3 – INTRODUCTION À LA CINÉTIQUE ENZYMATIQUE - RÉACTIONS À UN SUBSTRAT ET UN PRODUIT
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accélère simplement l’évolution du système vers cette position d’équilibre. En
d’autres termes, les lois de la thermodynamique prévoient qu’un enzyme catalyse
toujours une réaction dans les deux directions. Dans un certain nombre de cas,
cependant, la catalyse apparaît beaucoup plus efficace dans une des deux directions, en apparente contradiction avec les lois de la thermodynamique. Un exemple
frappant est celui de la méthionine adénosyltransférase pour laquelle la vitesse
limite de la réaction directe est environ 2 . 10
5 fois supérieure à la vitesse limite de
la réaction inverse, alors que la constante d’équilibre est proche de l’unité (MUDD
et MANN, 1963). Malgré une discussion approfondie de ce cas par JENCKS (1975),
beaucoup de biochimistes méconnaissent ce type de comportement et restent
convaincus que cette réaction enzymatique ne respecte pas les lois de la thermodynamique. Cependant, bien que l’équation d’HALDANE impose des limites sur le
comportement cinétique possible d’un enzyme, elle laisse la porte ouverte à
l’existence d’une large gamme de comportements.
Si nous considérons l’équation [3.81] qui décrit le comportement d’une réaction
réversible en fonction des constantes de spécificité et des constantes de MICHAELIS,
il est évident que l’une ou l’autre des constantes de spécificité peut prendre une
valeur quelconque à condition que l’autre s’accorde aux exigences imposées par la
constante d’équilibre, et qu’aucune contrainte n’est imposée sur les constantes de
MICHAELIS. Par exemple, si la catalyse de la direction directe est largement plus
efficace que celle de la réaction inverse, la constante de dissociation K mA doit être
beaucoup plus grande que K mP . Une petite valeur de K mP se manifeste généralement par une inhibition par le produit de la réaction directe. Alternativement,
si l’équation est écrite en termes de constantes catalytiques et de constantes de
MICHAELIS, comme c’est la pratique courante, l’analyse paraît plus complexe parce
que ce type d’écriture masque le fait que seules les constantes de spécificité sont
soumises à une contrainte thermodynamique.
Si nous souhaitons examiner la gamme des comportements possibles, nous pouvons ignorer le rapport des constantes de spécificité parce que ce rapport est
imposé par la thermodynamique et qu’il ne peut pas être ajusté au cours de
l’évolution de l’enzyme. De la même manière, nous pouvons également ignorer les
grandeurs réelles de ces constantes puisque celles-ci reflètent uniquement le niveau
général d’activité catalytique de l’enzyme. Les seuls paramètres ajustables sont
donc les constantes de MICHAELIS. Comme nous pouvons le voir dans la
figure 3.17, si les valeurs de K mA et de K mP sont très différentes, le graphique de v
en fonction de log([ ] [ ])
PAest fortement asymétrique : si K mP << K mA
(c'est-à-dire si le produit se fixe beaucoup plus fortement que le substrat, comme
c’est le cas par exemple pour de nombreuses deshydrogénases qui convertissent
NAD ox en NAD red ), la pente de la courbe est beaucoup plus accentuée lorsque le
système approche de l’équilibre dans la direction directe de la réaction que
lorsqu’il l’approche dans la direction inverse ; dans des conditions opposées c’est
évidemment l’inverse qui est observé. En conclusion, un enzyme peut être un bien
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accélère simplement l’évolution du système vers cette position d’équilibre. En
d’autres termes, les lois de la thermodynamique prévoient qu’un enzyme catalyse
toujours une réaction dans les deux directions. Dans un certain nombre de cas,
cependant, la catalyse apparaît beaucoup plus efficace dans une des deux directions, en apparente contradiction avec les lois de la thermodynamique. Un exemple
frappant est celui de la méthionine adénosyltransférase pour laquelle la vitesse
limite de la réaction directe est environ 2 . 10
5 fois supérieure à la vitesse limite de
la réaction inverse, alors que la constante d’équilibre est proche de l’unité (MUDD
et MANN, 1963). Malgré une discussion approfondie de ce cas par JENCKS (1975),
beaucoup de biochimistes méconnaissent ce type de comportement et restent
convaincus que cette réaction enzymatique ne respecte pas les lois de la thermodynamique. Cependant, bien que l’équation d’HALDANE impose des limites sur le
comportement cinétique possible d’un enzyme, elle laisse la porte ouverte à
l’existence d’une large gamme de comportements.
Si nous considérons l’équation [3.81] qui décrit le comportement d’une réaction
réversible en fonction des constantes de spécificité et des constantes de MICHAELIS,
il est évident que l’une ou l’autre des constantes de spécificité peut prendre une
valeur quelconque à condition que l’autre s’accorde aux exigences imposées par la
constante d’équilibre, et qu’aucune contrainte n’est imposée sur les constantes de
MICHAELIS. Par exemple, si la catalyse de la direction directe est largement plus
efficace que celle de la réaction inverse, la constante de dissociation K mA doit être
beaucoup plus grande que K mP . Une petite valeur de K mP se manifeste généralement par une inhibition par le produit de la réaction directe. Alternativement,
si l’équation est écrite en termes de constantes catalytiques et de constantes de
MICHAELIS, comme c’est la pratique courante, l’analyse paraît plus complexe parce
que ce type d’écriture masque le fait que seules les constantes de spécificité sont
soumises à une contrainte thermodynamique.
Si nous souhaitons examiner la gamme des comportements possibles, nous pouvons ignorer le rapport des constantes de spécificité parce que ce rapport est
imposé par la thermodynamique et qu’il ne peut pas être ajusté au cours de
l’évolution de l’enzyme. De la même manière, nous pouvons également ignorer les
grandeurs réelles de ces constantes puisque celles-ci reflètent uniquement le niveau
général d’activité catalytique de l’enzyme. Les seuls paramètres ajustables sont
donc les constantes de MICHAELIS. Comme nous pouvons le voir dans la
figure 3.17, si les valeurs de K mA et de K mP sont très différentes, le graphique de v
en fonction de log([ ] [ ])
PAest fortement asymétrique : si K mP << K mA
(c'est-à-dire si le produit se fixe beaucoup plus fortement que le substrat, comme
c’est le cas par exemple pour de nombreuses deshydrogénases qui convertissent
NAD ox en NAD red ), la pente de la courbe est beaucoup plus accentuée lorsque le
système approche de l’équilibre dans la direction directe de la réaction que
lorsqu’il l’approche dans la direction inverse ; dans des conditions opposées c’est
évidemment l’inverse qui est observé. En conclusion, un enzyme peut être un bien