3 – INTRODUCTION À LA CINÉTIQUE ENZYMATIQUE - RÉACTIONS À UN SUBSTRAT ET UN PRODUIT
61
Dans leurs études menées sur l’invertase, O’SULLIVAN et TOMPSON ont remarqué
que la stabilité thermique de l’enzyme augmentait en présence de son substrat et ils
ont évoqué l’idée de la formation d’un complexe enzyme-substrat pour expliquer
cette variation des propriétés de la protéine.
L’invertase, quand elle est mise en présence de sucre de canne (saccharose)
supporte une température de 25
o C supérieure à celle qu’elle supporte en son
absence. C’est un fait très marquant et, autant que nous pouvons en juger, il y a une
seule explication à cela, nommément que l’invertase se combine avec le sucre.
Adolphe WURTZ (1880) est arrivé à une conclusion similaire pour expliquer l’apparition d’un précipité lors de l’hydrolyse de la fibrine catalysée par la papaïne ; il
suggère que le précipité est un composé papaïne-fibrine qui agit comme un intermédiaire dans l’hydrolyse. Néanmoins, c’est BROWN qui démontre définitivement
que la formation d’un complexe entre l’enzyme et son substrat explique les dépendances expérimentales de la vitesse de réaction vis-à-vis des concentrations
d’enzyme et de substrat. En parallèle avec d’autres chercheurs, BROWN observe
que les vitesses des réactions catalysées par des enzymes dévient des cinétiques de
second ordre (1892). Initialement, il a montré que la vitesse d’hydrolyse du saccharose dans la réaction de fermentation par des levures vivantes semble être dépendante de la concentration de saccharose. Le conflit entre les résultats de BROWN et
ceux de O’SULLIVAN et TOMPSON n’a pas été appréhendé sérieusement, parce que
la catalyse par des enzymes isolés est considérée comme un phénomène
fondamentalement différent de la fermentation par des organismes vivants. Mais la
découverte par Eduard BUCHNER (1897), qu’un extrait de levure dépourvu de
cellule vivante peut catalyser la fermentation alcoolique, pousse BROWN (1902) à
réexaminer ses résultats. Après avoir confirmé leur véracité, il montre que des
résultats similaires peuvent être obtenus avec l’invertase purifiée. BROWN (1892)
défend l’idée du complexe enzyme-substrat dans un contexte purement cinétique. Il
propose qu’un mécanisme impliquant un complexe enzyme-substrat impose une
limite sur la vitesse de réaction qui peut être atteinte par le système. Si un
complexe existe pendant un bref laps de temps avant la libération du produit, alors
une vitesse maximale devrait être atteinte lorsque la concentration de substrat est
suffisante pour convertir tout l’enzyme en complexe enzyme-substrat, en accord
avec la loi d’action de masses. Inversement, à de plus faibles concentrations de
substrat, la vitesse à laquelle le complexe est formé devient significative et, en
conséquence, la vitesse de réaction est dépendante de la concentration de substrat.
Selon HENRI (1903), diverses études menées au moment où il entame son travail
font apparaître des différences entre l’action des enzymes et celle des acides et
suggèrent que les enzymes opèrent par un mécanisme différent de celui des acides.
HENRI propose d’entreprendre une étude expérimentale systématique de la
cinétique enzymatique en faisant varier les conditions d’une manière aussi
complète que possible et d’analyser les résultats en se plaçant de nouveau au point
de vue des lois de la chimie générale afin de définir un mode d’action général pour
61
Dans leurs études menées sur l’invertase, O’SULLIVAN et TOMPSON ont remarqué
que la stabilité thermique de l’enzyme augmentait en présence de son substrat et ils
ont évoqué l’idée de la formation d’un complexe enzyme-substrat pour expliquer
cette variation des propriétés de la protéine.
L’invertase, quand elle est mise en présence de sucre de canne (saccharose)
supporte une température de 25
o C supérieure à celle qu’elle supporte en son
absence. C’est un fait très marquant et, autant que nous pouvons en juger, il y a une
seule explication à cela, nommément que l’invertase se combine avec le sucre.
Adolphe WURTZ (1880) est arrivé à une conclusion similaire pour expliquer l’apparition d’un précipité lors de l’hydrolyse de la fibrine catalysée par la papaïne ; il
suggère que le précipité est un composé papaïne-fibrine qui agit comme un intermédiaire dans l’hydrolyse. Néanmoins, c’est BROWN qui démontre définitivement
que la formation d’un complexe entre l’enzyme et son substrat explique les dépendances expérimentales de la vitesse de réaction vis-à-vis des concentrations
d’enzyme et de substrat. En parallèle avec d’autres chercheurs, BROWN observe
que les vitesses des réactions catalysées par des enzymes dévient des cinétiques de
second ordre (1892). Initialement, il a montré que la vitesse d’hydrolyse du saccharose dans la réaction de fermentation par des levures vivantes semble être dépendante de la concentration de saccharose. Le conflit entre les résultats de BROWN et
ceux de O’SULLIVAN et TOMPSON n’a pas été appréhendé sérieusement, parce que
la catalyse par des enzymes isolés est considérée comme un phénomène
fondamentalement différent de la fermentation par des organismes vivants. Mais la
découverte par Eduard BUCHNER (1897), qu’un extrait de levure dépourvu de
cellule vivante peut catalyser la fermentation alcoolique, pousse BROWN (1902) à
réexaminer ses résultats. Après avoir confirmé leur véracité, il montre que des
résultats similaires peuvent être obtenus avec l’invertase purifiée. BROWN (1892)
défend l’idée du complexe enzyme-substrat dans un contexte purement cinétique. Il
propose qu’un mécanisme impliquant un complexe enzyme-substrat impose une
limite sur la vitesse de réaction qui peut être atteinte par le système. Si un
complexe existe pendant un bref laps de temps avant la libération du produit, alors
une vitesse maximale devrait être atteinte lorsque la concentration de substrat est
suffisante pour convertir tout l’enzyme en complexe enzyme-substrat, en accord
avec la loi d’action de masses. Inversement, à de plus faibles concentrations de
substrat, la vitesse à laquelle le complexe est formé devient significative et, en
conséquence, la vitesse de réaction est dépendante de la concentration de substrat.
Selon HENRI (1903), diverses études menées au moment où il entame son travail
font apparaître des différences entre l’action des enzymes et celle des acides et
suggèrent que les enzymes opèrent par un mécanisme différent de celui des acides.
HENRI propose d’entreprendre une étude expérimentale systématique de la
cinétique enzymatique en faisant varier les conditions d’une manière aussi
complète que possible et d’analyser les résultats en se plaçant de nouveau au point
de vue des lois de la chimie générale afin de définir un mode d’action général pour