L'âme des enzymes : le mystère de la biocatalyse

Les protéines sont des objets moléculaires doués de propriétés exceptionnelles. Leur organisation structurale et leur contenu en acides aminés, qui modulent leurs propriétés stéréoélectroniques et leur dynamique, leur permette de contrôler l’entrée et la sortie de petites molécules et la complémentarité entre les sites réactifs et les substrats. Les enzymes sont de fait capables d’accélérer de façon fantastique les réactions chimiques qu’elles catalysent et la mesure du facteur d’accélération est le plus souvent très difficile à obtenir. Pour illustrer les méthodologies mises en œuvre, le cas de l’uroporphyrinogène décarboxylase, une enzyme impliquée dans la biosynthèse de l’hème, de la chlorophylle et des cytochromes, a été discuté (R. Wolfenden, PNAS 2008, 105, 17328). Le facteur d’accélération est de l’ordre de 1017. Les différentes théories permettant d’expliquer ces accélérations, en particulier celle, célèbre, de la stabilisation de l’état de transition, proposée par L. Pauling en 1948, ont été présentées. Il faut savoir qu’encore aujourd’hui ce pouvoir catalytique des enzymes reste un mystère et un sujet de controverses très profondes, en ce qui concerne le poids relatif des effets entropiques et enthalpiques, et la réalité d’un état de transition défini, auquel on peut appliquer la thermodynamique classique. Avec une présentation du lysozyme, de la triose phosphate isomérase, de la cytidine déaminase pour illustrer les différentes hypothèses, il ressort que les positionnements relatifs des acides aminés des sites actifs et des substrats, et les interactions électrostatiques qui en découlent, jouent un rôle majeur dans la catalyse. Cela signifie, comme le suggère A. Warshel, que l’origine de la catalyse réside dans la structure de la protéine et donc que son pouvoir catalytique, l’énergie catalytique, est implémenté d’une façon ou d’une autre, au moment de sa synthèse et non au moment de la réaction.