ENZYMESHistoire de la notion

Les enzymes sont des protéines

À quelques exceptions près, cependant, les scientifiques admettent au début du xx^e siècle que les enzymes sont nombreuses, différentes et spécifiques d'actions précises sur des substances chimiquement bien définies, appelées « substrats », qu’elles vont transformer en d’autres substances appelées « produits ». Emil Fischer (1852-1919), vers 1905, propose une représentation de cette spécificité, selon le type clé-serrure, sur le modèle utilisé par Paul Ehrlich (1854-1915) vers 1890 pour décrire la spécificité de reconnaissance des anticorps vis-à-vis des antigènes. Les anticorps assurent la défense de l’organisme ; les enzymes assurent le métabolisme cellulaire ; il s’agit dans les deux cas de colloïdes. La notion de reconnaissance stéréospécifique entre molécules organiques, au cœur du fonctionnement des organismes vivants, est établie à ce moment.

Le modèle clé-serrure

Paul Ehrlich invente en 1896 l'image de l'adaptation d'une clé à une serrure pour expliquer la spécificité de reconnaissance d'une classe de protéines, les anticorps. Quelques années plus tard, Emil Fischer, chimiste, utilise la même image pour décrire les bases de la spécificité de... 

Crédits : Wellcome Collection ; CC BY

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Les travaux d’Emil Fischer, dans les années 1900, montrent que les enzymes sont composées d’un enchaînement d’acides aminés ; elles sont donc des protéines. On a rapidement perçu qu'il s'agissait de molécules de grande taille et que cet enchaînement comportait parfois plusieurs centaines d'acides aminés. Mais y a-t-il autant de protéines différentes qu’il y a d’activités enzymatiques différentes, ou s’agit-il de formes différentes adoptées par un même colloïde géant ? La question restait ouverte.

L'idée que les différentes actions enzymatiques sont dues à des formes ou des états vibratoires particuliers d’un unique colloïde a persisté chez certains auteurs jusque vers 1920. Le coup de grâce à cette théorie est porté par la purification d'enzymes, entreprise grâce aux progrès accomplis par l'introduction de certaines techniques physiques et chimiques en biochimie. On peut dès lors séparer les enzymes les unes des autres, les purifier et les cristalliser, comme James Sumner (1887-1955) le fait pour la première fois en 1926 pour l'uréase (qui transforme l’urée en ammoniaque et dioxyde de carbone), puis pour un nombre croissant de protéines. Les enzymes ont alors acquis un statut d'entités chimiques définies. Cependant, il faudra encore trente ans pour que la séquence en acides aminés d’une enzyme, la ribonucléase, définisse l’enzyme comme une molécule. Cela n’est établi par Frederick Sanger (1918-2013) qu’en 1960, et sa synthèse chimique en 1969.

Cristaux de lysozyme

L'enzyme protéolytique lysozyme est abondante dans le blanc d'œuf. Elle est facile à purifier. À partir de solutions concentrées de l'enzyme, on peut préparer des cristaux, dont la géométrie permet la détermination de la structure tridimensionnelle de la molécule, par diffraction des... 

Crédits : Steger, Volker/ Science Photo Library

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Une grande part de la biochimie consiste à caractériser une activité enzymatique, puis isoler l’enzyme qui en est responsable, enfin déterminer les propriétés physico-chimiques de cette dernière molécule et les modalités de contrôle de son activité.

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Le modèle clé-serrure
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