CHAPITRE 1: ROLE DES ENZYMES DANS L'APPORT DU GLUCOSE SANGUIN Les enzymes sont une catégorie particulière de protéines qui interviennent dans la plupart des réaction chimique qui se déroulent à l'intérieur de l'organisme. Problème: en quoi les enzymes sont elles indispensables à l'approvisionnement du sang en glucose? I) Relation entre la digestion des glucides alimentaires et la glycémie. Au cours de la digestion, l'amidon est hydrolysé en glucose, nutriment soluble qui traverse facilement la muqueuse intestinale. Au cours de la digestion, l'hydrolyse des macromolécules alimentaires nécessite l'intervention d'enzymes produites par différentes cellules intestinales. - En effet Les glucides complexes contenus dans les aliments (riz, pain, pâtes, pommes de terre...) sont très importants pour le métabolisme humain. L'amidon présent dans de nombreux aliments est une macromolécule, c'est-à-dire une molécule de grande dimension formée par l'enchaînement de glucides simples : des molécules de glucose. L'amidon est une molécule trop grosse pour pouvoir être absorbée, c'est-à-dire traverser les cellules de la paroi intestinale pour atteindre le sang. Il faut des éléments capables de transformer ces macromolécules en des molécules simples assimilables par l'organisme (nutriments) appelés enzymes. A- Les enzymes : des catalyseurs biologiques. L hydrolyse chimique, sans l intervention d enzymes, de l amidon et d autres glucides ne peut se produire assez rapidement à la température du corps humain (37 C) pour être compatible avec les contraintes de la vie. En effet, une digestion rapide des aliments est nécessaire pour produire de petites molécules capables de passer dans le sang, en traversant la paroi intestinale, afin d approvisionner les cellules en molécules nécessaires à leur métabolisme : glucose... L intervention des enzymes digestives (ou d autres enzymes) catalyse (accélère) la digestion des glucides alimentaires ce qui permet de satisfaire les apports en glucose des cellules de l organisme.
Les enzymes agissent dans des conditions qui leur sont particulières, par exemple l'amylase réagit à 37 C et en milieu neutre (PH=7) alors que la pepsine, réagit en milieu acide (PH=2) et 37 C. Les enzymes possèdent un optimum de fonctionnement : leur vitesse d'action est maximum à des conditions de ph et de température spécifiques à chacune. B- Notion de double spécificité des enzymes.1- Spécificité de substrat Les enzymes sont les protéines qui réalisent les réactions du vivant. Elles réalisent les réactions selon : Une spécificité de substrat : elles n'agissent que sur un seul substrat, reconnu grâce au site de reconnaissance de l'enzyme. Par exemple, dans l'hydrolyse du saccharose, seul le saccharase peut intervenir et seul le maltase est capable d'agir sur le maltose. Les enzymes ont donc une spécificité de substrat. 2- Spécificité d'action Une spécificité d'action : elles réalisent toujours la même action sur le substrat dont elles sont spécifiques, au niveau de leur site catalytique. L'enzyme ne catalyse qu'une seule réaction, c'est la spécificité d'action. par exemple la phosphoglucoisomérase agit sur le glucose 6-phosphatase et le transforme en fructose-6phosphate alors que la transformation de ce même
substrat en glucose-6-phosphate nécessite une autre enzyme: la phosphoglucomutase. Même si deux enzymes sont capables d'agir sur le même substrat, la nature de leur action est différente. Plusieurs enzymes peuvent agir sur le même substrat avec des actions différentes. Chaque enzyme possède un site de reconnaissance et un site catalytique qui forment le site d'action qui leur confèrent leurs spécificités. Ce site est défini par la configuration spatiale de l'enzyme. L'enzyme catalyse la réaction sans être dégradée, elle peut être réutilisée jusqu'à ce qu'elle soit recyclée. C) Le devenir des nutriments glucidiques et la glycémie. Les produits d hydrolyse des glucides alimentaires (principalement du glucose) sont absorbes au niveau intestinal : ils pénètrent dans la circulation sanguine. La concentration de glucose dans le plasma de la circulation générale est appelée glycémie. Sa valeur moyenne est de 1,0 g.l-1. La glycémie fluctue légèrement dans une fourchette étroite de valeurs au cours de la journée; entre 0,8 et 1,2 g.l- 1. Elle augmente pendant 1 à 2 heures après chaque repas et baisse légèrement pendant l activité physique. La période de repos et de jeune nocturne ne l affecte pratiquement pas. Cela suggère l existence d une régulation de la glycémie par le stockage de glucose au moment des repas et sa libération dans la circulation en réponse aux besoins des cellules. La glycémie à jeun est considérée comme normale se situe entre 0,7 et 1,1g.L-1. Tout écart chronique ou répète par rapport à cet intervalle de valeurs entraine des effets néfastes pour la sante.
II) Conditions d action et caractéristiques du complexe enzyme substrat. A) Structure spatiale des enzymes et activité catalytique. La catalyse enzymatique suppose la formation d'un complexe enzymesubstrat : le substrat a une forme complémentaire à celle d'une sorte de cavité de l'enzyme : le site actif. Le substrat se place dans le site actif pour y être transformé en produit(s). La structure spatiale du site actif découle du repliement de la protéine dans l'espace. Ce repliement dépend notamment des conditions du milieu (ph, température, etc.) et de l enchainement des acides aminés. o Les enzymes ne peuvent jouer leur rôle de catalyseurs biologiques que dans certaines conditions physico-chimiques. Ainsi, la saccharase humaine est fonctionnelle autour d une température de 37 C et d'un ph de 7. Lorsque la température et/ou le ph s'éloignent des conditions optimales, la saccharase devient moins active, voire totalement inactive. o On constate que certaines maladies sont dues à une ou des enzyme(s) qui diffère(ent) de la forme normale par un ou plusieurs acides aminés, suite à une mutation d un ou plusieurs gène(s) qui codent cette (ces) enzyme(s). Il existe donc une relation étroite entre la séquence d'acides aminés d'une enzyme et sa spécificité de substrat. (Ceci est généralisable à toutes les autres enzymes qui participent au métabolisme).
B) Structure du site actif et spécificité de substrat. La forme du site actif présente une complémentarité spatiale avec celle du substrat ce qui explique la spécificité de substrat des enzymes. Une modification des conditions optimales du milieu ou de l enchainement des acides aminés de l enzyme peut affecter la structure spatiale (ou 3D) du site actif donc l activité de l enzyme et par conséquent la vitesse de la réaction chimique catalysée par l enzyme. Enzyme Substrat Enzyme Produits