7 – UTILISATION D'ISOTOPES POUR L'ÉTUDE
DES MÉCANISMES ENZYMATIQUES
7.1. ECHANGE ISOTOPIQUE ET EFFETS ISOTOPIQUES
Il n'est certainement pas exagéré de considérer que l'utilisation d'isotopes a joué un
rôle aussi important dans le développement de la biochimie classique que le spectrophotomètre. Aucune des voies métaboliques connues aujourd'hui n'aurait pu être
élucidée sans l'utilisation d'isotopes. Aujourd'hui, la spectrophotométrie joue encore
un rôle important dans l'étude de la cinétique enzymatique plus que dans d'autres
domaines de la biochimie, mais si l'utilisation d'isotopes est moins courante, il existe
toujours quelques applications importantes qui doivent être considérées. Avant de
discuter de ce point, il est important de souligner que les deux principales classes
d'application d'isotopes ne sont pas simplement différentes l'une de l'autre, mais
qu'elles sont diamétralement opposées.
L'échange isotopique, et toutes les autres utilisations d'isotopes à des fins de
marquage, reposent sur l'hypothèse que la substitution isotopique d'un atome dans
une molécule n'affecte pas les propriétés chimiques de cette dernière, et que tout effet
sur ses propriétés cinétiques est suffisamment faible pour être négligé dans l'analyse :
le marquage isotopique est uniquement utilisé comme une méthode d'identification
de certaines molécules dans un ensemble de molécules identiques. D'un autre côté,
l'analyse des effets isotopiques repose sur l'hypothèse qu'il existe des différences
mesurables entre les propriétés cinétiques ou d'équilibre de molécules substituées par
des isotopes. Il est évident que ces deux hypothèses ne peuvent pas être correctes
simultanément, mais en pratique, cette contradiction ne pose pas de problème puisque des conditions peuvent être choisies dans lesquelles chacune de ces hypothèses
est valable. En réalité, les différences expérimentales entre les deux types d'application sont considérables, comme le montre le tableau 7.1. La nature nous a généreusement fourni deux isotopes lourds d'hydrogène, l'élément le plus abondant, qui
peuvent être utilisés pour étudier les effets isotopiques. Ces effets dépendent des
différences relatives de masse atomique (§ 7.6 et 7.7), et celles-ci sont les plus
grandes pour les éléments les plus légers. Des isotopes radioactifs de trois éléments
(hydrogène, carbone, phosphore) parmi les plus importants éléments biologiques sont
également disponibles, alors que des isotopes radioactifs de l'azote et de l'oxygène se
DES MÉCANISMES ENZYMATIQUES
7.1. ECHANGE ISOTOPIQUE ET EFFETS ISOTOPIQUES
Il n'est certainement pas exagéré de considérer que l'utilisation d'isotopes a joué un
rôle aussi important dans le développement de la biochimie classique que le spectrophotomètre. Aucune des voies métaboliques connues aujourd'hui n'aurait pu être
élucidée sans l'utilisation d'isotopes. Aujourd'hui, la spectrophotométrie joue encore
un rôle important dans l'étude de la cinétique enzymatique plus que dans d'autres
domaines de la biochimie, mais si l'utilisation d'isotopes est moins courante, il existe
toujours quelques applications importantes qui doivent être considérées. Avant de
discuter de ce point, il est important de souligner que les deux principales classes
d'application d'isotopes ne sont pas simplement différentes l'une de l'autre, mais
qu'elles sont diamétralement opposées.
L'échange isotopique, et toutes les autres utilisations d'isotopes à des fins de
marquage, reposent sur l'hypothèse que la substitution isotopique d'un atome dans
une molécule n'affecte pas les propriétés chimiques de cette dernière, et que tout effet
sur ses propriétés cinétiques est suffisamment faible pour être négligé dans l'analyse :
le marquage isotopique est uniquement utilisé comme une méthode d'identification
de certaines molécules dans un ensemble de molécules identiques. D'un autre côté,
l'analyse des effets isotopiques repose sur l'hypothèse qu'il existe des différences
mesurables entre les propriétés cinétiques ou d'équilibre de molécules substituées par
des isotopes. Il est évident que ces deux hypothèses ne peuvent pas être correctes
simultanément, mais en pratique, cette contradiction ne pose pas de problème puisque des conditions peuvent être choisies dans lesquelles chacune de ces hypothèses
est valable. En réalité, les différences expérimentales entre les deux types d'application sont considérables, comme le montre le tableau 7.1. La nature nous a généreusement fourni deux isotopes lourds d'hydrogène, l'élément le plus abondant, qui
peuvent être utilisés pour étudier les effets isotopiques. Ces effets dépendent des
différences relatives de masse atomique (§ 7.6 et 7.7), et celles-ci sont les plus
grandes pour les éléments les plus légers. Des isotopes radioactifs de trois éléments
(hydrogène, carbone, phosphore) parmi les plus importants éléments biologiques sont
également disponibles, alors que des isotopes radioactifs de l'azote et de l'oxygène se