Le mécanisme catalytique de la chymotrypsine

L'étude expérimentale a montré que chymotrypsine , trypsine et élastase catalysent le clivage de la liaison peptidique après un résidu d'acide aminé qui n'est pas quelconque.
Quelle est la stratégie catalytique utilisée par ces enzymes?
La structure détaillée de la chymotrypsine est connue depuis 1967. Les nombreuses études faites sur cette protéase ont permis de proposer un modèle de son mode d'action.

Quelques données concernant la chymotrypsine.
-Un résidu sérine impliqué dans le mécanisme catalytique
Le DIFP inhibe irréversiblement la chymotrypsine. On a pu montrer qu'il se lie de manière covalente et stable au résidu Ser 195 , la réaction impliquant le groupement hydroxyle de la chaîne latérale de cet acide aminé. Les 27 autres résidus sérine de la molécule d'enzyme ne réagissent pas avec cet inhibiteur, ce qui met en évidence la très grande aptitude à réagir de Ser 195. L'inactivation chimique de l'enzyme par le DIFP montre que Ser 195 doit participer au mécanisme catalytique.

-Une triade catalytique
L'étude en 3D de la structure de la molécule de chymotrypsine complexée à différents analogues du substrat (en réalité des inhibiteurs ) à permis de mieux comprendre la réactivité inhabituelle du OH du résidu Ser 195. Les modèles montrent bien la présence dans le site catalytique, près de l'analogue du substrat, de Ser 195 mais aussi de His 57 et de Asp 102, 3 résidus qui peuvent interagir. Ils établissent entre eux des liaisons hydrogène (comme le montre l'image ci-dessus), ce qui entraîne notamment une polarisation plus marquée de la liaison entre les atomes O et H du groupement hydroxyle de Ser 195. Ainsi le proton, moins retenu par la Ser 195 (plus acide), est plus mobile et sera facilement cédé à His 57. L'intervention de Ser 195 est conditionnée par la présence des 2 autres résidus.

-Une poche essentiellement hydrophobe dans le site actif
Les études tridimensionnelles montrent également la présence dans le site actif de la chymotrypsine d'une poche en grande partie hydrophobe, près de la triade. Dans cette cavité, peut venir se loger un résidu acide aminé ayant lui-même une chaîne latérale hydrophobe "volumineuse", aromatique comme Phe (voir expérimentation), Trp et Tyr ou non comme Met.
En place dans la poche, le résidu est orienté de manière à placer la liaison peptidique qui sera clivée, au voisinage de la Ser 195 très réactive. Ce positionnement conditionne l'intervention de la triade catalytique. Voir modèle 3D avec triade et poche.

Un modèle du mécanisme catalytique
L'animation proposée montre comment Ser 195 et His 57 sont directement impliqués dans la catalyse, Asp 102 n'intervenant qu'indirectement. Les processus réactionnels (attaques nucléophiles...) ne sont pas mis en évidence. Voir modèle animé.

Les autres endoprotéases trypsine et élastase utilisent-elles la même stratégie catalytique que la chymotrypsine? Comment explique-t-on leur spécificité? Voir page suivante.