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Les enzymes sont influencées par le milieu

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Objectif : Les progrès de la biologie moléculaire ont montré que la structure des enzymes dépendait des gènes gouvernant leur synthèse.
Quel est le rôle des facteurs du milieu (température, pH, concentration en certains substrats) sur l'activité d'une enzyme ?
1. L'influence de la température
a. Un effet double
  • La vitesse d'une réaction chimique est généralement augmentée par une élévation de température.
  • D'autre part la forme tridimensionnelle de l'enzyme est modifiée par la température.

Ce double effet s'observe sur une représentation graphique de la vitesse de la réaction catalysée en fonction de la température du milieu. La courbe a un aspect dissymétrique.

 

b. Une température optimale de catalyse
La température optimale de catalyse est la température pour laquelle la vitesse de la réaction catalysée est maximale. Elle varie selon l'enzyme considérée, mais elle est caractéristique d'une enzyme donnée. Dans les cellules humaines, cette température optimale est proche de 37 degrés Celsius. Si la température du milieu augmente au-delà de 40 degrés, l'enzyme peut être dénaturée, c'est-à-dire qu'elle perd sa configuration spatiale et qu'elle cesse de catalyser la réaction chimique.
A des températures élevées, cette perte de fonction catalytique est irréversible : même si l'enzyme est replacée dans des conditions optimales de température, elle ne retrouve pas son aptitude à catalyser la réaction chimique. Comme d'autres protéines, les enzymes sont détruites par la chaleur.
A l'inverse, pour des basses températures, l'enzyme est seulement inactivée. Elle retrouve sa fonction catalytique dès qu'elle est replacée dans des conditions de température convenables.
2. L'influence du pH
a. L'activité d'une enzyme varie en fonction du pH
Examinons la courbe représentant la vitesse de la réaction catalysée en fonction du pH.
L'activité est d'abord relativement basse puis elle augmente pour atteindre une valeur maximale ; si le pH du milieu continue alors à augmenter, l'activité enzymatique diminue.
Le pH optimal de fonctionnement de l'enzyme est celui pour lequel l'activité enzymatique est maximale.
Dans l'exemple de l'amylase ci-dessous, une enzyme de la salive catalysant l'hydrolyse de l'amidon, le pH optimal est de 7 (pH neutre).

 

La diminution d'activité de part et d'autre de la valeur optimale s'interprète par le changement d'ionisation des acides aminés du site actif de l'enzyme. Quand les charges des chaînes latérales des acides aminés sont modifiées, pour des pH plus éloignés de la valeur optimale, la structure de l'enzyme est modifiée, et en perdant sa forme, la molécule perd son activité de catalyse.
b. Un pH optimal caractéristique de chaque enzyme
Toutes les enzymes n'ont pas un pH optimal d'activité égal à 7, comme l'amylase.
La pepsine gastrique a une activité maximale en milieu acide, pour un pH voisin de 2. La trypsine pancréatique, qui joue aussi un rôle dans la digestion des protides mais qui est libérée dans l'intestin et non pas dans l'estomac, fonctionne elle de façon optimale en milieu basique, pour un pH proche de 8.
3. L'influence d'autres molécules
L'activité d'une enzyme dépend de la concentration en substrat. Si le substrat est en quantité très faible ou nulle, l'activité sera négligeable.

Elle dépend aussi d'autres molécules présentes dans le milieu. Par exemple, s'il existe des inhibiteurs, molécules de forme voisine du substrat, qui occupent à sa place le site actif de l'enzyme, l'activité peut être fortement diminuée.

D'autre part, certaines molécules sont parfois indispensables pour que l'enzyme fonctionne (coenzymes, ions).

 

L'essentiel

Toute enzyme a un fonctionnement optimal dans des conditions de température et de pH bien définies. C'est parce qu'elles influencent la conformation tridimensionnelle de la molécule protéique que ces conditions physico-chimiques peuvent modifier l'activité de l'enzyme.

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