Quel est le lien entre les enzymes et les substrats?
Les enzymes et les substrats sont liés de deux manières principales, car ils interagissent fréquemment les uns avec les autres dans de nombreux processus biologiques. Premièrement, les enzymes et les substrats sont souvent spécifiques les uns des autres et possèdent des formes complémentaires leur permettant de se lier. Deuxièmement, les enzymes peuvent modifier les substrats en catalysant des réactions chimiques ou en modifiant des structures. Ensemble, ils subissent des transformations, notamment le complexe de substrat enzymatique (ES), les états intermédiaires et les états de transition.
On estime qu'il existe environ 75 000 enzymes dans le corps humain, dont beaucoup sont spécifiques à certains substrats. Les enzymes et les substrats se lient les uns aux autres et s'associent via diverses interactions, notamment des liaisons hydrogène, des interactions hydrophobes et des liaisons covalentes. Cette liaison initiale est appelée modèle d’ajustement induit, plutôt qu’un modèle à verrouillage de clé, car chaque molécule change en réponse à la liaison avec l’autre molécule pour former une nouvelle forme tridimensionnelle. Ensemble, l'enzyme et le substrat constituent le complexe ES, dans lequel des réactions chimiques peuvent se produire.
Au cours d'une réaction catalysée, les enzymes et les substrats interagissent pour donner de nouveaux produits. Bien que l'enzyme reste inchangée une fois la réaction terminée, le substrat est souvent modifié, parfois même se transformant complètement en une nouvelle molécule. Bien qu’elle reste inchangée, l’enzyme joue un rôle majeur dans les réactions chimiques car elle réduit l’énergie d’activation nécessaire à la réaction. Cela signifie que l'énergie présente dans les interactions chimiques de l'enzyme et du substrat est suffisante pour surmonter l'obstacle énergétique de la réaction.
Au cours de la réaction, les enzymes et les substrats passent par différentes étapes. Certaines d'entre elles, appelées étapes intermédiaires ou intermédiaires chimiques, impliquent la formation de nouvelles molécules transitoires. L'enzyme est capable de les stabiliser et de catalyser d'autres réactions pour transformer ces molécules en produits désirés.
Les états de transition sont d'autres complexes formés entre des enzymes et des substrats d'une durée de vie extrêmement courte et d'une énergie élevée. Ils se produisent fréquemment au moment de la rupture de la liaison, de la reformation ou du réarrangement dans la réaction. Les enzymes sont souvent structurées de manière à réduire l’énergie des états de transition grâce à la stabilisation des liaisons, et souvent cette réduction de l’énergie réduit l’énergie d’activation de la réaction.
Bien qu'il existe de nombreuses paires de substrats enzymatiques, de nombreuses enzymes peuvent correspondre à plusieurs substrats. En fait, de nombreuses enzymes sont nécessaires pour joindre deux substrats en une seule molécule ou pour casser un seul substrat en deux molécules de produit résultantes. Il existe également de nombreuses enzymes non spécifiques, ce qui signifie qu'elles peuvent cibler plus d'un substrat, en fonction des conditions à l'intérieur de la cellule.