Catalyse enzymatique
Les enzymes sont des biocatalyseurs protéiques (ou ribozymes) d'une efficacité et d'une spécificité remarquables. Elles accélèrent les réactions biologiques d'un facteur 10⁶–10¹⁴ par rapport à la réaction non catalysée. Leur étude cinétique est formalisée par le modèle de Michaelis-Menten (1913).
Le modèle de Michaelis-Menten
Le mécanisme simplifié est :
E + S ⇌ ES → E + P
- k₁ (formation du complexe ES) ; k₋₁ (dissociation) ; k₂ ou k_cat (réaction → produit).
En appliquant l'approximation quasi-stationnaire à l'intermédiaire ES :
d[ES]/dt = k₁[E][S] − k₋₁[ES] − k_cat[ES] = 0
On définit la constante de Michaelis : Km = (k₋₁ + k_cat) / k₁
La concentration totale en enzyme : [E]_T = [E] + [ES]
On obtient l'équation de Michaelis-Menten :
v = Vmax · [S] / (Km + [S])
avec Vmax = k_cat · [E]_T
![Courbe v = f([S]) — hyperbole de Michaelis-Menten](/courses/figures/enzymatic-catalysis-mm-curve.png)
Interprétation de Km et Vmax
| Paramètre | Signification | Unité |
|---|---|---|
| Vmax | Vitesse maximale à saturation en substrat | mol·L⁻¹·s⁻¹ |
| Km | [S] pour laquelle v = Vmax/2 ; mesure l'affinité E/S | mol·L⁻¹ |
| k_cat | Nombre de tours (turnover number) | s⁻¹ |
| k_cat/Km | Efficacité catalytique ; limite diffusionnelle ≈ 10⁸–10⁹ M⁻¹s⁻¹ | M⁻¹s⁻¹ |
- Km faible → forte affinité enzyme/substrat.
- k_cat/Km élevé → enzyme cinétiquement parfaite (proche de la limite de diffusion).
La représentation de Lineweaver-Burk (double inverse) linéarise la courbe : 1/v = (Km/Vmax) · 1/[S] + 1/Vmax, permettant la détermination graphique de Km et Vmax.
Inhibition enzymatique
L'inhibition modifie l'activité enzymatique par liaison d'une molécule inhibitrice I. Deux cas principaux :
Inhibition compétitive : I se lie au site actif (compétition avec S).
- [ES] diminue, mais à [S] très élevée, l'inhibiteur est déplacé.
- Vmax inchangée ; Km apparente augmente : Km^app = Km(1 + [I]/Ki)
- Sur Lineweaver-Burk : droites convergentes sur l'axe des ordonnées.
Inhibition non compétitive : I se lie à un site allostérique (indépendant du site actif).
- [ES] peut se former normalement, mais la réaction ES → P est ralentie.
- Km inchangée ; Vmax apparente diminue : Vmax^app = Vmax / (1 + [I]/Ki)
- Sur Lineweaver-Burk : droites convergentes sur l'axe des abscisses.
| Type d'inhibition | Km^app | Vmax^app | Convergence (L-B) |
|---|---|---|---|
| Compétitive | augmente | inchangé | axe y |
| Non compétitive | inchangé | diminue | axe x |
| Mixte | augmente | diminue | 2ᵉ quadrant |
Le Zinc (Zn) est un cofacteur essentiel de nombreuses enzymes (anhydrase carbonique, carboxypeptidase) ; le Fer (Fe) est au cœur des hémoproteines et des oxydoréductases.