Enzymologie
En biochimie, l'enzymologie (du grec ζύμωσις+ἔργον, travail de la fermentation) étudie les enzymes et la fermentation. Différents domaines plus spécifiques peuvent être dégagés :
- l'étude des réactions enzymatiques, comprenant la cinétique réactionnelle,
- l'approche structurale des enzymes et leur relation avec leur activité, ce qui permet en outre de classer les enzymes selon la nomenclature EC.
La fermentation, ainsi que la respiration anaérobique, constituerait des processus plus anciens que la respiration aérobique. Le faible niveau d'oxygène initialement sur la Planète instigua des mécanismes anaérobiques aux premiers organismes. Les eukaryotes évoluèrent vers une respiration aérobique en développant la capacité d'utiliser l'oxygène issue de la photosynthèse.
Origines
À partir de 1854, Louis Pasteur s'installa à Lille où il occupa la fonction de doyen de la faculté des sciences de Lille, nouvellement établie en 1854 dans une aile du lycée Faidherbe. Son intérêt pour la fermentation grandit à partir de 1856 quand le père d'un de ses étudiants, vigneron local, lui demanda conseil sur la fabrication d'alcool de betterave.
Il publia son Mémoire sur la fermentation lactique' en novembre 1857 dans lequel il affirma que son intention consiste à établir que « de même qu'il existe un ferment alcoolique, la levure de bière, que l'on retrouve partout où il y a du sucre qui se dédouble en alcool et en acide carbonique, de même il y a un ferment particulier, une levure lactique toujours présente quand du sucre devient acide lactique, et que, si tout matière plastique azotée peut transformer le sucre en cet acide, c'est qu'elle est pour le développement de ce ferment un aliment convenable[1]. »
Pour ce premier zymologiste, le processus de fermentation s'apparente à une « respiration sans air ».
Processus de fermentation
Rapidement dit, la fermentation commence quand le taux d'oxygène devient insuffisant à la respiration aérobique des organismes. Ce phénomène intervient également dans le corps humain ; les activités intenses et prolongées, comme un marathon ou du bodybuilding, amènent le corps à fermenter, à sécréter de l'acide lactique, induisant la sensation de courbature et les crampes. Pour autant, l'acide lactique ne constitue pas nécessairement le seul produit de fermentation. Suivant les micro-organismes en action, la fermentation transforme les carbohydrates en acide pyruvique ou en acide éthylique.
Inhibiteur
Un inhibiteur enzymatique est une molécule dont la présence fait diminuer la vitesse de réaction catalysée par l'enzyme car sa forme tridimensionnelle est identique au substrat de cette enzyme. Dans le cadre de la catalyse michaelienne, tout se passe comme si la concentration d'enzyme active est diminuée, diminuant ainsi l'efficacité.
Les principaux types d'inhibition sont :
Calcul de vitesse de réaction et de constante de Michaelis
Les calculs enzymologiques se basent sur des mesures d'apparition de produit ou de disparition de substrat en fonction du temps. On utilise souvent des techniques d'absorption par colorimétrie pour juger de ces quantités. Les données recueillies permettent de déterminer le type d'enzyme et de catalyse à partir d'une analyse cinétique. Par exemple, dans le cas d'une enzyme simple, suivant la loi de Michaelis-Menten, il est possible de tracer un graphique ayant en ordonnée l'inverse de la quantité du produit et en abscisse l'inverse du temps. Le graphique obtenu donne une droite théorique (représentation de Lineweaver-Burk). La vitesse d'un enzyme simple suit la loi de Michaelis-Menten :
Avec :
- : vitesse initiale (c’est-à-dire en absence de produit) de la réaction enzymatique pour une concentration de substrat (en µmol/min) ;
- : Vitesse initiale maximale mesurée pour une concentration saturante de substrat (en µmol/min) ;
- : Concentration en substrat (en mol/l) ;
- : Constante de Michaelis spécifique de l'enzyme. C'est la concentration en substrat pour laquelle la vitesse initiale de la réaction est égale à (en mol/l). Elle correspond à l'inverse de la constante d'affinité apparente du substrat pour l'enzyme, c'est-à-dire égale à la constante de dissociation. Il faut toutefois noter que la constante de Michaelis n'est pas une constante de dissociation à proprement parler, mais elle peut le devenir par exemple dans des conditions non catalytiques.
Graphiquement, l'équation de Michaelis est une branche d'hyperbole.
Voir aussi
Sources
Notes et références
- Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences (lire en ligne), p. 914
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