synthétisées dans le corps humain. Il s'agit notamment de la carnitine, de l'inositol, de l'acide lipoïque, de la choline, de l'acide pangamique, de la vitamine U, etc. Les substances semblables aux vitamines présentent les propriétés des vitamines dans les espèces d'organismes correspondantes.

Outre les vitamines, il existe un groupe de substances - les antagonistes, désignées par le terme antivitamines. Il s'agit notamment de substances qui présentent un effet opposé à celui des vitamines.

Les antivitamines peuvent être divisées en deux groupes selon le mécanisme de leur effet antivitaminé.

1. Enzymes qui détruisent les vitamines. Des exemples de représentants de ce groupe incluent la thiaminase (une enzyme qui catalyse la transformation de la vitamine B1), l'ascorbate oxydase (une enzyme qui catalyse la transformation de la vitamine C), etc.

2. Substances qui ont une structure similaire à celle des vitamines, grâce auxquelles elles sont capables d'entrer dans une relation de compétition avec les vitamines pour les sites de liaison communs. Ce groupe comprend également les dérivés vitaminiques (oxythiamine, etc.).

Le besoin en vitamines dépend de nombreuses raisons différentes. Ceux-ci incluent le sexe, l'âge, la saison, la latitude géographique, état physique, nature du travail, état de santé, etc.

Dans le cas où il y a une violation de la correspondance entre les besoins du corps en vitamine et le niveau de son apport dans le corps, un état de déséquilibre vitaminique se produit. Les manifestations d’un déséquilibre vitaminique peuvent inclure :

hypovitaminose;

· avitaminose ;

· hypervitaminose.

Hypovitaminose sont des conditions dans lesquelles la teneur en vitamines du corps diminue. Il existe deux principaux groupes de raisons ( externe Et interne) qui conduisent à leur apparition.

1. Les raisons externes incluent celles qui conduisent à une diminution de l'apport de vitamines à l'organisme à partir des aliments (jeûne, consommation d'aliments contenant une petite quantité de vitamines ou mal cuits).

2. Les causes internes sont associées à une augmentation des besoins de l'organisme en vitamines dans certaines conditions (enfance, grossesse, travail physique pénible, stress et diverses maladies internes) ou à une mauvaise absorption des vitamines dans l'organisme (avec diverses maladies associées à des dommages à Le tube digestif ).

L'hypovitaminose est assez répandue. Ils sont particulièrement fréquents au printemps.

Carences en vitamines représentent une forme extrême d’hypovitaminose. Ils se caractérisent par la disparition de certaines vitamines de l’organisme. Le plus souvent, la cause des carences en vitamines est l'arrêt de l'apport de vitamines dans l'organisme avec les aliments. Actuellement, cette condition est assez rare. Cela peut se produire parmi les groupes de personnes qui travaillent dans des conditions extrêmes (militaires, géologues, marins, etc.).

Hypervitaminose sont des conditions dans lesquelles la teneur en vitamines du corps augmente. La raison de leur apparition est le plus souvent une augmentation de l'apport en vitamines provenant des aliments. L'apparition d'une hypervitaminose est plus typique pour les vitamines liposolubles. Cela peut survenir lors d'une consommation prolongée d'aliments riches en certaines vitamines, ainsi que d'une surdose de préparations vitaminées.

Classification des vitamines

La base classement moderne Les vitamines dépendent de leur solubilité. Sur cette base, toutes les vitamines sont divisées en :

· liposoluble– les vitamines A, D, E, K, F, Q ;

· soluble dans l'eau– les vitamines du groupe B (B 1, B 2, B 3, B 5, B 6, B 12, B c), ainsi que PP, C, H et rutine.

Vitamines liposolubles

Ce groupe de vitamines se caractérise par un certain nombre de les propriétés générales:

1. La structure de nombreuses vitamines liposolubles comprend des résidus de molécules d'isoprène. Ils sont reliés les uns aux autres par des chaînes d'une certaine longueur, qui déterminent en grande partie l'insolubilité des vitamines liposolubles dans l'eau et vice versa - une bonne solubilité dans les solvants organiques :

2. Pour assurer l’absorption des vitamines liposolubles, il est nécessaire d’en avoir une quantité suffisante acides biliaires dans les intestins, ainsi qu'une teneur suffisante en graisses, comme leurs solvants, dans les aliments.

3. Étant donné que les vitamines liposolubles sont insolubles dans l'eau, elles sont transportées dans le corps par le sang à l'aide de transporteurs protéiques spéciaux. En règle générale, chaque vitamine est transportée par sa propre protéine porteuse.

4. Les vitamines liposolubles peuvent s’accumuler dans les tissus des organes internes. Le tissu hépatique leur sert le plus souvent de « dépôt ». L'arrêt de la consommation de vitamines liposolubles provenant des aliments ne conduit pas immédiatement à une hypovitaminose. Cela est dû au fait que l'organisme est capable de les fournir pendant un certain temps à partir de ses propres « dépôts ».

5. La plupart des vitamines liposolubles n’ont pas de fonction coenzyme.

6. Rôle biologique Les vitamines liposolubles sont dues au fait qu’elles ont la capacité de réguler l’expression des gènes.

Cependant, malgré certaines similitudes, les vitamines liposolubles présentent des différences significatives dans la manifestation de leur effet biologique.

Vitamine A

Activité enzymatique dans la cellule inconstantà l'heure. Les enzymes réagissent avec sensibilité à la situation dans laquelle se trouve la cellule, aux facteurs qui l'affectent tant de l'extérieur que de l'intérieur. L'objectif principal Une telle sensibilité des enzymes consiste à répondre aux changements de l'environnement, à adapter la cellule à de nouvelles conditions, à donner une réponse appropriée aux stimuli hormonaux et autres et, dans certaines situations, à fournir à la cellule une chance de survivre.

Méthodes de régulation de l'activité enzymatique

Il existe plusieurs façons de réguler l'activité enzymatique dans une cellule : certaines méthodes conviennent à n'importe quelle enzyme, d'autres sont plus spécifiques.

1. Disponibilité du substrat ou du coenzyme

Fonctionne ici loi de l'action de masse– loi fondamentale de la cinétique chimique : à température constante, la vitesse d'une réaction chimique est proportionnelle au produit de la concentration des substances en réaction. Ou, pour le dire simplement, la vitesse à laquelle les substances réagissent entre elles dépend de leur concentration. Ainsi, la modification de la quantité d'au moins un des substrats arrête ou démarre la réaction.

5. Régulation allostérique

Les enzymes allostériques sont construites de deux sous-unités ou plus: certaines sous-unités contiennent un centre catalytique, d'autres ont un centre allostérique et sont régulatrices. L'attachement d'un effecteur à une sous-unité allostérique (régulatrice) modifie la conformation de la protéine et, par conséquent, l'activité de la sous-unité catalytique.

Les enzymes allostériques apparaissent généralement au début des voies métaboliques et l'évolution de nombreuses réactions ultérieures dépend de leur activité. C'est pourquoi on les appelle souvent enzymes clés.

Le métabolite final d'un processus biochimique ou le produit de cette réaction peut agir comme un régulateur négatif, c'est-à-dire qu'il s'active mécanisme de rétroaction négative. Si les régulateurs sont le métabolite ou substrat initial de la réaction, alors on parle de régulation directe, il peut être positif ou négatif. Les métabolites des voies biochimiques liées d’une manière ou d’une autre à cette réaction peuvent également être des régulateurs.

Régulation de la phosphofructokinase par le produit final

Par exemple, l'enzyme pour la dégradation énergétique du glucose, phosphofructokinase, est régulé par les produits intermédiaires et finaux de cette répartition. Dans ce cas, l'ATP, l'acide citrique, le fructose-1,6-biphosphate sont des inhibiteurs, et le fructose-6-phosphate et l'AMP sont des activateurs enzymatiques.

Autre exemple : dans la plupart des cellules de l'organisme (sauf le foie) lors de la régulation de la synthèse du cholestérol par un inhibiteur allostérique enzyme clé ce processus HMG-CoA réductase le cholestérol lui-même apparaît, qui régule sa quantité rapidement et avec précision.

2. Un autre exemple d'interaction protéine-protéine peut être la régulation de l'activité protéine kinase Aà travers mécanisme d'association-dissociation.

La protéine kinase A est une enzyme tétramère composée de 2 sous-unités catalytiques (C) et 2 régulatrices (R). L'activateur de la protéine kinase A est l'AMPc. L'attachement de l'AMPc aux sous-unités régulatrices de l'enzyme provoque leur départ des sous-unités catalytiques. Les sous-unités catalytiques sont activées.

Activation de la protéine kinase A par l'AMPc

7. Modification covalente (chimique)

La modification covalente implique l’ajout ou la suppression réversible d’un groupe spécifique, modifiant ainsi l’activité de l’enzyme. Le plus souvent, un tel groupe est l'acide phosphorique, moins souvent les groupes méthyle et acétyle. La phosphorylation de l'enzyme se produit au niveau des résidus sérine et tyrosine. L'ajout d'acide phosphorique aux protéines est réalisé par des enzymes protéines kinases, fractionnement – protéines phosphatases.

Modification de l'activité enzymatique
pendant la phosphorylation-déphosphorylation

Les enzymes peuvent être actives dans les deux phosphorylé, et en déphosphorylé condition.

Par exemple, dans les enzymes musculaires glycogène phosphorylase Et glycogène synthase

• à charger sont phosphorylés et la glycogène phosphorylase devient active et commence à décomposer le glycogène et à brûler le glucose, tandis que la glycogène synthase est inactive.
• pendant des loisirs Lors de la synthèse du glycogène, les deux enzymes sont déphosphorylées, la synthase devient active et la phosphorylase devient inactive.

La modification de l'activité enzymatique est le moyen le plus rapide d'influencer la vitesse d'une réaction. L'activité de l'enzyme est affectée par des facteurs physiques (température, lumière, pression, etc.), l'action de ces facteurs est dans la plupart des cas non spécifique. Les facteurs chimiques affectent spécifiquement l'activité des enzymes. Plusieurs cas peuvent être ici soulignés. Premièrement, le facteur peut se lier au site actif de l’enzyme, ce qui entraîne le plus souvent une perte d’activité catalytique. Le substrat lui-même peut agir de cette manière en l'absence de tout facteur nécessaire à la réaction, ou le centre actif de l'enzyme peut être bloqué par un autre agent en cas d'inhibition compétitive. Deuxièmement, une modification chimique de l’enzyme peut se produire sous l’action d’une autre enzyme.

La manière la plus subtile et la plus répandue de réguler l’activité enzymatique est régulation allostérique . Dans ce cas, le facteur régulateur ne se lie pas au centre catalytique de l'enzyme, mais à une autre partie de celle-ci ( centre de réglementation), ce qui entraîne une modification de l’activité enzymatique. Les enzymes ainsi régulées sont appelées allostérique, ils occupent souvent une position clé dans le métabolisme. La substance qui se lie au centre de régulation est appelée effecteur , l'effecteur peut être inhibiteur , peut être activateur Généralement, les effecteurs sont soit les produits finaux de voies de biosynthèse (inhibition de la rétroaction), soit des substances dont la concentration reflète l'état du métabolisme cellulaire (ATP, AMP, NAD+, etc.). En règle générale, les enzymes allostériques catalysent l'une des réactions qui déclenchent le processus de formation d'un métabolite. Habituellement, cette étape limite la vitesse de l'ensemble du processus. Dans les processus cataboliques accompagnés Synthèse d'ATP de l'ADP, le produit final lui-même, l'ATP, agit souvent comme un inhibiteur allostérique de l'un des premiers stades du catabolisme. Un inhibiteur allostérique de l'un des premiers stades de l'anabolisme est souvent le produit final de la biosynthèse, par exemple un acide aminé. Par exemple, une enzyme allostérique est thréonine désaminase, une enzyme qui catalyse la première étape de la biosynthèse de l'isoleucine à partir de la thréonine ; l'isoleucine est un inhibiteur de cette enzyme (Fig. 31). Ceci est un exemple typique de rétro-inhibition.

Riz. 31. Schéma de régulation de la biosynthèse de la L-isoleucine par un mécanisme de rétroaction négative :

F1– l'enzyme allostérique thréonine désaminase, F2 – F5– des enzymes qui catalysent les étapes intermédiaires de la biosynthèse de l’isoleucine. La flèche montre l'inhibition de la thréonine désaminase par la L-leucine, le produit final de cette voie de biosynthèse.

L'activité de certaines enzymes allostériques est stimulée par des activateurs spécifiques. Une enzyme allostérique qui régule l'une des séquences cataboliques de réactions peut, par exemple, être soumise à l'effet stimulant d'effecteurs positifs - ADR ou AMP - et à l'effet inhibiteur d'un effecteur négatif - ATP. Il existe également des cas où une enzyme allostérique d'une voie métabolique réagit de manière spécifique aux produits intermédiaires ou finaux d'autres voies métaboliques. Grâce à cela, il est possible de coordonner la vitesse d'action de différents systèmes enzymatiques.