Sciences · Biologie
Les enzymes
Une enzyme est un catalyseur biologique : une protéine qui accélère une réaction chimique précise, parfois des millions de fois, sans être modifiée à la fin de la réaction.
Mis à jour le 4 min de lecture
Sans enzymes, la plupart des réactions chimiques de la vie seraient si lentes qu’elles ne se produiraient pratiquement pas à la température du corps. Digérer un repas, copier l’ADN, produire de l’énergie dans les mitochondries : chacune de ces opérations repose sur des enzymes spécialisées. Une cellule humaine en contient plusieurs milliers de sortes.
Comment fonctionne une enzyme ?
Le site actif
Une enzyme est une protéine repliée en une forme tridimensionnelle précise. Une petite région de sa surface, le site actif, forme une poche où vient se loger la molécule à transformer, appelée substrat. L’enzyme et le substrat s’associent en un complexe enzyme-substrat, la réaction a lieu, puis les produits sont libérés. L’enzyme, intacte, peut recommencer.
On résume le mécanisme ainsi : enzyme + substrat → complexe enzyme-substrat → enzyme + produits.
Clé et serrure, ou ajustement induit
En 1894, le chimiste allemand Emil Fischer a proposé le modèle de la clé et de la serrure : seul un substrat de forme complémentaire entre dans le site actif. En 1958, Daniel Koshland l’a affiné avec le modèle de l'ajustement induit : le site actif n’est pas rigide, il se déforme légèrement pour épouser le substrat, ce qui favorise la réaction.
Abaisser l’énergie d’activation
Toute réaction chimique doit franchir une « barrière » d’énergie, l’énergie d’activation. L’enzyme ne change ni le point de départ ni le point d’arrivée de la réaction, elle abaisse cette barrière en orientant les molécules, en les rapprochant ou en tendant certaines liaisons. Certaines enzymes, comme l’anhydrase carbonique, traitent des centaines de milliers de molécules par seconde.
Deux propriétés essentielles
- La spécificité de substrat : une enzyme ne reconnaît qu’un substrat ou une famille de substrats très proches. L’amylase coupe l’amidon, mais pas les protéines.
- La spécificité d’action : elle ne catalyse qu’un type de réaction (coupure, assemblage, oxydation…).
Le nom d’une enzyme se termine en général par -ase, ajouté au nom du substrat ou de l’action : lactase (lactose), lipase (lipides), ADN polymérase (polymérisation de l’ADN). Quelques noms anciens échappent à la règle, comme la pepsine ou la trypsine.
Qu’est-ce qui influence l’activité d’une enzyme ?
| Facteur | Effet |
|---|---|
| Température | L’activité augmente avec la chaleur jusqu’à un optimum (environ 37 °C pour les enzymes humaines), puis chute brutalement : l’enzyme est dénaturée |
| pH | Chaque enzyme a un pH optimal : environ 2 pour la pepsine de l’estomac, environ 8 pour la trypsine de l’intestin |
| Concentration en substrat | La vitesse augmente puis plafonne quand tous les sites actifs sont occupés (saturation) |
| Inhibiteurs | Molécules qui bloquent le site actif ou modifient la forme de l’enzyme ; de nombreux médicaments et poisons agissent ainsi |
| Cofacteurs | Ions métalliques (zinc, magnésium, fer) ou coenzymes (souvent dérivées des vitamines) indispensables à certaines enzymes |
Le rôle des vitamines s’explique en grande partie ainsi : beaucoup servent à fabriquer des coenzymes. Une carence prive l’organisme de certaines réactions.
Exemples d’enzymes dans le corps humain
Les enzymes digestives
| Enzyme | Lieu d’action | Substrat | Produits |
|---|---|---|---|
| Amylase salivaire et pancréatique | Bouche, intestin grêle | Amidon | Maltose |
| Pepsine | Estomac | Protéines | Peptides |
| Trypsine | Intestin grêle | Protéines et peptides | Peptides plus courts |
| Lipase pancréatique | Intestin grêle | Graisses (triglycérides) | Acides gras et glycérol |
| Lactase | Intestin grêle | Lactose | Glucose et galactose |
L'intolérance au lactose vient d’une baisse de production de lactase après le sevrage : le lactose non digéré fermente dans le côlon. Cette baisse est la situation la plus répandue dans l’humanité ; la persistance de la lactase à l’âge adulte est une mutation favorisée dans les populations d’éleveurs.
Les enzymes du métabolisme et de l’ADN
- L'ADN polymérase copie l’ADN avant chaque division cellulaire.
- L'ATP synthase, dans les mitochondries, fabrique l’ATP, la monnaie énergétique de la cellule (voir respiration cellulaire).
- La catalase détruit le peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée), toxique, en eau et en oxygène : c’est elle qui fait mousser l’eau oxygénée sur une plaie.
- La Rubisco, enzyme de la photosynthèse qui fixe le CO2, serait la protéine la plus abondante sur Terre.
Les enzymes au quotidien et dans l’industrie
Les enzymes sont utilisées depuis des millénaires sans le savoir : la présure, extraite de l’estomac de veau, fait cailler le lait pour fabriquer le fromage ; les levures fournissent celles de la fermentation du pain, de la bière et du vin. Aujourd’hui, on en trouve dans les lessives (protéases et lipases efficaces à basse température), dans l’industrie du sucre et des jus de fruits, et en biologie moléculaire : la PCR repose sur une ADN polymérase résistante à la chaleur, la Taq polymérase, issue d’une bactérie des sources chaudes. Les outils d’édition du génome comme CRISPR-Cas9 sont eux aussi des enzymes.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre une enzyme et une hormone ?
Une enzyme accélère une réaction chimique sur place. Une hormone est un messager chimique transporté par le sang qui modifie l’activité d’organes éloignés. Certaines hormones sont des protéines, mais elles ne catalysent pas de réaction.
Pourquoi une forte fièvre est-elle dangereuse ?
Au-delà d’environ 41 °C, certaines enzymes et protéines commencent à se dénaturer et perdent leur forme, donc leur fonction. Le fonctionnement des cellules, en particulier des neurones, est alors perturbé.
Une enzyme s’use-t-elle ?
Elle n’est pas consommée par la réaction qu’elle catalyse, mais elle finit par être dégradée et remplacée par la cellule, comme toutes les protéines. Sa durée de vie va de quelques minutes à plusieurs jours.