ACTIVITÉ ENZYMATIQUE: UNITÉ, MESURE, RÉGULATION ET FACTEURS - CHIMIE - 2025

L' activité enzymatique est un moyen d'exprimer la quantité d'enzyme présente à un instant donné. Indique la quantité de substrat transformé en produit, par l'action catalytique de l'enzyme par unité de temps.

Il est influencé par les conditions dans lesquelles la réaction enzymatique a lieu, c'est pourquoi il se réfère généralement à la température à laquelle il est mesuré. Mais que sont les enzymes? Ce sont des catalyseurs biologiques, capables d'accélérer la vitesse d'une réaction sans subir de changement irréversible au cours du processus catalysé.

Ananas ou ananas, fruit qui contient l'enzyme bromélaïne, et présente donc une activité enzymatique élevée Source: H. Zell

Les enzymes, en général, sont des protéines à l'exception des ribosomes, molécules d'ARN à activité enzymatique.

Les enzymes augmentent la vitesse de la réaction en réduisant la barrière énergétique (énergie d'activation); qui doit être expiré pour atteindre l'état de transition et ainsi la réaction se produit.

Les molécules de substrat qui atteignent l'état de transition subissent des changements structurels qui les amènent à donner naissance aux molécules du produit. Sur la base des fonctions qu'elles remplissent, les enzymes sont classées en six grands groupes: les oxyréductases, les transférases, les hydrolases, les lyases, les isomérases et les ligases.

Les enzymes bromélaïne et papaïne, par exemple, sont des enzymes protéolytiques (hydrolases) trouvées dans l'ananas ou l'ananas, et la papaye ou la papaye, respectivement.

On sait que l'ananas et la papaye facilitent le processus digestif, car en agissant sur les enzymes protéolytiques qu'ils contiennent, ils aident à digérer les protéines provenant de la viande et des céréales.

Unité d'activité enzymatique

L'unité enzymatique (UI) est la quantité d'enzyme qui catalyse la transformation de 1 µmol de substrat en une minute.

Par la suite, le Système international d'unités (SI) a défini l'unité d'activité enzymatique comme la quantité d'enzyme qui convertit 1 mole de substrat en produit par seconde. Cette unité a reçu le nom de katal (kat).

1 mole = 10 ⁶ µmol et 1 minute = 60 secondes.

Par conséquent, 1 katal équivaut à 60 · 10 ⁶ UI. Comme le katal est une grande unité, des unités plus petites sont souvent utilisées, telles que: le microkatal (µkat), 10 ^-6 katal et le nanokatal (πkat), 10 ^-9 katal.

Activité spécifique

C'est le nombre d'unités d'activité enzymatique divisé par les milligrammes de protéines dans l'échantillon testé. L'activité spécifique est directement liée au degré de purification de l'enzyme.

Comment l'activité enzymatique est-elle mesurée?

Il existe plusieurs méthodes pour déterminer l'activité d'une enzyme. Le choix d'une méthode particulière dépendra de l'objectif du dosage enzymatique; l'applicabilité de la méthode; accès à l'équipement nécessaire pour mener l'expérience; le coût d'utilisation d'une méthode particulière, etc.

Il existe des méthodes spectrophotométriques, fluorométriques, chimioluminescentes, calorimétriques, radiométriques et chromatographiques.

Les méthodes spectrophotométriques peuvent être colorimétriques et lues dans la région ultraviolette (UV) du rayonnement électromagnétique.

-Méthode colorimétrique

Il est basé sur la génération d'un chromophore par action enzymatique. L'activité enzymatique peut être suivie de manière continue ou discontinue.

Forme continue

Sous forme continue, les réactifs sont placés dans une cuvette du spectrophotomètre à la longueur d'onde souhaitée, qui correspond à celle à laquelle le chromophore a sa valeur de densité optique maximale; et qu'en plus, il n'y a aucune interférence avec une autre substance qui peut être générée.

La réaction enzymatique est initiée par l'addition de l'échantillon contenant l'enzyme dont l'activité doit être déterminée. Simultanément, le chronomètre est démarré et de temps en temps, la valeur de densité optique est notée.

L'équivalence de la densité optique avec les moles de substrat ou le produit de l'action enzymatique étant connue, selon la technique utilisée, les moles du substrat consommées ou les moles produites peuvent être calculées.

De plus, comme le temps écoulé de la réaction enzymatique a été mesuré, les moles consommées ou produites par seconde peuvent être obtenues. Ainsi, l'activité enzymatique est établie en unités katales.

Forme discontinue

Sous forme par lots pour déterminer l'activité enzymatique, les tubes à essai avec les composants de la réaction, à l'exception de l'échantillon contenant l'enzyme ou un autre composant, sont placés dans un bain à 37 ° C. La réaction est alors démarrée avec l'ajout du composant manquant.

On laisse le temps indiqué par la technique se produire et la réaction est terminée par l'addition d'un composé qui arrête la réaction. La densité optique est lue à ce moment-là, et enfin procède de la même manière que de manière continue pour déterminer l'activité enzymatique.

-Méthode de lecture en lumière ultraviolette

Le coenzyme nicotinamidadinucléotide, par exemple, a deux formes: NADH (réduit) et NAD ⁺ (oxydé). De même, le coenzyme nicotinamityinucléotidephosphate a deux formes NADPH et NADP ⁺, respectivement réduite et oxydée.

Les formes réduites et oxydées de la coenzyme sont lues à une longueur de 260 nm à partir de la lumière ultraviolette; tandis que seules les formes réduites sont lues à une longueur de 340 nm à partir de la lumière ultraviolette.

Ainsi, aussi bien dans les réactions d'oxydation que de réduction auxquelles participent les coenzymes nommées, elles sont lues à 340 nm.

La détermination de l'activité enzymatique, en substance, est la même que celle suivie sous la forme continue de la méthode colorimétrique; sauf que la densité optique à 340 nm est lue pour observer la génération de NADH ou NADPH, ou pour mesurer la consommation de ces coenzymes.

Cela dépendra du fait que la réaction mesurée est une oxydation ou une réduction. Au moyen de la correspondance entre la densité optique et les moles de NADH et de NADPH, selon le cas, l'activité enzymatique peut être calculée en divisant les moles de la coenzyme par le temps écoulé en secondes.

Régulation de l'activité enzymatique

Contrôle au niveau du substrat ou du produit

Lorsque la concentration du substrat augmente, l'activité enzymatique augmente. Mais à une certaine concentration du substrat, le site actif ou les sites actifs de l'enzyme sont saturés, de sorte que l'activité enzymatique devient constante.

Cependant, le produit de l'action enzymatique peut également interagir avec les sites actifs de l'enzyme, produisant une inhibition de l'activité enzymatique.

Le produit peut agir comme un inhibiteur compétitif; par exemple, l'enzyme hexokinase peut être mentionnée. Cette enzyme produit la phosphorylation du glucose donnant naissance au glucose-6-phosphate, un composé qui, une fois accumulé, inhibe l'hexokinase.

Commande de rétroaction

Il peut arriver qu'un groupe d'enzymes (A, B, C, D, E et F) agisse séquentiellement dans une voie métabolique. L'enzyme B utilise le produit de l'enzyme A comme substrat, et ainsi de suite.

La cellule, en fonction de ses besoins métaboliques, peut activer ou inhiber les séquences d'activités enzymatiques. Par exemple, l'accumulation du produit de l'enzyme F peut agir en inhibant l'enzyme A ou l'une quelconque des autres enzymes de la séquence.

Enzymes allostériques

Une enzyme peut être constituée de plusieurs sous-unités, chacune avec ses sites actifs respectifs. Mais ces sous-unités n'agissent pas indépendamment, de sorte que l'activité de l'une des sous-unités peut activer ou inhiber l'action des autres.

Bien que l'hémoglobine ne soit pas considérée comme une enzyme, c'est un magnifique modèle du phénomène d'allostérisme. L'hémoglobine est composée de quatre chaînes protéiques, deux chaînes α et deux chaînes β, chacune d'elles étant attachée à un groupe hème.

Deux phénomènes peuvent se produire entre les sous-unités: l'homoalostérisme et l'hétéroalostérisme.

Homoalostérisme

La liaison du substrat à l'une des sous-unités augmente l'affinité des autres sous-unités pour le substrat, augmentant à son tour l'activité enzymatique de chacune des sous-unités restantes.

De même, l'inhibition de l'activité enzymatique dans l'une des sous-unités produit le même effet dans les autres.

Dans le cas de l'hémoglobine, la liaison de l'oxygène à un groupe hème d'une des chaînes protéiques entraînera une augmentation de l'avidité pour l'oxygène dans les chaînes restantes.

De même, la libération d'oxygène d'un groupe hème provoque la libération d'oxygène des groupes restants des chaînes protéiques.

Hétérolostérisme

La liaison d'une substance activatrice ou inhibitrice, autre que le substrat, à l'une des sous-unités provoquera une activation ou une inhibition de l'activité enzymatique dans les autres sous-unités.

Dans le cas de l'hémoglobine, la liaison au groupe hème de H ⁺, CO ₂ et 2,3-diphosphoglycérate à l'une des sous-unités, diminue l'affinité du groupe hème pour l'oxygène, provoquant sa libération. Cette libération d'oxygène est également produite dans les autres chaînes d'hémoglobine.

Facteurs influençant l'activité enzymatique

-Concentration du substrat

Lorsque la concentration en substrat augmente, l'activité enzymatique augmente également. Cela est dû à un accès accru des molécules de substrat aux sites actifs de l'enzyme.

Mais, pour une concentration donnée du substrat, tous les sites actifs de l'enzyme en sont saturés, ce qui fait que l'activité enzymatique n'augmente pas même si la concentration du substrat est augmentée.

-pH de la réaction enzymatique

Les enzymes ont un pH optimal auquel l'affinité de l'enzyme pour le substrat est la plus élevée. A ce pH, la valeur maximale de l'activité enzymatique est atteinte.

Un excès d'acidité ou de basicité du milieu peut provoquer une dénaturation de l'enzyme, réduisant par conséquent son activité.

Le profil de pH de l'activité enzymatique est varié. Ainsi, par exemple, la pepsine a une activité maximale comprise entre 1 et 2 unités de pH; la trypsine a un pH optimal de 8; et la papaïne a une activité constante entre un pH compris entre 4 et 8.

-Température de la réaction enzymatique

L'activité enzymatique augmente à mesure que la température augmente. En général, l'activité enzymatique double tous les 10 degrés d'augmentation, jusqu'à ce que la température optimale pour l'activité enzymatique soit atteinte.

Cependant, lorsque la température optimale est dépassée, l'activité enzymatique a tendance à diminuer à mesure que la température de la réaction augmente. Cela est dû au fait que les protéines, et donc les enzymes, subissent une dénaturation due à une augmentation excessive de la température.

-Concentration ionique de la réaction

En général, les enzymes ont une activité optimale dans une gamme de concentrations, entre 0 et 500 mmol / L. Cependant, pour des concentrations plus élevées, l'activité enzymatique a tendance à diminuer.

Dans ces circonstances, certaines interactions ioniques dans les enzymes, nécessaires à leur activité maximale, sont bloquées.

Références

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