Une enzyme est définie comme une macromolécule qui catalyse une réaction biochimique. Dans ce type de réaction chimique, les molécules de départ sont appelés substrats. L'enzyme interagit avec un substrat, le convertissant en un nouveau produit. La plupart des enzymes sont nommées en combinant le nom du substrat avec le suffixe -ase (par exemple, protéase, uréase). Presque toutes les réactions métaboliques à l'intérieur du corps s'appuient sur des enzymes pour que les réactions se déroulent assez rapidement pour être utiles.
Produits chimiques appelés activateurs peut augmenter l'activité enzymatique, inhibiteurs diminuer l'activité enzymatique. L'étude des enzymes est appelée enzymologie.
Il existe six grandes catégories utilisées pour classer les enzymes:
- Oxydoréductases - impliquées dans le transfert d'électrons
- Hydrolases - clivent le substrat par hydrolyse (absorbant une molécule d'eau)
- Isomérases - transfert d'un groupe dans une molécule pour former un isomère
- Ligases (ou synthétases) - couplent la rupture d'une liaison pyrophosphate dans un nucléotide à la formation de nouvelles liaisons chimiques
- Oxydoréductases - agir dans le transfert d'électrons
- Transferases - transfert d'un groupe chimique d'une molécule à une autre
Comment fonctionnent les enzymes
Les enzymes fonctionnent par abaisser l'énergie d'activation besoin de faire une réaction chimique se produire. Comme les autres catalyseurs, les enzymes modifient l'équilibre d'une réaction, mais elles ne sont pas consommées dans le processus. Alors que la plupart des catalyseurs peuvent agir sur un certain nombre de types de réactions différents, une caractéristique clé d'une enzyme est qu'elle est spécifique. En d'autres termes, une enzyme qui catalyse une réaction n'aura aucun effet sur une réaction différente.
La plupart des enzymes sont des protéines globulaires beaucoup plus grandes que le substrat avec lequel elles interagissent. Leur taille varie de 62 acides aminés à plus de 2 500 résidus d'acides aminés, mais seule une partie de leur structure est impliquée dans la catalyse. L'enzyme a ce qu'on appelle un site actif, qui contient un ou plusieurs sites de liaison qui orientent le substrat dans la configuration correcte, ainsi qu'un site catalytique, qui est la partie de la molécule qui abaisse l'énergie d'activation. Le reste de la structure d'une enzyme agit principalement pour présenter le site actif au substrat de la meilleure façon. Il peut également y avoir site allostérique, où un activateur ou un inhibiteur peut se lier pour provoquer un changement de conformation qui affecte l'activité enzymatique.
Certaines enzymes nécessitent un produit chimique supplémentaire, appelé cofacteur, pour que la catalyse se produise. Le cofacteur pourrait être un ion métallique ou une molécule organique, telle qu'une vitamine. Les cofacteurs peuvent se lier librement ou étroitement aux enzymes. Les cofacteurs étroitement liés sont appelés groupes prothétiques.
Deux explications de la façon dont les enzymes interagissent avec les substrats sont modèle "serrure et clé", proposé par Emil Fischer en 1894, et le modèle d'ajustement induit, qui est une modification du modèle de serrure et clé proposé par Daniel Koshland en 1958. Dans le modèle de serrure et clé, l'enzyme et le substrat ont des formes tridimensionnelles qui s'emboîtent. Le modèle d'ajustement induit propose que les molécules d'enzyme puissent changer de forme, selon l'interaction avec le substrat. Dans ce modèle, l'enzyme et parfois le substrat changent de forme lorsqu'ils interagissent jusqu'à ce que le site actif soit complètement lié.
Exemples d'enzymes
Plus de 5 000 réactions biochimiques sont connues pour être catalysées par des enzymes. Les molécules sont également utilisées dans l'industrie et les produits ménagers. Les enzymes sont utilisées pour brasser la bière et faire du vin et du fromage. Les carences enzymatiques sont associées à certaines maladies, telles que la phénylcétonurie et l'albinisme. Voici quelques exemples d'enzymes communes:
- L'amylase dans la salive catalyse la digestion initiale des glucides dans les aliments.
- La papaïne est une enzyme commune trouvée dans l'attendrisseur de viande, où elle agit pour briser les liaisons qui maintiennent les molécules de protéines ensemble.
- Les enzymes se trouvent dans les détergents à lessive et les détachants pour aider à briser les taches de protéines et à dissoudre les huiles sur les tissus.
- L'ADN polymérase catalyse une réaction lorsque l'ADN est copié, puis vérifie que les bonnes bases sont utilisées.
Toutes les enzymes sont-elles des protéines?
Presque toutes les enzymes connues sont des protéines. À un moment donné, on pensait que toutes les enzymes étaient des protéines, mais certains acides nucléiques, appelés ARN catalytiques ou ribozymes, ont été découverts qui ont des propriétés catalytiques. La plupart du temps, les étudiants étudient les enzymes, ils étudient vraiment les enzymes à base de protéines, car on sait très peu de choses sur la façon dont l'ARN peut agir comme catalyseur.