11 – LES RÉACTIONS RAPIDES
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pendant le processus catalytique, mais elle est difficile à utiliser car les changements des constantes de vitesse qui ont lieu lors d'un changement de pression sont
typiquement beaucoup plus petits que ceux induits par un même apport d'énergie
sous la forme d'un saut de température.
La perturbation produite par une décharge électrique n'est pas instantanément
convertie en une variation de température uniformément répartie dans le volume de
l'échantillon. En fait cela prend au moins 1 μs, et un soin considérable doit être
apporter à la construction de l'instrument de manière à s'assurer que l'ensemble du
volume est chauffé uniformément. Ainsi, avec cette méthode, l'augmentation de
température ne peut être considérée comme instantanée que si l'on s'intéresse à des
processus se déroulant plus de 1 μs après le début de la perturbation. Il est improbable que des temps plus courts puissent être atteints avec des perturbations
irréversibles, mais des processus beaucoup plus rapides peuvent être étudiés en
utilisant des perturbations sinusoïdales. Des ultrasons, par exemple, dont les fréquences sont aussi élevées que 10
11 s
–1 , produisent des fluctuations locales de la
température et de la pression lorsqu'elles se propagent à travers un milieu. Ces fluctuations produisent des oscillations dans les valeurs des constantes de vitesse du
système, et l'étude de l'absorption de l'énergie ultrasonique par le mélange réactionnel fournit des informations sur ces constantes de vitesse (HAMMES et SCHIMMEL,
1970). Les systèmes enzymatiques sont généralement trop complexes pour qu'une
application directe de cette approche puisse être utilisée, mais l'étude de systèmes
simples a malgré tout fourni des informations utiles pour les enzymologistes : par
exemple, le travail de BURKE, HAMMES et LEWIS (1965) sur le poly-L-glutamate a
montré qu'un changement important de conformation d'une macromolécule, la
transition hélice-pelote statistique, se déroule avec une vitesse de 10
5 -10
7 s
–1 . Apparemment, les changements de conformation des enzymes ne se déroulent pas
obligatoirement à de telles vitesses, mais des vitesses de cet ordre de grandeur sont
possibles et la nécessité d'un changement rapide de conformation ne peut constituer
une objection à l'encontre d'un mécanisme de catalyse enzymatique.
Un désavantage de l'observation des phénomènes de relaxation d'un système à
l'équilibre est que les concentrations à l'équilibre des espèces transitoires importantes pour le processus catalytique peuvent être trop faibles pour être détectées.
Cette difficulté peut être contournée en combinant les méthodes de stopped-flow
et de saut de température, et des instruments de stopped-flow commercialisés
comprennent un accessoire de saut de température. Les réactifs sont mélangés dans
une expérience conventionnelle de stopped-flow et sont soumis ultérieurement à un
saut de température après qu'un état stationnaire a été atteint. La relaxation vers un
nouvel état stationnaire caractéristique de la température la plus élevée est alors
observée. Ce type d'expérience permet d'observer des processus dans les phases
précoces de réaction qui sont trop rapides pour être observée par la méthode
conventionnelle de stopped-flow, parce que les réactifs sont déjà mélangés lorsque
le saut de température est appliqué.
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pendant le processus catalytique, mais elle est difficile à utiliser car les changements des constantes de vitesse qui ont lieu lors d'un changement de pression sont
typiquement beaucoup plus petits que ceux induits par un même apport d'énergie
sous la forme d'un saut de température.
La perturbation produite par une décharge électrique n'est pas instantanément
convertie en une variation de température uniformément répartie dans le volume de
l'échantillon. En fait cela prend au moins 1 μs, et un soin considérable doit être
apporter à la construction de l'instrument de manière à s'assurer que l'ensemble du
volume est chauffé uniformément. Ainsi, avec cette méthode, l'augmentation de
température ne peut être considérée comme instantanée que si l'on s'intéresse à des
processus se déroulant plus de 1 μs après le début de la perturbation. Il est improbable que des temps plus courts puissent être atteints avec des perturbations
irréversibles, mais des processus beaucoup plus rapides peuvent être étudiés en
utilisant des perturbations sinusoïdales. Des ultrasons, par exemple, dont les fréquences sont aussi élevées que 10
11 s
–1 , produisent des fluctuations locales de la
température et de la pression lorsqu'elles se propagent à travers un milieu. Ces fluctuations produisent des oscillations dans les valeurs des constantes de vitesse du
système, et l'étude de l'absorption de l'énergie ultrasonique par le mélange réactionnel fournit des informations sur ces constantes de vitesse (HAMMES et SCHIMMEL,
1970). Les systèmes enzymatiques sont généralement trop complexes pour qu'une
application directe de cette approche puisse être utilisée, mais l'étude de systèmes
simples a malgré tout fourni des informations utiles pour les enzymologistes : par
exemple, le travail de BURKE, HAMMES et LEWIS (1965) sur le poly-L-glutamate a
montré qu'un changement important de conformation d'une macromolécule, la
transition hélice-pelote statistique, se déroule avec une vitesse de 10
5 -10
7 s
–1 . Apparemment, les changements de conformation des enzymes ne se déroulent pas
obligatoirement à de telles vitesses, mais des vitesses de cet ordre de grandeur sont
possibles et la nécessité d'un changement rapide de conformation ne peut constituer
une objection à l'encontre d'un mécanisme de catalyse enzymatique.
Un désavantage de l'observation des phénomènes de relaxation d'un système à
l'équilibre est que les concentrations à l'équilibre des espèces transitoires importantes pour le processus catalytique peuvent être trop faibles pour être détectées.
Cette difficulté peut être contournée en combinant les méthodes de stopped-flow
et de saut de température, et des instruments de stopped-flow commercialisés
comprennent un accessoire de saut de température. Les réactifs sont mélangés dans
une expérience conventionnelle de stopped-flow et sont soumis ultérieurement à un
saut de température après qu'un état stationnaire a été atteint. La relaxation vers un
nouvel état stationnaire caractéristique de la température la plus élevée est alors
observée. Ce type d'expérience permet d'observer des processus dans les phases
précoces de réaction qui sont trop rapides pour être observée par la méthode
conventionnelle de stopped-flow, parce que les réactifs sont déjà mélangés lorsque
le saut de température est appliqué.