Enzymes

CONCEPT

Les Enzymes sont des catalyseurs biologiques, ou des produits chimiques qui accélèrent la vitesse de réaction entre les substances sans être eux-mêmes consommés dans la réaction. En tant que tels, ils sont vitaux pour des fonctions corporelles telles que la digestion, et ils rendent possibles des processus qui ne pourraient normalement pas se produire sauf à des températures si élevées qu’ils menaceraient le bien-être du corps. Un type de protéine, les enzymes fonctionnent parfois en tandem avec des non-protéines appelées coenzymes., Parmi les processus dans lesquels les enzymes jouent un rôle vital est la fermentation, qui a lieu dans la production d’alcool ou la cuisson du pain et joue également un rôle dans de nombreux autres phénomènes naturels, tels que la purification des eaux usées.

COMMENT ÇA MARCHE

acides aminés, protéines et Biochimie

Les acides aminés sont des composés organiques composés de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote et (dans certains cas) de soufre liés dans des formations caractéristiques., Les chaînes de 50 acides aminés ou plus sont connues sous le nom de protéines, de grosses molécules qui servent à favoriser une croissance normale, à réparer les tissus endommagés, à contribuer au système immunitaire du corps et à fabriquer des enzymes. Ces derniers sont un type de protéine qui fonctionne comme un catalyseur, une substance qui accélère une réaction chimique sans y participer. Les catalyseurs dont les enzymes dans le corps des plantes et des animaux sont un bon exemple, ne sont donc pas consommé dans la réaction.,

catalyseurs

dans une réaction chimique, des substances connues sous le nom de réactifs interagissent les unes avec les autres pour créer de nouvelles substances, appelées produits. L’énergie est un élément important de la réaction chimique, car un certain seuil, appelé énergie d’activation, doit être franchi avant qu’une réaction ne puisse se produire. Pour augmenter la vitesse à laquelle une réaction a lieu et pour accélérer le franchissement du seuil d’énergie d’activation, il est nécessaire de faire l’une des trois choses suivantes.,

Les deux premières options sont d’augmenter soit la concentration des réactifs, soit la température à laquelle la réaction a lieu. Il n’est pas toujours possible ou souhaitable, cependant, de faire une de ces choses. Bon nombre des processus qui se déroulent dans le corps humain, par exemple, nécessiteraient normalement des températures élevées—des températures, en fait, trop élevées pour soutenir la vie humaine. Imaginez ce qui se passerait si le seul moyen que nous avions de digérer l’amidon était de le chauffer jusqu’au point d’ébullition à l’intérieur de nos estomacs!, Heureusement, il existe une troisième option: l’introduction d’un catalyseur, une substance qui accélère une réaction sans y participer, soit comme un réactif ou d’un produit. Les catalyseurs ne sont donc pas consommés dans la réaction. Les Enzymes, qui facilitent les réactions nécessaires dans notre corps sans augmenter les températures ou augmenter les concentrations de substances, sont un excellent exemple de catalyseur chimique.

la découverte de la catalyse.,

bien avant que les chimistes ne reconnaissent l’existence de catalyseurs, les gens ordinaires utilisaient le processus chimique connu sous le nom de catalyse à de nombreuses fins: fabrication de savon, fermentation du vin pour créer du vinaigre, ou levain du pain, forinstance. Au début du XIXe siècle, les chimistes ont commencé à prendre note de ce phénomène. En 1812, le chimiste russe Gottlieb Kirchhoff (1764-1833) étudiait la conversion des amidons en sucre en présence d’acides forts lorsqu’il remarqua quelque chose d’intéressant.,

Lorsqu’une suspension d’amidon (c’est-à-dire des particules d’amidon en suspension dans l’eau) a été bouillie, a observé Kirchhoff, aucun changement ne s’est produit dans l’amidon. Quand il a ajouté quelques gouttes d’acide concentré avant de faire bouillir la suspension, cependant, il a obtenu un résultat très différent. Cette fois, l’amidon s’est décomposé pour former du glucose, un sucre simple (Voir glucides), alors que l’acide—qui avait clairement facilité la réaction—n’a subi aucun changement., En 1835, le chimiste suédois Jöns Berzelius (1779-1848) donna un nom au procédé observé par Kirchhoff: la catalyse, dérivé des mots grecs kata (« vers le bas ») et lyein (« desserrer »). Deux ans plus tôt, en 1833, le physiologiste français Anselme Payen (1795-1871) avait isolé du malt une matière qui accélérait la conversion de l’amidon en sucre, par exemple dans le brassage de la bière.

Le célèbre chimiste français Louis Pasteur (1822-1895), qui avait raison sur tant de choses, a appelé ces catalyseurs ferments et les a prononcés organismes séparés., En 1897, cependant, le biochimiste allemand Eduard Buchner (1860-1917) a isolé les catalyseurs qui provoquent la fermentation de l’alcool et a déterminé qu’il s’agissait de substances chimiques et non d’organismes. À cette époque, le physiologiste allemand Willy Kahne avait suggéré le nom d’enzyme pour ces catalyseurs dans les systèmes vivants.

substrats et Sites actifs

chaque type d’enzyme est conçu pour interagir chimiquement avec une seule substance ou un type de substance particulier, appelé substrat., Les deux parties s’emboîtent, selon une théorie largement répandue introduite dans les années 1890 par le chimiste allemand Emil Fischer (1852-1919), comme une clé s’insère dans une serrure. Chaque type d’enzyme a une forme tridimensionnelle spécifique qui lui permet de s’adapter au substrat, qui a une forme complémentaire.

le lien entre les enzymes et les substrats est si fort que les enzymes sont souvent nommées d’après le substrat impliqué, simplement en ajoutant ase au nom du substrat., Par exemple, la lactase est l’enzyme qui catalyse la digestion du lactose ou sucre de lait, et d’uréase catalyse la décomposition chimique de l’urée, une substance dans l’urine. Les Enzymes lient leurs réactifs ou substrats à des plis et des fentes spéciaux, appelés sites actifs, dans la structure du substrat. Parce que de nombreuses interactions sont nécessaires dans leur travail de catalyse, les enzymes doivent avoir de nombreux sites actifs, et donc elles sont très grandes, ayant des chiffres de masse atomique aussi élevés qu’un million d’amu., (Une unité de masse atomique, ou amu, est approximativement égale à la masse d’un proton, une particule chargée positivement dans le noyau d’un atome.)

supposons qu’une molécule de substrat, telle qu’un amidon, ait besoin d’être décomposée aux fins de la digestion dans un corps vivant. L’énergie nécessaire pour séparer le substrat est assez grande, plus grande que celle disponible dans le corps. Une enzyme ayant la forme moléculaire correcte arrive sur la scène et se fixe à la molécule de substrat, formant une liaison chimique à l’intérieur de celle-ci., La formation de ces liaisons provoque la rupture d’autres liaisons dans la molécule de substrat, après quoi l’enzyme, son travail terminé, passe à une autre molécule de substrat non catalysée.

Coenzymes

toutes les enzymes appartiennent à la famille des protéines, mais beaucoup d’entre elles sont incapables de participer à une réaction catalytique tant qu’elles ne sont pas liées à un composant non protéique appelé coenzyme. Il peut s’agir d’une molécule de taille moyenne appelée groupe prothétique, ou d’un ion métallique (un atome avec une charge électrique nette), auquel cas il est appelé cofacteur., Très souvent, cependant, les coenzymes sont composées entièrement ou partiellement de vitamines. Bien que certaines enzymes soient attachées très étroitement à leurs coenzymes, d’autres peuvent être séparées facilement; dans les deux cas, la séparation désactive presque toujours les deux partenaires.

la première coenzyme a été découverte par le biochimiste anglais Sir Arthur Harden (1865-1940) au tournant du XIXe siècle. Inspiré par Buchner, qui en 1897 avait détecté une enzyme active dans le jus de levure qu’il avait nommé zymase, Harden a utilisé un extrait de levure dans la plupart de ses études., Il a rapidement découvert que même après l’ébullition, qui a vraisemblablement détruit les enzymes de la levure, une telle levure désactivée pouvait être réactivée. Cette découverte a conduit Harden à réaliser qu’une enzyme de levure se compose apparemment de deux parties: une grande partie moléculaire qui ne pouvait pas survivre à l’ébullition et était presque certainement une protéine et une plus petite partie qui avait survécu et n’était probablement pas une protéine. Harden, qui a ensuite partagé le prix Nobel de chimie 1929 pour cette recherche, a qualifié la protéine non de coferment, mais d’autres ont commencé à l’appeler coenzyme.,

APPLICATIONS réelles

le corps, la nourriture et la Digestion

Les Enzymes permettent les nombreuses réactions chimiques qui ont lieu à toute seconde à l’intérieur du corps d’une plante ou d’un animal. Un exemple d’enzyme est le cytochrome, qui aide le système respiratoire en catalysant la combinaison de l’oxygène et de l’hydrogène dans les cellules. D’autres enzymes facilitent la conversion des aliments en énergie et rendent possible une variété d’autres fonctions biologiques nécessaires. Les Enzymes dans le corps humain remplissent l’une des trois fonctions de base., Les plus grands de tous les types d’enzymes, parfois appelés enzymes métaboliques, aident à un large éventail de processus corporels de base, de la respiration à la pensée. Certaines de ces enzymes sont consacrées au maintien du système immunitaire, qui nous protège contre les maladies, et d’autres sont impliquées dans le contrôle des effets des toxines, telles que la fumée de tabac, en les convertissant en formes que le corps peut expulser plus facilement.

Une deuxième catégorie d’enzymes est dans l’alimentation et se compose d’enzymes dans les aliments crus qui aident au processus de digestion de ces aliments., Ils comprennent les protéases, qui mettent en œuvre la digestion des protéines; les lipases, qui aident à digérer les lipides ou les graisses; et les amylases, qui permettent de digérer les glucides. De telles enzymes mettent en mouvement le processus digestif même lorsque la nourriture est encore dans la bouche. Comme ces enzymes se déplacent avec la nourriture dans la partie supérieure de l’estomac, ils continuent à aider à la digestion.

Le troisième groupe d’enzymes est également impliqué dans la digestion, mais ces enzymes sont déjà dans le corps., Les glandes digestives sécrètent des jus contenant des enzymes qui décomposent chimiquement les nutriments en molécules plus petites qui sont plus facilement absorbées par le corps. L’Amylase dans la salive commence le processus de décomposition des glucides complexes en sucres simples. Alors que la nourriture est encore dans la bouche, l’estomac commence à produire de la pepsine, qui, comme la protéase, aide à digérer les protéines.

plus tard, lorsque la nourriture pénètre dans l’intestin grêle, le pancréas sécrète du suc pancréatique—qui contient trois enzymes qui décomposent les glucides, les graisses et les protéines—dans le duodénum, qui fait partie de l’intestin grêle., Les Enzymes des aliments se retrouvent parmi les nutriments qui circulent dans le corps à travers le plasma, un liquide aqueux dans lequel les globules rouges sont en suspension. Ces enzymes dans le sang aident le corps dans tout, de la croissance à la protection contre l’infection.

une enzyme digestive qui devrait être dans le corps, mais n’est pas toujours présente, est la lactase. Comme nous l’avons noté précédemment, la lactase agit sur le lactose, le principal glucide du lait, pour mettre en œuvre sa digestion. Si une personne manque de cette enzyme, la consommation de produits laitiers peut causer de la diarrhée, des ballonnements et des crampes., Une telle personne est dite « intolérante au lactose », et si elle doit consommer des produits laitiers, ils doivent être sous des formes contenant de la lactase. Pour cette raison, le lait Lactaid est vendu dans la section des produits laitiers spécialisés des grands supermarchés, tandis que de nombreux magasins d’aliments naturels vendent des comprimés lactaid.

Fermentation

La Fermentation, dans son sens le plus large, est un processus impliquant des enzymes dans lequel un composé riche en énergie est décomposé en substances plus simples., Il est également parfois identifié comme un processus dans lequel de grandes molécules organiques (celles contenant de l’hydrogène et du carbone) sont décomposées en molécules plus simples à la suite de l’action de micro-organismes fonctionnant anaérobiquement, ou en l’absence d’oxygène. Le type de fermentation le plus familier est la conversion des sucres et des amidons en alcool par des enzymes dans la levure. Pour distinguer cette réaction des autres types de fermentation, le processus est parfois appelé fermentation alcoolique ou éthanolique.

à un moment de la préhistoire humaine, les humains ont découvert que les aliments se gâtent ou se détériorent., Pourtant, à l’aube de l’histoire—c’est—à-dire dans L’ancienne Sumer et en Égypte-les gens ont constaté que parfois la « détérioration » (c’est-à-dire la fermentation) des produits pouvait avoir des résultats bénéfiques. D’où la fermentation de jus de fruits, par exemple, a entraîné la formation de formes primitives de vin. Au cours des siècles qui ont suivi, les gens ont appris à faire à la fois des boissons alcoolisées et du pain grâce à l’utilisation contrôlée de la fermentation.

boissons alcoolisées.,

lors de la fermentation, l’amidon est converti en sucres simples, tels que le saccharose et le glucose, et par une séquence complexe de 12 réactions, ces sucres sont ensuite convertis en alcool éthylique (le type d’alcool qui peut être consommé, par opposition à l’alcool méthylique et à d’autres formes toxiques) et en dioxyde de carbone. De nombreuses enzymes sont nécessaires pour réaliser cette séquence de réactions,la plus importante étant la zymase, qui se trouve dans les cellules de levure. Ces enzymes sont sensibles aux conditions environnementales, de sorte que lorsque la concentration d’alcool atteint environ 14%, elles sont désactivées., Pour cette raison, aucun produit de fermentation (tel que le vin) ne peut avoir une concentration alcoolique supérieure à environ 14%. Les boissons alcoolisées plus fortes, telles que le whisky, sont le résultat d’un autre processus, la distillation.

Les boissons alcoolisées qui peuvent être produites par fermentation varient considérablement, en fonction principalement de deux facteurs: la plante qui est fermentée et les enzymes utilisées pour la fermentation., Selon les matériaux à leur disposition, divers peuples ont utilisé des raisins, des baies, du maïs, du riz, du blé, du miel, des pommes de terre, de l’orge, du houblon, du jus de cactus, des racines de manioc et d’autres matières végétales pour la fermentation pour produire des vins, des bières et d’autres boissons fermentées. Le produit naturel utilisé dans la fabrication de la boisson détermine généralement le nom du produit synthétique. Ainsi, par exemple, le vin à base de riz—une tradition séculaire au Japon-est connu sous le nom de saké, tandis qu’une boisson fermentée à base d’orge, de houblon ou de sucre de malt a un nom très familier aux Américains: la bière., Les raisins font du vin, mais le « vin » à base de miel est connu sous le nom d’hydromel.

autres aliments.

bien sûr, l’alcool éthylique n’est pas le seul produit utile de la fermentation ou même de la fermentation à l’aide de levure; il en va de même pour les produits de boulangerie, tels que le pain. Le dioxyde de carbone généré pendant la fermentation est un composant important de ces articles. Lorsque la pâte à pain est mélangée, une petite quantité de sucre et de levure est ajoutée., Le pain monte alors, ce qui est plus qu’une simple figure de langage: il gonfle en fait à la suite de la fermentation du sucre par des enzymes dans la levure, ce qui entraîne la formation de gaz carbonique. Le dioxyde de carbone donne à la pâte un volume et une texture qui manqueraient sans le processus de fermentation. Une autre application de la fermentation liée à l’alimentation est la production d’un type d’aliment transformé à partir d’une variété brute et naturelle., La conversion des olives crues en olives vendues dans les magasins, des concombres en cornichons et du chou en choucroute utilise une bactérie particulière qui aide à un type de fermentation.

APPLICATIONS industrielles.

Il y a même des recherches en cours sur la création de produits comestibles à partir de la fermentation du pétrole. Bien que cela puisse sembler un peu tiré par les cheveux, il est moins difficile de comprendre alimenter les voitures avec un produit de fermentation écologique connu sous le nom de gasohol., Gasohol a commencé à faire les gros titres dans les années 1970, quand un embargo pétrolier et la hausse des prix du gaz qui en a résulté, combinés à des préoccupations environnementales croissantes, ont soulevé la nécessité d’un type de carburant qui consommerait moins de pétrole. Un mélange d’environ 90% d’essence et 10% d’alcool, gasohol brûle plus proprement que l’essence seule et fournit une méthode prometteuse pour utiliser des ressources renouvelables (matériel végétal) pour étendre la disponibilité d’une ressource non renouvelable (pétrole). De plus, l’alcool nécessaire à ce produit peut être obtenu à partir de la fermentation de déchets agricoles et municipaux.,

Les applications de la fermentation couvrent un large spectre, des médicaments qui pénètrent dans le corps des personnes au nettoyage des eaux contenant des déchets humains. Certains antibiotiques et autres médicaments sont préparés par fermentation: par exemple, la cortisone, utilisée dans le traitement de l’arthrite, peut être fabriquée en fermentant un stéroïde végétal connu sous le nom de diosgénine. Dans le traitement des eaux usées, anaérobies ou non dépendantes de l’oxygène, les bactéries sont utilisées pour fermenter les matières organiques. Ainsi, les déchets solides sont convertis en dioxyde de carbone, eau et sels minéraux.

où en savoir plus

Asimov, Isaac., Les Produits Chimiques De La Vie: Enzymes, vitamines, Hormones. New York: Abélard-Schulman, 1954.

Fruton, Joseph S. un biochimiste sceptique. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1992.

Kornberg, Arthur. Pour L’amour des Enzymes: L’Odyssée d’un biochimiste. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1989.

termes clés

énergie D’ACTIVATION:

un seuil qui doit être franchi pour faciliter une réaction chimique., Il existe trois façons d’atteindre l’énergie d’activation: en augmentant la concentration des réactifs, en augmentant leur température ou en introduisant un catalyseur, tel qu’une enzyme.

SITES actifs:

plis et fentes à la surface d’une enzyme qui permettent l’attache à son substrat particulier.

acides aminés:

composés organiques composés de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, de nitro gen et (dans certains cas) de soufre liés dans des formations caractéristiques. Les chaînes d’acides aminés constituent les protéines.,

biochimie:

le domaine des sciences biologiques concernées par les substances chimiques et les processus dans les organismes.

glucides:

composés naturels, composés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, dont la fonction principale dans le corps est de fournir de l’énergie. Les sucres, les amidons, la cellulose et diverses autres substances sont inclus dans le groupe des glucides. La plupart des glucides sont produits par des plantes vertes en cours de photosynthèse.,

CATALYSE:

L’acte ou le processus de chat alyzing, ou d’accélérer la vitesse de réaction entre les substances.

catalyseur:

substance qui accélère une réaction chimique sans y participer. Les catalyseurs dont les enzymes sont un bon exemple, ne sont donc pas consommé dans la réaction.

COENZYME:

Un composant non protéique parfois nécessaire pour permettre à une enzyme de mettre en mouvement une réaction catalytique.,

ENZYME:

une protéine qui agit comme un catalyseur, un matériau qui accélère les réactions chimiques dans le corps des plantes et des animaux sans lui-même participer OU être consommé par ces réactions.

FERMENTATION:

processus impliquant des enzymes dans lequel un composé riche en énergie est décomposé en substances plus simples.

métabolisme:

processus chimique par lequel les nutriments sont décomposés et convertis en énergie ou sont utilisés dans la construction de nouveaux tissus ou d’autres matériaux dans le corps.,

molécule:

groupe d’atomes, usuels mais ne représentant pas toujours plus d’un élément, réunis dans une structure. Les composés sont généralement constitués de molécules.

organique:

à une époque, les chimistes utilisaient le terme organique uniquement en référence aux êtres vivants. Maintenant, le mot est appliqué aux composés contenant du carbone et de l’hydrogène.

protéines:

grandes molécules construites à partir de longues chaînes de 50 acides aminés ou plus. Les protéines servent à favoriser une croissance normale, à réparer les tissus endommagés, à contribuer au système immunitaire du corps et à fabriquer des enzymes.,

réactif:

substance qui interagit avec une autre substance dans une réaction chimique, entraînant la formation d’un ou de plusieurs produits chimiques connus sous le nom de produit.

amidons:

glucides complexes sans goût ni odeur, qui sont granulaires ou pulvérulents sous forme physique.

substrat:

Un réactif qui est généralement associé à une enzyme particulière. Les Enzymes sont souvent nommées d’après leurs substrats respectifs en ajoutant le suffixe ase (par exemple, l’enzyme lactase est associée au substrat lactose).,

sucres:

L’un des trois principaux types de glucides, avec les amidons et la cellulose. Les sucres peuvent être définis comme l’un des divers hydrates de carbone solubles dans l’eau de douceur variable. Ce que nous considérons comme du « sucre » (c’est-à-dire du sucre de table) est en fait du saccharose.

vitamines:

substances organiques qui, en très petites quantités, sont essentielles à la nutrition de la plupart des animaux et de certaines plantes., En particulier, les vitamines agissent avec les enzymes dans la régulation des processus métaboliques; cependant, elles ne fournissent pas en elles-mêmes d’énergie et, par conséquent, les vitamines seules ne sont pas considérées comme une forme de nutrition.

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