Les Enzymes : Catalyseurs Biologiques et Spécificité

I. Les enzymes : des catalyseurs biologiques

(Référence : TP 12 - La digestion des glucides alimentaires : des réactions catalysées)

Une enzyme accélère le déroulement d’une réaction chimique, au cours de laquelle un substrat est transformé en produit. Elle est donc un catalyseur de réaction chimique. Elle est retrouvée intacte en fin de réaction.

Étant une protéine synthétisée par une cellule vivante, l'enzyme est qualifiée de catalyseur biologique.

Conditions de fonctionnement optimales

Les enzymes nécessitent des conditions particulières pour fonctionner. Ces conditions optimales (ou optimums de fonctionnement) correspondent aux conditions régnant sur leur lieu d’action.

• Une enzyme telle que l’amylase fonctionne à une température de 37 °C et à un pH 7.
• D’autres, comme la pepsine (une enzyme gastrique), fonctionnent au pH 2 de l’estomac.

II. La double spécificité des enzymes

(Références : TP 13 - La spécificité enzymatique ; TP 14 - Équipement enzymatique et spécialisation cellulaire)

En général, une enzyme ne catalyse qu’un seul type de réaction chimique et catalyse la transformation d’un seul type de substrat donné. On dit qu’elle possède une double spécificité :

1. Une spécificité de réaction catalytique.
2. Une spécificité de substrat.

Cette double spécificité oriente le métabolisme cellulaire, car elle est responsable du fait qu’une molécule donnée participe à une réaction chimique bien précise.

Le bon fonctionnement des enzymes est fondamental pour le déroulement correct des diverses réactions métaboliques. Les enzymes sont donc essentielles à la vie cellulaire.

III. La formation d’un complexe enzyme-substrat

(Références : TP 15 - Cinétique enzymatique ; TP 16 - Relation enzyme-substrat)

Cinétique de la réaction enzymatique

La courbe de la concentration en produit (ou substrat) en fonction du temps permet de calculer la vitesse initiale de la réaction enzymatique.

Le tracé de la courbe de la vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat montre l’existence d’un plateau. Ce plateau témoigne de la saturation de l’enzyme par de fortes quantités de substrat et traduit l’établissement d’une relation étroite entre l’enzyme et son substrat au cours de la réaction catalysée.

Le complexe enzyme-substrat, qui est provisoire, facilite la transformation du substrat en produit.

Le site actif

Les contacts étroits entre l’enzyme et son substrat s’établissent au niveau d’une zone particulière de la structure tridimensionnelle de l’enzyme : le site actif. La structure spécifique du site actif explique la double spécificité de cette dernière.

Facteurs affectant l'activité enzymatique

Toute modification de cette structure spatiale est susceptible d’avoir des répercussions sur l’activité enzymatique. De telles modifications de la structure tridimensionnelle d’une enzyme peuvent être dues :

• À des modifications de la structure primaire de l’enzyme. En effet, la structure primaire d’une protéine détermine son repliement dans l’espace. C’est alors le gène dirigeant la synthèse de l’enzyme qui est affecté par une mutation.
• À des modifications liées à l’environnement dans lequel l’enzyme est placée. Par exemple, la température et le pH sont des facteurs déterminants.

IV. Expression génétique et contenu enzymatique

(Référence : TP 14)

Les protéines enzymatiques présentes dans une cellule sont issues de l’expression de l’information génétique de cette dernière.

Des cellules spécialisées appartenant à des tissus aux fonctionnalités différentes ne présentent pas les mêmes contenus enzymatiques. Les enzymes constituent donc un marqueur de la spécialisation cellulaire.

Au cours de sa vie, la cellule peut modifier son activité par la synthèse de différentes enzymes.