BP09: Le lysozyme, une enzyme spécifique

Obj.: Montrer la liaison entre la structure spatiale et l’activité d’une enzyme en prenant comme exemple le lysozyme

Pour faire en sorte que des réactions chimiques dans une cellule vivante se déroulent à une vitesse acceptable, la cellule utilise toute une série de catalyseurs ou d’enzymes. Ces enzymes, la plupart du temps des protéines, accélèrent les réactions d’un facteur s’élevant jusqu’à 106 ! Au cours de la réaction, le substrat va se lier dans le site actif de l’enzyme; les inter-réactions enzyme-substrat sont très spécifiques: le substrat d’une enzyme ne va pas se lier dans le site actif d’une autre enzyme. Cette spécificité résulte des formes complémentaires du substrat et du creux ou de la fente dans lequel il se lie.


  En l’occurrence, on fera souvent référence au principe de la clé-serrure. La première structure enzymatique qui a été déterminée est celle du lysozyme, isolé du blanc d’œuf de poule (1966). Le lysozyme est présent par exemple dans les larmes et dans la salive et il est en mesure de, pour ainsi dire, dissoudre un certain nombre de bactéries en pratiquant des coupures dans la paroi cellulaire des polysaccharides. La structure en trois dimensions du lysozyme humain (à droite, référence: P.J. Artymiuk & C.C.F. Blake, J. Mol. Biol., 152, 737 (1981), Protein Databank code: 1lz1) est constituée par 130 acides aminés et par un mélange d’hélices a et de feuillets b. Le site actif se trouve dans une fente profonde dans laquelle viennent se loger approximativement six unités de sucre de la chaîne de polysaccharides qui doit être scindée.

On a pu également découvrir le mécanisme catalytique via la structure cristalline. En l’occurrence, l’acide glutamique 35 et l’acide aspartique 53 jouent le rôle principal. Ces deux acides sont liés de part et d’autre de la chaîne de sucre. Le groupe acide de glu 35 cède un proton à l’atome d’oxygène du glycoside entre les unités de sucre 4 et 5 (schéma à gauche), si bien que cette liaison est rompue. L’atome de carbone 1 du noyau de sucre situé à droite est positivement chargé (carbocation) et se trouve stabilisé par la proximité du groupe carboxyle de asp 53. Le carbocation réagit avec un groupe hydroxyle provenant du solvant, si bien que glu 35 est à nouveau protoné et que la chaîne scindée quitte le centre actif.
Par diffraction des rayons X, on a pu déjà déterminer le mécanisme de fonctionnement d’un grand nombre d’enzymes.