TOME I
INTRODUCTION GÉNÉRALE
PARTIE I - THERMODYNAMIQUE DES RÉACTIONS ENZYMATIQUES
1 - RAPPEL DES PRINCIPES THERMODYNAMIQUES - NOTION D'ÉQUILIBRE CHIMIQUE
1.1. Rappel des principes thermodynamiques
1.1.1. Premier principe
1.1.2. Deuxième principe
1.1.3. Troisième principe
1.1.4. Energie libre
1.2. Notion d'équilibre - Energie libre standard
1.3. Détermination expérimentale des paramètres thermodynamiques
[...]
TOME I
INTRODUCTION GÉNÉRALE
PARTIE I - THERMODYNAMIQUE DES RÉACTIONS ENZYMATIQUES
1 - RAPPEL DES PRINCIPES THERMODYNAMIQUES - NOTION D'ÉQUILIBRE CHIMIQUE
1.1. Rappel des principes thermodynamiques
1.1.1. Premier principe
1.1.2. Deuxième principe
1.1.3. Troisième principe
1.1.4. Energie libre
1.2. Notion d'équilibre - Energie libre standard
1.3. Détermination expérimentale des paramètres thermodynamiques
1.3.1. Variation d'enthalpie
1.3.2. Variation d'énergie libre
1.3.2.1. Analyse thermochimique
1.3.2.2. Etude de l'équilibre
1.3.2.3. Mesure directe du travail fourni par le système
1.4. Réactions couplées
1.4.1. Définition du couplage énergétique
1.4.2. Rôle de l' ATP
1.4.3. Energie libre d'hydrolyse de quelques composés phosphorylés
1.4.4. Quelques exemples de couplage énergétique
1.4.4.1. Formation d'ATP à partir de l'énergie d'oxydation des aliments
1.4.4.2. Utilisation de l'énergie de l'ATP pour le travail chimique
1.4.4.3. Travail osmotique
1.4.4.4. Travail mécanique
Bibliographie
2 - EQUILIBRES D'ASSOCIATION PROTÉINE-LIGANDS
2.1. Protéine possédant un seul site de fixation pour le ligand
2.2. Protéine possédant plusieurs sites équivalents et indépendants
2.3. Protéine possédant n sites indépendants et non-équivalents
2.4. Protéine possédant n sites équivalents mais dépendants
2.4.1. Sites équivalents présentant une dépendance électrostatique
2.4.2. Sites équivalents présentant des interactions stériques ou conformationnelles
2.4.2.1. Aspect phénoménologique
2.4.2.2. Energie d'interaction entre les sites
2.4.2.3. Les équations empiriques
2.5. Fonctions liées
2.6. Méthodes d'étude de fixation de Iigands
2.6.1. Dialyse à l'équilibre
2.6.2. Dialyse dynamique
2.6.3. Mesure des interactions protéine-ligand dans un système biphasique eau-polymère
2.6.4. Chromatographie d'exclusion par la taille
2.6.5. Ultrafiltration
2.6.6. Ultracentrifugation
2.6.7. Méthodes spectrophotométriques directes
2.6.8. Titrage direct du nombre de sites actifs
2.6.9. Interprétation des données expérimentales
Bibliographie
3 - LES ÊTRES VIVANTS, SYSTÈMES OUVERTS
3.1. Les êtres vivants sont des systèmes ouverts, loin de l'équilibre
3.1.1. Conservation de la masse dans les systèmes ouverts
3.1.2. Conservation de l'énergie dans les systèmes ouverts : expression du premier principe
3.1.3. Production d'entropie dans les systèmes ouverts : second principe
3.1.4. Production d'entropie due aux réactions chimiques : l'affinité chimique
3.1.5. Production d'entropie et vitesse des phénomènes irréversibles
3.1.5.1. Les phénomènes irréversibles au voisinage de l'équilibre
3.1.5.2. Les phénomènes irréversibles loin de l'équilibre
3.2. Echange de matière et d'énergie avec l'environnement
Bibliographie
PARTIE II - ETUDES CINÉTIQUES DES RÉACTIONS ENZYMATIQUES EN SOLUTION
4 - CINÉTIQUE CHIMIQUE
4.1. Ordre des réactions chimiques
4.1.1. Loi fondamentale de la cinétique chimique
4.1.2. Détermination de l'ordre d'une réaction
4.1.3. Réactions du premier ordre
4.1.4. Réactions réversibles du premier ordre
4.1.5. Réactions d'ordre 1 simultanées
4.1.6. Réactions du second ordre
4.1.6.1. Premier cas : aobo
4.1.6.2. Deuxième cas : ao=bo
4.1.7. Réactions d'ordre 2 réversibles
4.1.8. Equilibre de dimérisation
4.1.9. Réactions d'ordre 0
4.1.10. Signification de l'ordre des réactions : ordre et molécularité
4.2. Activation des molécules
4.2.1. Energie d'activation
4.2.2. Réactions catalysées - Rôle du catalyseur
5 - CINÉTIQUE DES RÉACTIONS ENZYMATIQUES À COMPORTEMENT MICHAELIEN
5.1. Evolution des réactions enzymatiques : aspect phénoménologique
5.1.1. Variation de la quantité de produit formé en fonction de temps
5.1.1.1. Phase préstationnaire
5.1.1.2. Phase stationnaire
5.1.1.3. Phase d'inhibition par les produits de la réaction
5.1.1.4. Phase d'équilibre
5.1.2. Théorie de MICHAELIS-MENTEN
5.2. Réactions enzymatiques à un substrat et un complexe intermédiaire
5.2.1. Réversibilité des réactions enzymatiques
5.2.2. Vitesse des réactions enzymatiques : approximation de l'état stationnaire, approximation du quasi-équilibre - Signification des paramètres cinétiques
5.2.2.1. Cinétique de l'état préstationnaire
5.2.2.2. Atteinte de l'état stationnaire
5.2.2.3. Approximation du quasi-équilibre
5.2.2.4. Ordre des réactions enzymatiques
5.2.3. Méthodes de détermination des paramètres cinétiques
5.2.3.1. Représentation semi-logarithmique
5.2.3.2. Représentation d'EADIE
5.2.3.3. Représentation de LINEWEAVER-BURK
5.2.3.4. Représentation de HANES-DIXON
5.2.3.5. Représentation à partir de l'équation des vitesses intégrée
5.2.3.6. Représentation directe d'EISENTHAL et CORNISH-BOWDEN
5.2.3.7. Validité des différentes représentations graphiques
5.3. Cinétique des réactions enzymatiques en présence d'effecteurs (inhibiteurs ou activateurs)
5.3.1. Cinétique des réactions enzymatiques en présence d'inhibiteurs
5.3.1.1. Les inhibitions totales
5.3.1.2. Inhibitions partielles
5.3.2. Cinétique des réactions enzymatiques en présence d'activateur
5.3.2.1. Activations totales
5.3.2.2. Activations partielles
5.3.2.3. Exemples d'activation enzymatique
5.3.2.4. Activation par le substrat
5.4. Réactions enzymatiques à un substrat et plusieurs complexes intermédiaires
5.4.1. Cinétiques à l'état stationnaire
5.4.1.1. Traitement cinétique par les déterminants
5.4.1.2. Traitement par la méthode graphique de KING et ALTMAN
5.4.1.3. Traitement par d'autres méthodes de graphes
5.4.1.4. Relation entre les paramètres de l'équation des vitesses dans les réactions à un substrat et deux complexes intermédiaires
5.4.2. Exemple : réactions enzymatiques catalysées par les protéases à sérine
5.4.3. Signification des paramètres cinétiques
5.4.3.1. Acylation limitante : k2<<k3
5.4.3.2. Désacylation limitante : k2>>k3
5.4.4. Détermination des constantes cinétiques élémentaires
5.4.5. Etude de la compétition nucléophile
5.4.5.1. Etude de la compétition nucléophile dans le cas où il n y a pas de site de l'eau et de ses analogues
5.4.5.2. Détermination des paramètres cinétiques dans le cas où existe un site de l'eau et de ses analogues
5.4.6. Etude cinétique de l'état préstationnaire : titrage des sites actifs des enzymes
5.4.7. Généralisation à n intermédiaires
5.5. Réactions enzymatiques à deux substrats
5.5.1. Nomenclature
5.5.2. Schémas linéaires
5.5.2.1. Mécanisme Bi Bi ordonné
5.5.2.2. Mécanisme Bi Bi Iso ordonné
5.5.2.3. Mécanisme Bi Bi ping-pong
5.5.2.4. Mécanisme THEORELL-CHANCE
5.5.3. Schémas branchés: mécanisme Bi Bi au hasard
5.5.4. Etude cinétique de quelques réactions à deux substrats
5.5.4.1. Mécanisme Bi Bi ordonné
5.5.4.2. Mécanisme ping-pong Bi Bi
5.5.4.3. Un schéma branché : le mécanisme Bi Bi au hasard (Bi Bi random)
5.5.5. Schémas homéomorphes - Comment lever l'ambiguïté de la réponse cinétique ?
5.5.5.1. Etude des inhibitions par les produits de la réaction : règles de CLELAND
5.5.5.2. Etude de l'association des substrats à l'enzyme
5.5.5.3. Etude des étapes transitoires par cinétique rapide
5.5.6. Quelques exemples
5.5.6.1. La L-aspartate-2-oxoglutarate amino transférase
5.5.6.2. L 'hexokinase de levure
5.6. Analyse statistique des données expérimentales
5.6.1. Quelques définitions
5.6.2. La régression linéaire simple
5.6.3. La régression multilinéaire
5.6.4. Analyse d'une régression non-linéaire
5.6.5. Vérification de l'adéquation du traitement
5.6.5.1. Examen des valeurs résiduelles
5.6.5.2. Le facteur de pondération Wi
5.6.5.3. Stratégie générale
Bibliographie
6 - MÉTHODES EXPÉRIMENTALES D'ÉTUDE DES RÉACTIONS ENZYMATIQUES
6.1. Méthodes discontinues
6.2. Méthodes continues
6.3. Dosages enzymatiques couplés
6.4. Méthodes de flux
6.4.1. Principe général des méthodes de flux
6.4.2. Appareils à flux continu
6.4.3. Appareils de stopped-flow
6.4.4. Appareils de quenched-flow
6.4.5. Critère d'homogénéité du mélange
6.4.6. Quelques problèmes techniques
6.5. Méthodes de relaxation
6.5.1. Principe des méthodes de relaxation
6.5.1.1. Perturbation transitoire
6.5.1.2. Perturbation alternative
6.5.2. Principales méthodes de relaxation
6.5.2.1. Relaxation thermique
6.5.2.2. Choc de pression
6.5.2.3. Autres méthodes de relaxation
6.5.3. Traitement des données cinétiques
6.5.3.1. Réactions à n étapes consécutives
6.5.3.2. Réaction d'ordre 1 à une étape : isomérisation
6.5.3.3. Réaction bimoléculaire à une étape
6.5.3.4. Réaction bimoléculaire suivie d'une isomérisation
6.5.3.5. Equilibre de dimérisation
6.5.3.6. Analyse des données de relaxation
6.5.3.7. Exemple d'étude d'une réaction enzymatique au moyen de la relaxation thermique
6.6. Etude des réactions enzymatiques aux basses températures : cryoenzymologie
6.7. Etude des réactions enzymatiques sous haute pression
6.7.1. Principe
6.7.2. Volume d'activation
6.7.3. Appareillage
Bibliographie
PARTIE III - FORMATION ET STRUCTURE DU CENTRE ACTIF DES ENZYMES
7 - ORIGINE DES ENZYMES ET ÉVOLUTION
7.1. Echelle de temps de l'évolution
7.2. Chimie du prébiotique dans l'hypothèse de la « soupe originelle >>
7.2.1. Formation de quelques molécules organiques simples
7.2.2. Formation dede macromolécules
7.2.2.1. Formation abiotique de polypeptides
7.2.2.2. Formation abiotique de nucléotides et acides nucléiques
7.2.3. Discussion sur la nature des premières molécules biologiques
7.3. Théorie du métabolisme de surface
7.3.1. Les « métabolistes » de surface autotrophes
7.3.2. Le changement vers un métabolisme cellulaire
7.3.3. Evolution de l'appareil génétique
7.3.4. Propriétés catalytiques des ARN
7.4. Chiralité des molécules biologiques
7.5. Autres théories sur l'origine de la vie
Bibliographie
8 - FORMATION DE LA STRUCTURE FONCTIONNELLE DES ENZYMES : ÉVÉNEMENTS CO- ET POST-TRADUCTIONNELS
8.1. Processus covalents
8.1.1. Protéolyses limitées
8.1.2. Modifications chimiques
8.2. Processus non-covalents
8.2.1. Repliement des protéines
8.2.2. Assemblage des sous-unités
Bibliographie
9 - TOPOLOGIE DU CENTRE ACTIF DES ENZYMES
9.1. Approche cinétique - Analyse des profils de pH
9.1.1. Effet du pH sur l'état conformationnel de la protéine
9.1.1.1. Dénaturation irréversible
9.1.1.2. Dénaturation réversible
9.1.1.3. Ionisation de groupes qui interviennent spécifiquement dans la conformation active de l'enzyme
9.1.2. Etats d'ionisation du substrat
9.1.3. Effet du pH sur les associations enzyme-substrat
9.1.4. Effets du pH sur l'ionisation des groupes catalytiques
9.1.4.1. Réactions enzymatiques comportant un seul intermédiaire
9.1.4.2. Réactions enzymatiques impliquant deux complexes intermédiaires
9.1.4.3. Réactions enzymatiques comportant plusieurs complexes intermédiaires
9.2. Approche chimique de l'étude du centre actif des enzymes
9.2.1. Principe du marquage chimique
9.2.1.1. Effets du microenvironnement sur les groupes fonctionnels de la protéine
9.2.1.2. Effet du microenvironnement sur le réactif
9.2.1.3. Conditions requises pour la conduite d'une modification chimique
9.2.2. Stratégie des modifications chimiques
9.2.2.1. Marquage par un substrat, un quasi-substrat ou un coenzyme
9.2.2.2. Marqueurs d'affinité
9.2.2.3. Marquage par photoaffinité
9.2.2.4. Réactifs suicides
9.2.2.5. Marquage direct par des réactifs sélectifs
9.2.2.6. Marquage différentiel
9.2.2.7. Principales réactions des chaînes latérales des acides aminés
9.2.3. Critères utilisés pour l'interprétation des résultats
9.2.3.1. Inactivation stoechiométrique
9.2.3.2. Protection spécifique contre l'inactivation
9.2.3.3. Analyse cinétique des résultats
9.2.3.4. Réversibilité de la modification chimique et de la perte d'activité
9.3. Utilisation des méthodes de mutagenèse dirigée pour l'étude du centre actif des enzymes
9.3.1. Méthodologie
9.3.2. Stratégie
9.3.3. Quelques exemples
9.4. Etudes structurales par radiocristallographie et résonance magnétique nucléaire du centre actif des enzymes
Bibliographie
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