8 – EFFETS DE L’ENVIRONNEMENT SUR LES ENZYMES
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8.7.2. Effet de la pression sur les interactions non-covalentes
Un facteur important qui contribue aux variations de volume des macromolécules
est lié à l’hydratation des interactions électrostatiques. Quand un ion est formé en
solution, les molécules d’eau qui l’entourent sont attirées par l’ion (interactions
ion-dipôle), un phénomène connu sous le nom d’électrostriction et qui conduit à
une réduction du volume du système. Pour la solvatation d’un ion portant une seule
charge, la variation du volume est de l’ordre de –10 mL mol
–1 . La dissociation
d’une molécule neutre en deux ions s’accompagne ainsi d’une variation de volume
de l’ordre –20 mL mol
–1 , qui correspond au volume d’ionisation de l’eau pure.
Le phénomène d’électrostriction est proportionnel au carré de la charge de l’ion et
donc, la variation de volume est plus importante pour les ions plusieurs fois
chargés. Sur la base de ces informations, nous pouvons conclure que les interactions électrostatiques dans les macromolécules sont affaiblies lorsque la pression
augmente. Par exemple, la chymotrypsine est inactivée de manière réversible par
une augmentation de pression à cause de la dissociation d’un pont salin dans la
région du site actif (HEREMANS et HEREMANS, 1989).
Un second facteur est lié à l’effet de la pression sur les liaisons hydrogène.
Des études réalisées avec des composés modèles indiquent que les liaisons hydrogène sont stabilisées par une augmentation de la pression (VAN ELDIK et al., 1989),
en raison d’une réduction des distances inter-atomiques. Néanmoins, des réactions
impliquant des échanges entre des liaisons hydrogène existantes se caractérisent
par une très faible variation de volume (VAN ELDIK et al., 1989).
Finalement, la formation d’interactions hydrophobes s’accompagne d’une augmentation de volume (DV > 0) et ces interactions sont donc affaiblies par une augmentation de la pression. Néanmoins, l’importance de cet effet dépend du modèle
étudié et varie entre + 1 et + 20 mL mol
–1 pour un groupe CH 2 . D’autre part les
interactions par empilage des cycles aromatiques sont caractérisées par un volume
de réaction négatif et sont donc stabilisées par une augmentation de pression.
8.7.3. Effets de la pression sur les réactions enzymatiques
L’étude des changements de volume dans les différentes étapes d’un processus
catalytique fournit des données complémentaires à celles obtenues par d’autres
méthodes. Toutefois, la variation du volume d’activation pour les réactions enzymatiques impliquant plusieurs étapes peut être complexe et inclure des changements de volume dans l’étape qui détermine la vitesse mais aussi dans l’étape de
fixation du substrat et dans toutes les étapes qui précèdent l’étape limitant la
vitesse.
Une étude détaillée des variations de volume accompagnant les différentes étapes
d’une réaction enzymatique a été réalisée pour la réaction de conversion du
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8.7.2. Effet de la pression sur les interactions non-covalentes
Un facteur important qui contribue aux variations de volume des macromolécules
est lié à l’hydratation des interactions électrostatiques. Quand un ion est formé en
solution, les molécules d’eau qui l’entourent sont attirées par l’ion (interactions
ion-dipôle), un phénomène connu sous le nom d’électrostriction et qui conduit à
une réduction du volume du système. Pour la solvatation d’un ion portant une seule
charge, la variation du volume est de l’ordre de –10 mL mol
–1 . La dissociation
d’une molécule neutre en deux ions s’accompagne ainsi d’une variation de volume
de l’ordre –20 mL mol
–1 , qui correspond au volume d’ionisation de l’eau pure.
Le phénomène d’électrostriction est proportionnel au carré de la charge de l’ion et
donc, la variation de volume est plus importante pour les ions plusieurs fois
chargés. Sur la base de ces informations, nous pouvons conclure que les interactions électrostatiques dans les macromolécules sont affaiblies lorsque la pression
augmente. Par exemple, la chymotrypsine est inactivée de manière réversible par
une augmentation de pression à cause de la dissociation d’un pont salin dans la
région du site actif (HEREMANS et HEREMANS, 1989).
Un second facteur est lié à l’effet de la pression sur les liaisons hydrogène.
Des études réalisées avec des composés modèles indiquent que les liaisons hydrogène sont stabilisées par une augmentation de la pression (VAN ELDIK et al., 1989),
en raison d’une réduction des distances inter-atomiques. Néanmoins, des réactions
impliquant des échanges entre des liaisons hydrogène existantes se caractérisent
par une très faible variation de volume (VAN ELDIK et al., 1989).
Finalement, la formation d’interactions hydrophobes s’accompagne d’une augmentation de volume (DV > 0) et ces interactions sont donc affaiblies par une augmentation de la pression. Néanmoins, l’importance de cet effet dépend du modèle
étudié et varie entre + 1 et + 20 mL mol
–1 pour un groupe CH 2 . D’autre part les
interactions par empilage des cycles aromatiques sont caractérisées par un volume
de réaction négatif et sont donc stabilisées par une augmentation de pression.
8.7.3. Effets de la pression sur les réactions enzymatiques
L’étude des changements de volume dans les différentes étapes d’un processus
catalytique fournit des données complémentaires à celles obtenues par d’autres
méthodes. Toutefois, la variation du volume d’activation pour les réactions enzymatiques impliquant plusieurs étapes peut être complexe et inclure des changements de volume dans l’étape qui détermine la vitesse mais aussi dans l’étape de
fixation du substrat et dans toutes les étapes qui précèdent l’étape limitant la
vitesse.
Une étude détaillée des variations de volume accompagnant les différentes étapes
d’une réaction enzymatique a été réalisée pour la réaction de conversion du