Les enzymes, à l’origine du phénotype

Les enzymes catalysent les réactions du métabolisme. Elles sont spécifiques à leurs substrats et spécifiques de la réaction qu’elles catalysent. Elles permettent l’établissement du phénotype.

I Les enzymes, des biocatalyseurs

1 Structure des enzymes

Doc Structure d’une protéine

Repère
Mot clé

Catalyser : accélérer une réaction.

Les enzymes sont un type de protéines capables de catalyser les réactions chimiques du métabolisme des cellules. Elles favorisent la transformation d’une molécule, le substrat, en une ou plusieurs autres, les produits.

Comme toute protéine, une enzyme est constituée d’une succession de plus petites molécules nommées acides aminés (il en existe 20 sortes), reliées entre elles par des liaisons peptidiques.

Chaque acide aminé ayant des propriétés chimiques différentes (charge électrique, affinité avec l’eau…), certains établissent des liaisons avec des acides aminés distants, ce qui explique que la protéine ne conserve jamais une forme linéaire. Sa forme tridimensionnelle est spécifique à chaque enzyme : elle lui confère des propriétés indispensables à son action.

2 Action des enzymes

Une portion de l’enzyme est essentielle à son action : il s’agit du site actif. C’est une partie « creuse », constituée d’un ensemble d’acides aminés qui se lient au substrat pour permettre la catalyse.

Chaque enzyme n’agit que sur un type de substrat, et ne catalyse qu’un type de réaction chimique. Les enzymes ont donc une spécificité de substrat et une spécificité d’action. En revanche, deux enzymes différentes peuvent agir sur un même substrat, mais la réaction chimique catalysée par chaque enzyme est différente (les produits formés aussi, voir le mémo visuel).

II Les protéines, molécules déterminant le phénotype

Le phénotype correspond à l’ensemble des caractères observables d’un individu. Il peut être défini à différentes échelles : moléculaire (composition et fonction des protéines), cellulaire (taille, forme, fonctionnement des cellules) et macroscopique (caractères visibles à l’échelle de l’organisme).

Repère
Mot clé

Génotype : information génétique propre à chaque individu, contenue dans les allèles de l’ensemble de ses gènes.

Une modification dans la séquence d’acides aminés d’une protéine peut changer le fonctionnement des cellules qui la contiennent, et donc les caractères de l’organisme. Le phénotype moléculaire contrôle donc le phénotype cellulaire, qui contrôle le phénotype macroscopique.

Le génotype d’un individu contient l’ensemble des informations nécessaires à la synthèse des protéines d’un individu (dont les enzymes). Il contrôle ainsi le phénotype moléculaire, et donc également les échelles supérieures du phénotype.

Méthode

Calculer la vitesse initiale d’une réaction enzymatique

L’activité d’une enzyme peut être caractérisée par sa vitesse initiale de réaction (vi) : la vitesse à laquelle l’enzyme catalyse la réaction de transformation du substrat en produit, en début de réaction. Calculer la vitesse initiale de la réaction enzymatique ci-contre.

Doc Concentration en produit formé au cours du temps

Une enzyme est placée au contact de son substrat dans un bécher à t = 0 min.

Repère
Conseils

Étape 1 Tracer la tangente à la courbe au début d’expérience.

Étape 2 Choisir un point A situé sur cette tangente, par exemple à t = 12 min.

Étape 3 Calculer la pente de la tangente à l’aide des coordonnées de A.

Étape 4 Exprimer la vitesse initiale avec les unités adéquates.

solution

Étape 1 La pente de la tangente à la courbe représente la vitesse de réaction. Elle est maximale en début d’expérience.

Étapes 2 et 3 La pente de la tangente est donnée par yA/xA = 9/12 = 0,75.

Étape 4 La vitesse de réaction est égale à 0,75 µmol · L–1 · min–1.