Enzymologie et cinétique enzymatique

Les enzymes sont des protéines (ou plus rarement des ARN) qui agissent comme catalyseurs biologiques. Elles accélèrent les réactions chimiques sans être consommées, en abaissant l'énergie d'activation. Chaque enzyme possède un site actif, région spécifique où se fixe le substrat. La spécificité de l'enzyme pour son substrat est expliquée par deux modèles : le modèle clé-serrure (complémentarité parfaite) et le modèle d'ajustement induit (l'enzyme change de conformation). Par exemple, la lactase hydrolyse spécifiquement le lactose en glucose et galactose.

La cinétique enzymatique étudie la vitesse des réactions catalysées par les enzymes. Le modèle de Michaelis-Menten décrit la relation entre la vitesse initiale (v) et la concentration en substrat [S]. La vitesse augmente avec [S] jusqu'à une valeur maximale Vmax. La constante de Michaelis Km est la concentration en substrat pour laquelle v = Vmax/2. Km reflète l'affinité de l'enzyme pour le substrat : plus Km est faible, plus l'affinité est forte. L'équation est v = (Vmax [S]) / (Km + [S]).

Les inhibiteurs sont des molécules qui diminuent l'activité enzymatique. On distingue : les inhibiteurs compétitifs qui se lient au site actif (augmentent le Km apparent, Vmax inchangé), les inhibiteurs non compétitifs qui se fixent sur un site allostérique (diminuent Vmax, Km inchangé), et les inhibiteurs incompétitifs qui se lient uniquement au complexe enzyme-substrat (diminuent à la fois Vmax et Km). La représentation de Lineweaver-Burk (1/v en fonction de 1/[S]) permet de distinguer ces inhibitions.

L'activité enzymatique dépend de la température et du pH. Chaque enzyme possède un optimum de température (souvent 37°C pour les enzymes humaines) et un optimum de pH (ex : pepsine gastrique à pH 2, trypsine intestinale à pH 8). Au-delà de ces optimums, la dénaturation altère la structure tridimensionnelle et inactive l'enzyme. La régulation allostérique permet un contrôle fin : des effecteurs allostériques (activateurs ou inhibiteurs) se fixent sur des sites différents du site actif, modifiant la conformation et l'activité de l'enzyme.