Catalyse enzymatique : mécanismes et cinétiques

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Description

Cette séance de cours couvre la cinétique de la catalyse enzymatique, en se concentrant sur le modèle de Michaelis-Menten et les réactions séquentielles. Il explique comment les enzymes réduisent l'énergie d'activation, le modèle d'ajustement induit et la théorie de l'état de transition. La séance de cours traite également des réactions d'équilibre, de la cinétique du pseudo-premier ordre et des techniques expérimentales de mesure de l'adsorption et de la désorption.

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Catalyse enzymatique

La catalyse enzymatique est le processus par lequel des réactions chimiques sont catalysées dans les systèmes vivants par des protéines spécialisées ou des ARN appelés enzymes. La catalyse enzymatique est indispensable aux organismes vivants pour l'accélération spécifique des réactions nécessaires à leur métabolisme et à la biosynthèse de l'ensemble des biomolécules qui les composent. Les principes de la catalyse enzymatique sont analogues à ceux de la catalyse chimique (voir théorie de l'état de transition).

Énergie d'activation

L'énergie d'activation est une notion introduite en 1889 par le scientifique suédois Svante August Arrhenius, après avoir constaté la loi empirique qui porte son nom et qui décrit l’évolution d’une vitesse de réaction chimique avec la température. Dans sa loi (voir ci-dessous), il apparaît un terme qui possède la dimension d’une énergie molaire et qu’il appelle énergie d’activation. Le sens intuitif qui peut être donné à cette notion est celui d'une énergie qui doit être apportée à un système chimique pour que la réaction ait lieu.

État de transition

Un état de transition est, dans une réaction chimique, une configuration particulière le long d'une coordonnée de réaction. Il est défini comme un état correspondant à une énergie maximale le long de cette coordonnée. En ce point, si l'on postule une réaction parfaitement irréversible, les espèces réagissant iront toujours vers la formation des produits. Bien que cette notion soit extensible à toute réaction ou transition physico-chimique, elle est utilisée essentiellement en chimie moléculaire.

Cinétique enzymatique

La cinétique enzymatique a pour objet d'identifier et de décrire les mécanismes des réactions biochimiques, catalysées par les enzymes (réaction enzymatique), en étudiant leur vitesse c'est-à-dire leur évolution en fonction du temps. En partant des enzymes isolées et en allant vers les systèmes métaboliques organisés et intégrés, la cinétique enzymatique permet de décrire quantitativement les propriétés catalytiques des enzymes et les mécanismes mis en place pour leur régulation.

Complexe activé

Lors d'une réaction chimique élémentaire, l'énergie des réactifs augmente jusqu'à atteindre un état où les liaisons chimiques des réactifs s'affaiblissent suffisamment pour que les molécules puissent réagir pour former des produits, le plus souvent des molécules. Le système est alors dans un état appelé complexe activé. Le complexe activé est transitionnel. Les liens entre les atomes occupent une surface d'énergie potentielle (ils n'ont donc pas un niveau d'énergie défini) et les atomes peuvent former plusieurs molécules intermédiaires qui ne sont ni les réactifs, ni les produits de la réaction chimique étudiée.