Question 20
Question
Qu'observez-vous ? Définissez la notion de pH optimum. Quelle est la relation entre le pH optimum d'une enzyme et son point isoélectrique (pI ou pHi) ? Comment expliquez-vous de telles différences de pH optimum entre les enzymes ?
On voit que la vitesse de catalyse, pour une enzyme donnée, dépend le plus souvent de la valeur du pH dans le milieu réactionnel. Le pH optimum est donc la valeur de pH permettant d'obtenir la plus grande Vm, les autres paramètres de la réaction étant eux fixés ([E], [S], température...).
Il n'y a pas de rapport évident entre le pH optimum d'une enzyme et son pHi, ce dernier étant la valeur du pH permettant la formation d'un zwiterrion, ion moléculaire possédant autant de charges positives que négatives, donc globalement neutre, zone de pH assurant plutôt un minimum de solubilité donc de stabilité en solution. Pour la plupart des enzymes le pHi est même situé très loin du pH optimum, assurant le maximum de stabilité à l'enzyme au pH où elle doit travailler ; c'est un avantage acquis philogénétiquement.
De telles différences de pH optimum entre les enzymes s'expliquent par au moins trois raisons :
- de nombreux résidus d'acides aminés participant à l'acte catalytique portent les charges négatives ou positives nécessaires à la transformation du substrat en produit. Toute variation du pH peut modifier ce degré d'ionisation, facilitant ou annihilant la catalyse.
- un changement d'ionisation peut aussi se manifester sur la conformation de l'enzyme ; bien souvent une seule conformation est pleinement active. Dans le même ordre d'idées, le nombre de liaisons hydrogène dépend du pH (disponibilité en protons dans le milieu réactionnel).
- le pH est particulièrement important lorsque le mécanisme de catalyse met en jeu des échanges de protons avec le milieu.
Remarque :
On a ici trois enzymes digestives qui présentent des pH optimum différents adaptés à leurs milieux de travail et leurs fonctions.
Graphe A (bleu) : pepsine (pH optimum : 2,2), cette enzyme sécrétée dans l'estomac doit fonctionner au pH stomacal très acide (HCl); on dit que c'est une enzyme acide.
Graphe B (vert) : amylase salivaire (pH optimum : 7,5), cette enzyme sécrétée dans la salive fonctionne en milieu neutre (la cavité buccale) et est inactivée dans l'estomac ; c'est une enzyme neutre.
Graphe C (rouge) : trypsine pancréatique (pH optimum : 8,5), cette enzyme d'origine pancréatique est sécrétée dans le duodénum avec le suc pancréatique qui vient alcaliniser par des bicarbonates (HCO3-) le contenu duodénal. La trypsine doit donc fonctionner en milieu tamponné vers 8 ; c'est une enzyme alcaline. C'est le cas aussi d'autres enzymes pancréatiques comme la chymotrypsine, l'élastase, la RNAse....
D'autres enzymes présentent des zones d'activation en fonction du pH beaucoup plus larges, comme le lysozyme, qui est actif à partir de pH 3 jusqu'à pH 8, et l'acétylcholinestérase, qui fonctionne entre pH 6 et 10.
