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CINÉTIQUE ENZYMATIQUE
E'
A + E
E + P
K
k
catalysées par des enzymes, mais en pratique, il y a plusieurs complications qui
doivent être correctement appréhendées si une information utile doit être obtenue à
partir de mesures d’activité enzymatique en fonction de la température.
Premièrement, tous les enzymes se dénaturent lorsqu’ils sont chauffés au-delà des
températures physiologiques, et la conformation des enzymes est altérée, souvent
irréversiblement, entraînant une perte de leur activité catalytique. La dénaturation
est un processus chimiquement complexe, qui n’est encore que partiellement comprise, et nous donnerons ici un compte-rendu simplifié de ce phénomène. Nous
limiterons notre discussion à la dénaturation réversible, nous supposerons qu’un
équilibre existe en permanence entre la forme dénaturée et la forme active de l’enzyme, et qu’il n’existe qu’une seule espèce dénaturée. Cependant, nous insistons
sur le fait que la limitation au cas réversible est motivée par la simplification du
traitement et non pas parce que les effets irréversibles sont négligeables dans la
pratique. L’exemple discuté dans le § 8.6.2 traitera d’une dénaturation irréversible,
mais de manière qualitative.
La dénaturation réversible n’implique pas la rupture de liaisons covalentes, mais
seulement de liaisons de faible énergie, comme par exemple de liaisons
hydrogènes, qui sont impliquées dans le maintien de la conformation active de
l’enzyme. Bien qu’une liaison hydrogène soit beaucoup moins forte qu’une liaison
covalente (environ 20 kJ mol
–1 pour une liaison hydrogène par rapport à environ
400 kJ mol
–1 pour une liaison covalente), la dénaturation implique généralement la
rupture de nombreuses liaisons de faible énergie. Plus exactement, elle implique le
remplacement de nombreuses liaisons hydrogène intramoléculaires par des liaisons
hydrogènes entre la molécule d’enzyme et les molécules du solvant. L’enthalpie
standard d’une réaction de dénaturation, DH °' , est souvent très élevée, typiquement entre 200 et 500 kJ mol
–1 , mais la rupture de nombreuses liaisons de faible
énergie s’accompagne d’une augmentation considérable du nombre de conformations accessibles par la molécule d’enzyme, et donc la dénaturation se caractérise
aussi par une entropie standard de réaction, DS°' , très élevée.
L’effet de la dénaturation sur les constantes de vitesse observées peut
être visualisé en considérant l’exemple simple d’un enzyme actif E en
équilibre avec une forme inactive E', comme présenté dans le schéma
de la figure 8.11.
8.11 - Mécanisme simple de dénaturation réversible de l’enzyme
Par souci de simplicité, la réaction catalytique est représentée comme une simple
réaction de second-ordre avec une constante k, telle que nous l’observons habituellement pour de faibles concentrations de substrat. La constante d’équilibre pour la
dénaturation varie avec la température en accord avec l’équation de VAN’T HOFF
(§ 2.5.2) :
−=
° =
° −
°
RT K
G
H
T S
ln
DDD ''
'
[8.49]
CINÉTIQUE ENZYMATIQUE
E'
A + E
E + P
K
k
catalysées par des enzymes, mais en pratique, il y a plusieurs complications qui
doivent être correctement appréhendées si une information utile doit être obtenue à
partir de mesures d’activité enzymatique en fonction de la température.
Premièrement, tous les enzymes se dénaturent lorsqu’ils sont chauffés au-delà des
températures physiologiques, et la conformation des enzymes est altérée, souvent
irréversiblement, entraînant une perte de leur activité catalytique. La dénaturation
est un processus chimiquement complexe, qui n’est encore que partiellement comprise, et nous donnerons ici un compte-rendu simplifié de ce phénomène. Nous
limiterons notre discussion à la dénaturation réversible, nous supposerons qu’un
équilibre existe en permanence entre la forme dénaturée et la forme active de l’enzyme, et qu’il n’existe qu’une seule espèce dénaturée. Cependant, nous insistons
sur le fait que la limitation au cas réversible est motivée par la simplification du
traitement et non pas parce que les effets irréversibles sont négligeables dans la
pratique. L’exemple discuté dans le § 8.6.2 traitera d’une dénaturation irréversible,
mais de manière qualitative.
La dénaturation réversible n’implique pas la rupture de liaisons covalentes, mais
seulement de liaisons de faible énergie, comme par exemple de liaisons
hydrogènes, qui sont impliquées dans le maintien de la conformation active de
l’enzyme. Bien qu’une liaison hydrogène soit beaucoup moins forte qu’une liaison
covalente (environ 20 kJ mol
–1 pour une liaison hydrogène par rapport à environ
400 kJ mol
–1 pour une liaison covalente), la dénaturation implique généralement la
rupture de nombreuses liaisons de faible énergie. Plus exactement, elle implique le
remplacement de nombreuses liaisons hydrogène intramoléculaires par des liaisons
hydrogènes entre la molécule d’enzyme et les molécules du solvant. L’enthalpie
standard d’une réaction de dénaturation, DH °' , est souvent très élevée, typiquement entre 200 et 500 kJ mol
–1 , mais la rupture de nombreuses liaisons de faible
énergie s’accompagne d’une augmentation considérable du nombre de conformations accessibles par la molécule d’enzyme, et donc la dénaturation se caractérise
aussi par une entropie standard de réaction, DS°' , très élevée.
L’effet de la dénaturation sur les constantes de vitesse observées peut
être visualisé en considérant l’exemple simple d’un enzyme actif E en
équilibre avec une forme inactive E', comme présenté dans le schéma
de la figure 8.11.
8.11 - Mécanisme simple de dénaturation réversible de l’enzyme
Par souci de simplicité, la réaction catalytique est représentée comme une simple
réaction de second-ordre avec une constante k, telle que nous l’observons habituellement pour de faibles concentrations de substrat. La constante d’équilibre pour la
dénaturation varie avec la température en accord avec l’équation de VAN’T HOFF
(§ 2.5.2) :
−=
° =
° −
°
RT K
G
H
T S
ln
DDD ''
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