Une enzyme est un catalyseur biologique. Il s'agit d'une protéine qui accélère une réaction chimique sans qu'il intervienne dans la réaction.
L'action de l'amylase sur l'amidon
La réaction dont nous allons partir pour l'étude des enzymes est celle de la digestion de l'amidon qui fait intervenir une enzyme appelée amylase présente chez de nombreux animaux. Pour des raisons sanitaires liées au COVID-19, l'amylase salivaire est remplacée par le maxilase.
L'amidon est un glucide, polymère de plusieurs centaines de molécules de glucose. C'est la principale substance de réserve des plantes qu'on trouve dans les pommes de terre, les bananes ou le riz.
L'amidon est mis en évidence par une réaction à froid avec l'eau iodée. On obtient une coloration bleue noire.
Le glucose ou le maltose sont mis en évidence par une réaction à chaud à la liqueur de Fehling. On obtient un précipité rouge. Les glucides positifs à la liqueur de Fehling sont dits "sucres réducteurs".
En revanche, le saccharose ou l'amidon ne sont pas positifs à la liqueur de Fehling. Il sont dits "sucre non réducteur".
Etude de la digestion de l'amidon en présence d'amylase (de maxilase)
Les résultats obtenus. Seul, le tube 2 contenait l'enzyme
On constate que la réaction à l'eau iodée devient négative, ce qui signifié que l'amidon a été digéré. La réaction à la liqueur de Fehling sur ce qui reste dans le tube 2 donne un résultat positif. L'amidon a donc été remplacé par un sucre réducteur. Les tubes témoins, testés à la liqueur de Fehling, restent négatifs.
Schéma résumant l'action de l'amylase sur la molécule d'amidon
En enzymologie la molécule sur laquelle agit une enzyme est appelée substrat. La ou les molécules obtenues après la réaction portent le nom de produits.
Notion de spécificité
Les enzymes sont des biocatalyseurs spécifiques. Il existe une spécificité d'action et une spécificité de substrat. Une molécule comme le glucose-6-phosphate (glucose-6P) peut être utilisée à plusieurs fins par l'organisme. Chaque type d'utilisation à partir de la même molécule nécessite une enzyme particulière. On parle de spécificité d'action.
Spécificité de substrat
Conclusion : l'amylase est active sur l'amidon et inactive sur une protéine comme l'ovalbumine. La pepsine, qui ne fonctionne qu'à pH acide, agit sur l'hydrolyse de l'ovalbumine et pas sur celle de l'amidon. La pepsine est spécifique des protéines et l'amylase, de l'amidon.
Le complexe enzyme-substrat
Une enzyme est une protéine, en général globulaire. Elle possède un site particulier, dit site actif, où se fixe le substrat et où il est modifié. Pour que la molécule de substrat se fixe sur le site actif, il faut que la forme du substrat corresponde à la forme du site actif. Ce je de clé et de serrure, à l'origine de la spécificité de substrat, permet la formation du complexe enzyme-substrat.
Le complexe enzyme-substrat de la catalase avec H2O2 (peroxyde d'hydrogène ou eau oxygénée)
Le complexe enzyme-substrat dans le site actif d'une amylase
Le cycle d'action d'une enzyme (ici la saccharase)
Cinétique enzymatique
La cinétique enzymatique est extrêmement compliqué. Nous allons donc simplement voir quelques éléments simples se rattachant à ce problème.
Utilisation du logiciel lactase
En utilisant les différentes possibilités du logiciel on peut constater que :
— la vitesse d'activité enzymatique dépend de la concentration en substrat et en enzyme
— à basse température, l'enzyme est inhibée (elle ne fonctionne pas) mais retrouve une activité à 37 °C. A très haute température, l'enzyme est dénaturée car la structure de la protéine qui la constitue est modifiée par la chaleur
En général, on estime que la vitesse de la réaction (quantité de substrat modifié par unité de temps ou de produits fabriqués par unité de temps) doit être mesurée au tout début de la réaction. On parle de vitesse initiale. On peut constater sur les courbes suivantes que la vitesse initiale varie en fonction de la concentration en substrat. Cette vitesse se meure en utilisant la tangente à la courbe à t = 0.
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