ENZYMESCinétique enzymatique

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La cinétique enzymatique est la discipline scientifique, à l'interface de la chimie et de la biochimie, qui applique les concepts de la cinétique chimique à l'étude des réactions catalysées par des enzymes : il s'agit, par cette approche, de chercher à comprendre comment fonctionnent les enzymes par l’examen de la manière dont les vitesses de ces réactions varient en fonction des conditions expérimentales.

Vitesse de réaction et activité catalytique spécifique des enzymes

Mesure de la vitesse des réactions enzymatiques

Par définition, la vitesse d'une réaction chimique est la vitesse à laquelle la concentration en réactifs ou produits de la réaction change au cours du temps. Pour une réaction qui transforme un réactif A en un produit B, cette vitesse est : = –d[A]/dt = d[B]/dt. Elle s'exprime en mol/L/s et dépend en général du temps. En cinétique enzymatique, le ou les réactifs qui se fixe(nt) sur le site de l'enzyme où s’opère la réaction (le site actif), porte(nt) le nom de substrat(s).

D'un point de vue expérimental, pour déterminer la vitesse d'une réaction, il faut donc pouvoir mesurer la concentration de l’un des réactifs ou produits en fonction du temps. La méthode utilisée dépend évidemment de la nature de ces molécules. Dans les cas favorables, l'une d'elles absorbe la lumière spécifiquement à une certaine longueur d'onde, et on peut déterminer simplement la vitesse à laquelle sa concentration change en mesurant la variation d'absorbance du milieu réactionnel au cours du temps. Si l'on ne peut pas mesurer instantanément la concentration d’un réactif ou produit, il peut être possible de faire avancer la réaction enzymatique pendant un certain temps, de la stopper en dénaturant l'enzyme (par exemple, en provoquant une variation brutale de température ou de pH), puis d'effectuer un dosage des réactifs restants ou des produits formés.

Activité catalytique spécifique

La vitesse d’une réaction catalysée étant toujours proportionnelle à la concentration du catalyseur, on définit l'activité catalytique spécifique de l'enzyme en divisant la vitesse de la réaction – mesurée dans des conditions particulières qui ne sont pas nécessairement optimales – par la concentration en enzyme utilisée dans cette expérience.

Les biochimistes calculent souvent les valeurs d'activité spécifique en divisant la vitesse par la concentration massique en enzyme (en g/L), et les expriment alors en micromoles (µmol) de substrat consommées par minute et par milligramme (mg) d'enzyme. On peut aussi exprimer l'activité catalytique spécifique en divisant la vitesse de la réaction par la concentration molaire en enzyme, calculée d’après la masse et le poids moléculaire de l’enzyme. On obtient alors la fréquence de turn-over (en s1), c'est-à-dire le nombre de molécules de substrat transformées par molécule d'enzyme et par |seconde. Lorsque cette activité catalytique spécifique molaire est mesurée dans des conditions de vitesse maximale, elle prend le nom de constante catalytique (kcat).

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Représentations classiques d’un cycle catalytique

Représentations classiques d’un cycle catalytique
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Détermination des lois de vitesse en cinétique enzymatique

Détermination des lois de vitesse en cinétique enzymatique
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Variations de la vitesse initiale en fonction de la concentration initiale en substrat

Variations de la vitesse initiale en fonction de la concentration initiale en substrat
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Détermination des paramètres vmax et KM par régression linéaire ou non linéaire

Détermination des paramètres vmax et KM par régression linéaire ou non linéaire
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Écrit par :

  • : directeur de recherche au CNRS, Laboratoire de bioénergétique et ingénierie des protéines, Marseille

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Christophe LÉGER, « ENZYMES - Cinétique enzymatique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/enzymes-cinetique-enzymatique/