ENZYME

enzyme

n. f. Substance protéique, d'origine biologique, qui agit comme catalyseur spécifique
d'une réaction biochimique.

Les premières expériences qui permirent de soupçonner l'existence de telles substances
furent réalisées au XVIIIe siècle par le Français Réaumur et l'Italien Lazzaro Spallanzani.
Ils montrèrent que la viande ingérée par les oiseaux de proie était dissoute dans
l'estomac et qu'une dissolution analogue était obtenue, en dehors de l'estomac des
animaux, par contact de la viande avec le suc gastrique. La nature chimique de la
digestion était ainsi mise en évidence. Ce n'est que plus tard que la substance
responsable du phénomène, la pepsine, fut isolée du suc gastrique.

Au cours du XIXe siècle, d'autres substances actives furent mises en évidence et
séparées ; on leur donna le nom de diastases, ou ferments. On découvrit, ainsi, l'amylase
du malt, qui liquéfiait la fécule (1833), l'émulsine des amandes (1837), la trypsine du suc
pancréatique (1848) et la lipase pancréatique (1849).

Les travaux de Louis Pasteur sur les fermentations provoquées par les micro-organismes
furent à l'origine d'une distinction entre ferments figurés, ne se manifestant qu'en présence
de cellules vivantes, et ferments solubles, actifs même en milieu acellulaire. Cependant,
Eduard Buchner montra, en 1897, lorsqu'il isola, d'un micro-organisme, un suc soluble
qui produisait la fermentation alcoolique, que les ferments figurés n'agissaient que par l'
intermédiaire des ferments solubles que renfermaient les cellules vivantes. Par la suite, de
très nombreuses diastases furent découvertes et purifiées sous forme cristalline. C'est
sous le nom d'enzymes (du grec zumê," levain ") que ces substances sont connues
aujourd'hui. L'étude de leurs caractères physico-chimiques a montré qu'il s'agissait de
protéines, macromolécules constituées d'une ou de plusieurs chaînes d'acides aminés.

La catalyse enzymatique

Les enzymes n'agissent que comme catalyseurs de réactions chimiques qui pourraient
avoir lieu même en leur absence, mais à des vitesses extrêmement lentes ou à des
températures incompatibles avec la vie d'un organisme. D'une manière générale, l'état
d'énergie des molécules réagissant chimiquement doit passer au-dessus d'un niveau
minimal, dit seuil de potentiel, pour que la réaction évolue vers la formation des produits.
Dans une réaction chimique classique, ce seuil est élevé et n'est atteint que grâce à
l'agitation des molécules, qui permet à certaines d'entre elles de placer leurs groupements
chimiques en bonne position pour réagir. Dans une réaction enzymatique, le seuil de
potentiel se trouve abaissé, ce qui a pour conséquence d'augmenter la vitesse de la
réaction ; la molécule initiale, qu'on appelle le substrat, vient se placer dans un site
particulier de l'enzyme, dit site actif, dont la structure tridimensionnelle lui est parfaitement
adaptée ; durant cette phase de reconnaissance, le substrat prend une position
convenable pour réagir, puis se transforme au cours de la phase catalytique ; à la fin de
la réaction, l'enzyme se retrouve intacte et prête à accepter une nouvelle molécule de
substrat. L'enzyme peut ainsi agir en très faible quantité puisqu'elle est constamment
recyclée (une molécule d'enzyme peut transformer plusieurs millions de molécules de
substrat par minute).

Lorsque la concentration en substrat est faible, tous les sites actifs des molécules
d'enzyme ne sont pas occupés en même temps ; la vitesse de la réaction est alors
proportionnelle à la concentration en substrat ; on utilise cette propriété pour les dosages
enzymatiques de certaines substances, comme le glucose ou l'urée.

Lorsque la concentration en substrat est élevée, tous les sites actifs sont occupés en
même temps ; l'enzyme est alors " saturée " ; la relation qui lie la vitesse de la réaction et
la concentration en enzyme est linéaire et permet de doser l'enzyme.

La spécificité des enzymes

L'interaction entre le substrat et le site actif donne la spécificité à l'enzyme. En effet,
l'adaptation du substrat pour l'enzyme est telle qu'on a pu la comparer à celle d'une clef
pour une serrure. Ainsi, chaque réaction est catalysée par une enzyme distincte qui n'agit
que sur une molécule ou sur une famille de molécules possédant une analogie de
structure.

Parmi les nombreux exemples de cette spécificité, citons celui des enzymes agissant sur
les acides aminés. Ces derniers peuvent exister sous deux formes, qui ne diffèrent que
par la position spatiale relative de certains de leurs groupements chimiques, l'une des
formes étant l'image de l'autre dans un miroir. La plupart des enzymes agissant sur ces
acides aminés ne reconnaissent que la forme la plus répandue dans le monde vivant et ne
peuvent agir sur l'autre. Inversement, les enzymes intervenant dans la biosynthèse des
acides aminés ne produisent qu'une seule forme, alors qu'une réaction chimique classique
produit, en général, un mélange des deux formes.

Les modulateurs de l' activité enzymatique

De nombreux facteurs agissent sur les enzymes, soit comme activateurs, soit comme
inhibiteurs.

Les cations métalliques sont le plus souvent activateurs. Il existe également des
composés organiques, appelés cofacteurs, qui sont absolument indispensables à l'activité
de l'enzyme, car ils servent d' intermédiaires dans la phase catalytique ; de nombreux
cofacteurs sont constitués par des vitamines ou par des composés qui en dérivent ; c'est
de là que vient l'exigence nutritionnelle en vitamines B1, B2, B5, B6, H, M et PP.

Parmi les inhibiteurs de l'activité enzymatique, d'une grande diversité, on distingue
schématiquement :

les inhibiteurs réversibles, qui laissent intacte la molécule d'enzyme mais affectent
son activité, soit en empêchant l'accès du substrat au site actif (inhibition
compétitive), soit en se combinant à l'enzyme de façon à créer un complexe inactif
(inhibition non compétitive) ; dans ces deux cas, l'activité de l'enzyme est restaurée
lorsque l'inhibiteur est éliminé ;
les inhibiteurs irréversibles, qui créent avec l'enzyme une liaison indestructible la
rendant inactive ; l'inhibition persiste même après élimination de tout l'inhibiteur
libre et ne peut être levée que par l'apport de molécules d'enzyme intactes.

Ces mécanismes d'inhibition sont à la base du mode d'action de nombreux médicaments,
mais sont aussi à l'origine de certains de leurs effets secondaires.

Les enzymes et la vie des organismes

Toutes les réactions chimiques intervenant dans le monde vivant sont catalysées par des
enzymes. Les grandes fonctions organiques n'existent que grâce à une panoplie
d'enzymes spécialisées.

Tel est le cas de la digestion, où un ensemble d'enzymes agit sur les aliments entre leur
ingestion et leur défécation ; on trouve l'amylase, dans la salive, qui hydrolyse en partie
l'amidon des féculents pour le transformer en sucres ; dans le suc gastrique, la pepsine
attaque partiellement les protéines, dont la dégradation est poursuivie dans l'intestin grêle
grâce au suc pancréatique qui renferme la trypsine ; à ce niveau agissent également la
lipase, qui hydrolyse les graisses, et l'amylase pancréatique, qui dégrade les glucides. Les
enzymes interviennent aussi dans les échanges respiratoires, la contraction musculaire,
l'excrétion urinaire, le fonctionnement du système nerveux et la détoxication du sang par
le foie. Au niveau de la cellule, les enzymes jouent un rôle fondamental dans les trois
principales fonctions cellulaires : le métabolisme intermédiaire, la synthèse des acides
nucléiques et la synthèse des protéines.

Au cours du métabolisme intermédiaire, des enzymes de dégradation, les oxydases en
particulier, attaquent les éléments nutritifs pour les transformer soit en énergie chimique
utilisable par la cellule, soit en molécules plus simples incorporables dans de nouvelles
synthèses. Au cours de la division cellulaire, des enzymes de réplication recopient le
message héréditaire supporté par les acides nucléiques (ADN) pour le transmettre,
identique à lui-même, à la cellule fille. Enfin, un ensemble complexe d'enzymes très
spécialisées traduit les informations génétiques en protéines qui vont constituer les
é léments de structure et les enzymes elles-mêmes.

L'importance du rôle physiologique des enzymes fait que la carence de l'une d'entre elles
est souvent à l'origine de maladies ; certaines de ces maladies sont héréditaires lorsque le
message génétique qui gouverne la synthèse de l'enzyme est affecté dans les cellules
germinales ; c'est le cas d'un trouble métabolique, la glycogénose, où le glycogène
s'accumule dans le foie par suite de l'absence de glucose-6-phosphatase. Toutefois, les
enzymes apportent aussi une aide précieuse au médecin établissant un diagnostic ; en
effet, certains troubles organiques peuvent être révélés par un déficit enzymatique ; par
exemple, les affections du pancréas, dont le diabète , provoquent une baisse de l'activité
de l'amylase, que l'on peut doser dans le sang.