Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment les enzymes catalysent les réactions biologiques, comment l’action des enzymes suit le modèle clé-serrure, et ce que signifie dénaturer un site actif. Nous allons également voir pourquoi les enzymes sont importantes pour la vie et découvrir de quoi elles sont faites. Ensuite, nous résoudrons également des problèmes pratiques sur les enzymes.
Alors, pourquoi étudions-nous les enzymes? Eh bien, les enzymes catalysent les réactions biologiques. Et si nous regardons d’abord la situation dans son ensemble, nous comprendrons pourquoi cela est important. Nous pouvons utiliser l’humain comme exemple d’entité biologique ou vivante car, à l’instar de tous les êtres vivants, nous sommes faits de cellules. Les cellules sont l’unité de base de la vie car elles coordonnent les réactions chimiques qui sont à l’origine des processus biologiques, comme la respiration, l’excrétion, le mouvement, la pensée, la digestion, le transport d’élements au sein d’une cellule, d’une cellule à l’autre ou dans votre corps, le traitement des informations sensorielles, et beaucoup plus encore.
Les humains sont constitués d’environ 37 billions de cellules, chacune occupée à réaliser beaucoup de réactions chimiques chaque seconde. Et cela signifie que les réactions chimiques ne sont pas seulement importantes pour la vie; elles sont l’essence même de la vie. Et les réactions biologiques, qui sont des réactions chimiques dirigées par des enzymes, sont vraiment importantes. Jetons ensuite un coup d’œil au terme «catalyser». Le synonyme de catalyser est accélérer. Et, incroyablement, les enzymes accélèrent les réactions chimiques qu’elles catalysent. Comparer la vitesse d’une réaction biochimique classique avec ou sans enzyme, c’est comme comparer une fusée à une pierre. Voilà pourquoi nous étudions les enzymes. Elles accélèrent les réactions chimiques importantes qui sont à l’origine de nos processus biologiques.
Alors qu’est ce qui fait que les enzymes sont capables d’accélérer ou de catalyser les réactions chimiques? Commençons par examiner l’énergie. Et ce graphique nous aidera à comprendre ce qui se passe avec la quantité d’énergie requise lors d’une réaction chimique avec ou sans enzyme. Alors, l’énergie est représentée sur l’axe des ordonnées. L’axe des abscisses représente l’avancement de la réaction au fil du temps. Nous commençons donc par le ou les réactifs à gauche puis le ou les produits à droite. Dans notre exemple, nous avons deux réactifs, A et B, et un produit, C. Vous pouvez voir que nos réactifs doivent monter la montagne d’énergie. Imaginez l’excitation au sommet, si haut, sur le point de descendre à toute vitesse, générant le produit C à plus faible énergie.
Voyons ce qui arrive à la forme de la courbe lorsque nous ajoutons un catalyseur, tel qu’une enzyme, à la réaction. Le wagon des montagnes russes aide en fait à lier les réactifs ensemble, ce qui permet au produit de se former sans avoir à monter cette montagne d’énergie. Et nous utilisons le terme substrat au lieu de réactif dans les réactions impliquant des enzymes. Les réactions induites par des enzymes ne demande qu’une petite quantité d’énergie, ce qui leur permet de se produire là où elles n’auraient pas pu autrement, comme dans un tube à essai qui aurait nécessité un grand apport d’énergie. Cela se produit dans une cellule avec une enzyme plutôt qu’avec une flamme. Alors maintenant, nous savons que les enzymes réduisent la quantité d’énergie nécessaire à une réaction.
Ensuite, voyons comment un wagon des montagnes russes peut modifier son propre chemin de rails, ou plutôt, comment les enzymes accélèrent la formation de produits à partir de substrats. Alors, nous venons d’apprendre que les enzymes réduisent la quantité d’énergie nécessaire à une réaction. Mais maintenant, nous allons voir comment elles le font. Prenons l’exemple d’une cellule très simplifiée avec seulement deux réactifs, A et B, et aucune enzyme. Pour qu’une réaction se produise entre les réactifs A et B, ils doivent se percuter avec suffisamment de force et être orientés de la bonne manière. Donc, si ce réactif A se déplace vers B et que ce réactif B se déplace vers A et qu’ils se percutent, il se peut qu'il n'y ait toujours pas de réaction.
Alors, essayons à nouveau avec plus de force, ce qui bien sûr nécessite plus d’énergie. Alors, nous avons A qui se précipite vers B et B qui se précipite vers A avec plus de force cette fois. Mais il se peut qu'ils ne réagissent toujours pas ensemble. Alors, cette fois-ci, essayons de les orienter de telle sorte que ces deux molécules soient face à face, leur permettant de former une éventuelle liaison. Maintenant, les réactifs A et B se précipitent les uns vers les autres avec une force adéquate et une orientation qui permettent aux pattes de la lettre A de rentrer dans les boucles de la lettre B, générant une réaction chimique qui crée dans ce cas le produit C.
Une vitesse de réaction qui donne une faible probabilité que des éléments chimiques spécifiques se percutent avec une force suffisante et une orientation correcte semble parfaitement convenir pour la création de l’univers. Mais la vie nécessite un nombre ahurissant de réactions chimiques par seconde sans énergie apportée par exemple par des becs Bunsen ou des plaques de cuisson. Ainsi, sans enzymes, les réactions nécessiteraient simplement trop d’énergie et devraient ralentir pour maintenir la vie. Voyons maintenant comment cette réaction pourrait se réaliser avec une enzyme dessinée ici en vert; dont une partie en rose qui représente le site actif. C’est là que les substrats A et B vont se lier.
La façon dont leurs formes s’emboîtent détermine comment les substrats se lient spécifiquement à l’enzyme. L’emboîtement de l’enzyme avec les substrats est appelé complémentaire, car ils ont tendance à se compléter. L’interaction du complexe enzyme-substrats réduit l’énergie ou la force autrement requise pour que la réaction chimique se produise, générant le produit C, qui est ensuite libéré, permettant à l’enzyme de catalyser d’autres réactions. Ainsi, les réactions catalysées par une enzyme nécessitent moins d’énergie et sont plus rapides grâce à l’interaction complémentaire de l’enzyme et du substrat.
L’emboîtement avec le site actif de l’enzyme est si précis que nous utilisons l’analogie d’une serrure et d’une clé. Voici une analogie à compléter pour le titre de page. Une clé est à une serrure, ce qu’un ou une “ “ est à un ou une “ “. Et nos choix de mots sont soit une enzyme, soit un substrat. Voici une serrure de porte verrouillé et quelques clés. L’une de ces clés ouvrira-t-elle la porte? Bien sûr que non. C’est le but des clés. Vous avez besoin de la bonne clé pour entrer. Voici la tyrosine hydroxylase, et son nom en dit long sur ce qu’elle fait. Premièrement, la plupart des enzymes se terminent par le suffixe ASE. Nous savons donc qu’il s’agit d’une enzyme. Et le reste de son nom vient de ses substrats, la tyrosine et un groupe hydroxyle.
Maintenant que les substrats sont liés à l’enzyme, vous pouvez probablement en déduire lequel est représenté par la serrure et lequel par la clé. Une serrure est à une clé ce qu’une enzyme est à un substrat. Et voici une autre question: quel est le nom de cet emboîtement étroitement lié? C’est ce que l’on appelle une complémentarité, car leurs formes ont tendance à se compléter. Mais pour continuer l’histoire de notre enzyme ici, la réaction est catalysée par le complexe bien emboîté de l’enzyme et des substrats, générant dans ce cas le produit L-dopa. Et après quelques autres réactions enzymatiques, la L-dopa deviendra la dopamine, un neurotransmetteur qui vous donne l’impression d’avoir reçu une récompense. Et l'enzyme continuera à catalyser la même réaction.
Cependant, les enzymes peuvent avoir des difficultés à catalyser les réactions, surtout si quelque chose arrive à leur site actif. Si la complémentarité entre l’enzyme et le substrat est perdue, la réaction ne sera pas catalysée, et l’enzyme est dit dénaturée. Puisque les enzymes sont généralement des protéines et que la forme d’une protéine est codée par un gène, les mutations dans l’ADN peuvent affecter la forme d’une enzyme, provoquant sa dénaturation. Ensuite, travaillons sur quelques exemples de problèmes.
Laquelle des affirmations suivantes définit correctement une enzyme? (A) Une enzyme est un produit de la digestion. (B) Une enzyme est une molécule qui a été décomposée. (C) Une enzyme est un catalyseur biologique. (D) Une enzyme est un catalyseur inorganique. (E) Une enzyme est une réaction rapide.
Pour choisir la bonne solution il faut savoir ce que sont les enzymes et ce qu’elles font. Récapitulons en prenant l’exemple de l’enzyme ATP synthase pour revoir les mots clés de la question. Comme toutes les enzymes, l’ATP synthase catalyse ou accélère une réaction chimique. Et cela en fait un catalyseur. Voici la réaction que catalyse l’ATP synthase. L’ADP ajouté à un groupe phosphate donne de l’ATP. Les deux parties d’une équation chimique que vous avez l’habitude de voir sont sûrement le ou les réactifs qui sont transformés en un ou plusieurs produits lors de la réaction chimique. Mais s’il s’agit d’une réaction avec une enzyme, on dit que le ou les substrats sont transformés en un ou des produits. Nous savons donc qu’un produit est un élément chimique généré lors d’une réaction.
Voyons maintenant ce que l’ATP synthase va faire avec les substrats, qui sont l’ADP et un groupe phosphate. Les substrats se lient au site actif de l’enzyme. Et c’est là que la réaction chimique a lieu, formant le produit ATP. Et le site actif de l’enzyme est maintenant disponible pour catalyser davantage de réactions. Bon, il ne reste plus que quelques mots clés. Jetons un œil à «décomposé». Si une grande molécule est séparé en petites parties, on dit qu’on la décompose. Et si à l’opposé, les petites molécules sont regroupées en une molécule plus grande, on appelle cela assembler.
Et, bien sûr, le terme biologique signifie «provenir d’un système vivant». Et les enzymes sont des protéines produites dans des systèmes vivants. Et comme les protéines sont des molécules organiques, nous savons que les enzymes ne sont pas inorganiques. Nous sommes enfin prêts à répondre à notre question. Lequel des énoncés suivants définit correctement une enzyme? Commençons par l’option (A). Une enzyme est un produit de la digestion. Eh bien, nous avons vu que les enzymes sont des catalyseurs. Ce ne sont pas des produits, donc l’option (A) ne peut pas être correcte. L’option (B) indique qu’une enzyme est une molécule qui a été décomposée, mais nous avons vu que les enzymes ne sont pas décomposées. Elles doivent rester intactes car elles sont réutilisées à plusieurs reprises.
L’option (C) dit qu’une enzyme est un catalyseur biologique, et cela semble plutôt bien. Option (D), une enzyme est un catalyseur inorganique, mais nous savons déjà que cela n’est pas vrai car les protéines ne sont pas inorganiques. L’option (E) indique qu’une enzyme est une réaction rapide, mais nous savons que les enzymes accélèrent ou catalysent les réactions chimiques. Ce ne sont pas les réactions en elles-mêmes. Donc, l’option (E) est également incorrecte. Par conséquent, l’option (C), une enzyme est un catalyseur biologique, est la réponse à notre question.
Nous manquons d’un peu de temps. Alors au lieu de faire un autre problème, récapitulons les points essentiels de la leçon. Premièrement, une enzyme est une molécule biologique et généralement une protéine qui accélère les réactions chimiques. Le site actif est la partie de l’enzyme où se lie un substrat. Et le mot substrat désigne le réactif dans une réaction enzymatique. Les formes étroitement associées du site actif et du substrat sont définies comme étant complémentaires. Cette complémentarité réduit les besoins en énergie pour que la réaction chimique se produise. Les produits qui en résultent sont libérés de l’enzyme. Et le site actif est de nouveau disponible pour d’autres réactions.
Les catalyseurs accélèrent les réactions chimiques, et les enzymes sont des catalyseurs biologiques. Lorsqu’une enzyme ne fonctionne plus parce que la forme de son site actif est modifiée, on dit qu’elle est dénaturée. Voici quelques faits de plus sur les enzymes: elles réduisent le besoin énergétique des réactions chimiques, et la complémentarité entre le site actif de l’enzyme et le substrat illustre l’analogie de la serrure et de la clé dont nous avons parlé.
