Enzymo cas

Définition

Une enzyme fixe un substrat pour le transformer en produit. Ainsi, l'enzyme possède un site actif formé de l'ensemble des acides aminés qui entrent en contact avec le substrat. Ce site actif est formé de deux sites :

• Le site de fixation du substrat.

• Le site catalytique qui va agir sur le substrat et lui faire subir la réaction chimique.

Les acides aminés qui constituent le site catalytique sont en général la sérine, la cystéine, l'histidine, la tyrosine et la lysine. Le site de fixation du substrat et le site catalytique peuvent être confondus ou distincts. Les enzymes sont des catalyseurs, c'est à dire :

• ils ne sont pas modifiés de point de vue structural suite à la réaction enzymatique.

• ils agissent en faible quantité.

• ils ne modifient pas l'équilibre d'une réaction réversible mais accélère la réaction.

Ainsi, l'équilibre final est le même en absence qu'en présence d'enzyme mais il est obtenu plus rapidement en présence de l'enzyme. Il existe une énergie d'activation qui est l'énergie nécessaire pour démarrer la réaction enzymatique (Fig.1).

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Action de la température sur la réaction enzymatique

La température augmente la vitesse enzymatique puisque l'interaction entre l'enzyme et son substrat devient plus importante à forte température. Nous constatons que la vitesse augmente d'une façon exponentielle avec la température. Mais, l'enzyme est une protéine et à partir d'une certaine température, sa structure se modifie. A fortes températures la protéine se dénature et perd donc une partie de son activité enzymatique. L'activité enzymatique sera donc la résultante de la variation de la vitesse de la réaction enzymatique et du pourcentage de dénaturation de l'enzyme en fonction de la température. Ainsi, l'activité enzymatique augmente jusqu'à une température optimale puis diminue pour atteindre une activité nulle à de grandes températures. A la température optimale l'activité enzymatique est la plus importante (Fig.2). Cette température optimale varie d'une enzyme à un autre.

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Figure 2. Effet de la température sur l'activité enzymatique.

Action du pH sur l'activité enzymatique

Un enzyme est actif à certains pH. L'activité est maximale à un pH précis. C'est le pH optimal. A ce pH, l'enzyme possède une conformation bien déterminée qui va lui conférer son activité. Lorsque ce pH varie, la structure de l'enzyme varie et donc son activité diminue. Ainsi, si nous traçons l'activité enzymatique en fonction du pH, nous constatons que cette activité augmente pour atteindre une valeur maximale au pH optimal, ensuite elle diminue pour atteindre une activité égale à zéro à forte pH ; Il doit être tout à fait clair que le pH optimal varie d'une enzyme à un autre.

Il est possible de déterminer les valeurs du pK d'une enzyme en portant le pKM (= log KM ) de l'enzyme en fonction du pH (Fig.3)

L'activité maximale étant la plus importante au pH et à température optimaux, il devient tout à fait normal de faire travailler un enzyme dans les conditions optimales de température et de pH.

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Figure 3. Variation du pKM en fonction du pH. Le sommet de la courbe correspond au pH optimal.

Cinétique enzymatique.

Introduction

La vitesse d'une réaction enzymatique se mesure en dosant le produit apparu ou le substrat disparu sous l'action de l'enzyme par unité de temps. L'activité moléculaire d'un enzyme est le nombre de molécules de substrat transformés par minute par une molécule d'enzyme dans les conditions optimales.

Vitesse de la réaction enzymatique en fonction du temps. Réaction d'ordre zéro.

C'est une réaction au cours de laquelle la quantité de substrat transformé par unité de temps est constamment indépendante de sa concentration. C'est la même quantité de substrat qui disparaît quand on fait des prélèvements toutes les minutes.

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où S est la concentration du substrat au temps t. Le signe négatif indique que la concentration du substrat décroît.

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Au temps t = 0, cte = -S0 qui représente la concentration de substrat au début de la réaction. L'équation 4 peut être écrite :

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Le graphe S = f(t) donne une droite de pente égale à –k et d'ordonnée à l'origine S0 (Fig. 4).

La même analyse peut être réalisée en suivant la variation de la concentration du produit P :

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A t= 0, cte = 0 et nous aurons:

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Les unités de k sont : M.s-1

Le tracé de P en fonction du temps donne une droite qui passe par l'origine et de pente k (Fig.4).

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Figure 4. Variation des concentrations du substrat et du produit avec le temps pour une réaction cinétique d'ordre zéro.

Réaction d'ordre 1

La concentration de substrat disparu ou de produit formé par unité de temps est proportionnelle à la quantité de substrat présent lors de la mesure.

La vitesse de disparition du substrat décroît constamment.

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k = v / [A], ce qui signifie que l'unité de k est: M.s-1 / M = s-1.

A partir de la définition de la cinétique d'ordre 1, nous pouvons écrire :

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Au temps t = 0, cte = - Ln So. Ainsi, l'équation précédente peut être écrite:

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ou

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Le tracé de Ln S en fonction de t, donne une droite de pente égale à – k et de point d'intersection sur l'axe des Y égal à Ln So (Figure 5).

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Figure 5. Détermination de la constante cinétique d'une réaction d'ordre 1.

L'équation précédente peut être modifiée et écrite sous la forme suivante:

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Donc, S décroît exponentiellement avec le temps.

Pour S = So / 2, nous obtenons

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ou

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t½ est appelé le temps de la demi-réaction.

Transformation d'un substrat en produit en présence d'enzyme

Le rôle de l'enzyme dans ces types de réaction est d'accélérer la vitesse de formation du produit. Cependant, la substance possède un site de fixation sur l'enzyme et donc pour pouvoir transformer le substrat en produit, un complexe enzyme-substrat est formé et puis ensuite le produit final est obtenu libre dans le milieu. Ainsi, la formation du produit suivra le schéma suivant :

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