Apoenzyme

Définition

Une apoenzyme est une partie protéique d'une enzyme, qui doit être activée par une coenzyme ou un cofacteur. Associé à un substrat, elle devient une holoenzyme. Pour une enzyme composée, l'apoprotéine est identique à l'apoenzyme.

Les apoenzymes, forme inactive des enzymes, sont encore capables de se lier au substrat avec une affinité comparable à l'holoenzyme, mais elles ne sont pas capables de transformer le substrat en produit. La liaison du substrat à l'apoenzyme peut entraîner un changement de conformation qui peut être facilement détecté par des mesures de fluorescence.

L'apoenzyme dans la formation d'une holoenzyme :

Une enzyme (biocatalyseur vital) se compose de deux parties : l'apoenzyme, qui est la partie protéique et le cofacteur, qui est la partie non protéique. L'ensemble complet s'appelle une holoenzyme.

Explications

L'apoenzyme est la partie protéique d'une holoenzyme, c'est-à-dire une enzyme qui ne peut exercer son action catalytique dépourvue des cofacteurs nécessaires, que ce soit des ions métalliques (Fe, Cu, Mg, etc.) ou organiques, Il peut s'agir d'une coenzyme ou d'un groupe prothétique, selon la force de ses liens avec l'apoenzyme. L'apoenzyme est donc catalytiquement inactive, jusqu'à ce qu'elle soit jointe par le cofacteur approprié.

Le bon fonctionnement de l'organisme est dû au fait que certains cofacteurs ont la capacité de se séparer de leurs apoenzymes respectifs et d'opérer des fonctions spécifiques. L'exemple le plus connu de ce fait est le NAD et le FAD, deux coenzymes des enzymes déshydrogénases qui, lors de la capture de l'hydrogène, se séparent de l'apoenzyme pour avoir une fonction importante dans le cycle de Krebs.

Exemple avec le glucose

Une apoenzyme avec cofacteur FAD est une holoenzyme :

Formes holoenzyme et apoenzyme du glucose oxydase d'Aspergillus niger. Le cofacteur FAD est représenté en jaune et le glucose en rouge.

Les capteurs de glucose, pour une surveillance continue de la glycémie, peuvent utiliser des enzymes appauvries en coenzymes (apoenzymes) comme capteurs de substrat non consommateurs. Des exemples d'apoenzymes utilisées pour la détection du glucose sont l'apoglucose oxydase d'Aspergillus niger, l'apoglucose déshydrogénase du micro-organisme thermophile Thermoplasma acidophilum et l'apoglucokinase de l'eubactérie thermophile Bacillus stearothermophilus.

Formation de l'holoenzyme

La capacité de l'apoenzyme à former une holoenzyme en présence de porphobilinogène est bien documentée. Cependant, le taux de formation d'holoenzymes à partir du porphobilinogène est toujours apparu trop lent et inefficace pour tenir compte du taux in vivo avec une phase de latence appréciable dans les expériences in vitro.

Un indice sur le mécanisme d'assemblage des cofacteurs est venu de l'observation que la régénération de l'holoenzyme à partir de l'apoenzyme et du porphobilinogène était considérablement accélérée si des quantités catalytiques d'holodéaminase active étaient incluses, suggérant que le préuroporphyrinogène peut être impliqué.

Cela a été confirmé lorsque le préuroporphyrinogène a été préparé de manière indépendante et a montré qu'il transformait l'apoenzyme en holoenzyme rapidement et beaucoup plus efficacement que le porphobilinogène. Le produit initial de la réaction de l'apoenzyme avec le préuroporphyrinogène s'est avéré être "ES2" dans lequel les quatre unités pyrrole du préuroporphyrinogène avaient été incorporées intactes et liées de manière covalente à la protéine.

Pour convertir l'intermédiaire ES2 en cofacteur dipyrrométhane, l'enzyme doit compléter le cycle catalytique par l'ajout de deux molécules de substrat, laissant deux des cycles pyrrole du préuroporphyrinogène d'origine comme unités C-1 et C-2 de la cofacteur dipyrrométhane. La nature réactive du préuroporphyrinogène, un 1-hydroxyméthylbilane, permettrait facilement la formation d'un intermédiaire azafulvène qui pourrait alkyler Cys242. Ce mécanisme d'assemblage de cofacteur explique comment les mutants Asp-84-Ala et Asp-84-Asn catalytiquement inactifs peuvent exister sous forme de complexes ES2.

De plus, un tel mécanisme d'assemblage surmonte également la question embarrassante de savoir pourquoi le cofacteur est lié en permanence à la protéine et la réaction apoenzyme → holoenzyme est irréversible dans des conditions physiologiques. Ainsi, l'utilisation d'un tétrapyrrole préformé garantit que la machinerie catalytique ne peut jamais accéder au cofacteur d'une manière pouvant conduire à la perte des cycles C-1 et C-2.

Les mutants de Cys242 ont fourni une preuve supplémentaire qu'un intermédiaire azafulvène est impliqué dans la fixation du cofacteur puisqu'un mutant avec de la sérine à la place de la cystéine est également capable de former une holoenzyme active. La spectrométrie de masse par électrospray du mutant Cys-242-Ser confirme l'existence d'un nouvelle holoenzyme avec un Mr 16 inférieur à celui de la désaminase de type sauvage, compatible avec le fait que la liaison cofacteur est un éther d'oxygène. Bien que la substitution de O par S à la position 242 réduise l'efficacité de l'assemblage de cofacteur, l'holoenzyme mutante, une fois formée, a des propriétés enzymatiques similaires à celles de l'enzyme de type sauvage.

En rapport avec "apoenzyme"

• coenzyme

  

  Une coenzyme est une petite molécule organique nécessaire pour qu'une enzyme remplisse sa fonction.

• endoenzyme

  

  Une endoenzyme est une enzyme produite à l'intérieur de la cellule et qui est active dans son milieu intracellulaire.

• enzyme

  

  Une enzyme est un catalyseur biologique, presque toujours une protéine. Elle accélère le déroulement d'une réaction chimique spécifique dans la cellule.

• enzyme allostérique

  

  Une enzyme allostérique participe à une allostérie, c'est-à-dire avec deux sites de liaison à deux ligands différents.