DES ENZYMES PAR
MILLIERS

La
découverte des
enzymes, ces extraordinaires catalyseurs biologiques qui permettent le
fonctionnement cellulaire, fut un moment clé de l’histoire de la biologie.
Etant donné que chaque enzyme ne catalyse, en général, qu'une seule
réaction du métabolisme, identifier une nouvelle enzyme équivaut à
identifier une des nombreuses réactions chimiques qui sont simultanément à
l'œuvre dans chaque cellule. Cette approche devait s'avérer extrêmement
féconde puisqu'elle permit, dans un premier temps, de décrypter l'ensemble
des réactions dites du métabolisme intermédiaire. Ces réactions permettent
aux cellules d'obtenir l'énergie dont elles ont besoin pour leurs
activités (synthèses, transports, mouvements etc.) en dégradant des
molécules comme les sucres ou les graisses véritables "réservoirs
énergétiques".

A ces découvertes sont attachés les noms de nombreux prix Nobel comme
O. Meyerhof (1922), O. Warburg (1931), A. Szent-Györgi (1937), C.F. Cori,
G.T. Cori et B. Houssay (1947), H. Krebs (1953). Le développement de
techniques performantes comme l'ultracentrifugation, la cristallographie par rayons
X, la chromatographie et l'électrophorèse dues à
d'autres grands chercheurs, prix Nobel également pour la plupart (mais on
ne peut les citer tous), permit, dans les années 60, d'élucider la
constitution chimique complète et la forme dans l'espace des enzymes.
Cette avancée permit de confirmer le modèle proposé par E. Fischer de la
clé et de la serrure. Enfin, la jonction put être réalisée entre la
génétique et les enzymes lorsque G. Beadle et E. Tatum (prix Nobel 1958)
montrèrent que chaque enzyme était codée par un gène selon le principe "un
gène, une enzyme" : ainsi, le programme génétique contenu dans les
chromosomes de chaque cellule s'exprime sous forme d'enzymes (mais aussi
d'autres protéines). En quelque sorte, le répertoire des protéines codées
par les gènes explique la diversité des espèces vivantes.

En 1965, trois chercheurs français, A. Lwoff, J. Monod et F. Jacob
obtenaient le prix Nobel pour leurs recherches sur la manière dont la production des enzymes
est réglée au niveau des gènes. En 1969, pour la première fois, une
enzyme put être synthétisée artificiellement prouvant ainsi
définitivement, s'il en était besoin, que les êtres vivants obéissent aux
lois ordinaires de la chimie.

Plus récemment, la découverte des enzymes de restriction (W. Aber, D.
Nathans et H. Smith, prix Nobel 1978) s'est révélée riche de conséquences
: on peut désormais découper un seul gène pour l'introduire dans un autre
organisme et établir des cartes d'identité génétique très précises
utilisées notamment dans le domaine de la police scientifique, des
recherches en paternité et des maladies génétiques. Le projet "Génome
Humain" dont l'objectif est d'élucider l'ensemble de l'information
génétique humaine en dépend.

En 1990, une enzyme appelée ADN-polymérase fut élue "molécule de
l'année". Grâce à elle, une nouvelle technique, la polymérisation en
chaîne (PCR), a été inventée. Elle permet, à partir d'un échantillon
cellulaire microscopique, d'amplifier l'ADN dans des proportions
suffisantes pour réaliser son analyse. Ainsi, par exemple, on peut établir
la carte d'identité génétique d'un individu à partir d'un bulbe pileux
d'un seul cheveu en couplant l'utilisation de la PCR et des enzymes de
restriction.

Nos connaissances sur les enzymes sont désormais immenses et on en a
purifié et analysé plus de 3000. Elles sont au cœur du fonctionnement des
organismes vivants car elles rendent possible l'ensemble des réactions
chimiques qui caractérisent le fonctionnement de toute cellule vivante.
Sans enzymes, il n'y aurait pas de vie. De plus, elles sont présentes dans
de nombreux secteurs économiques car elles constituent des outils
biochimiques de premier choix dans des domaines aussi divers que le
traitement des papiers et des peaux, la production industrielle de sucre à
partir du maïs, l'amélioration de l'efficacité des lessives (les célèbres
"enzymes gloutons" !), les médicaments, les réactifs pour la médecine
(voir les bandelettes de détection du glucose utilisées dans nos
expériences et basées sur deux réactions enzymatiques couplées) et la
recherche etc. On commence même à fabriquer des enzymes artificielles qui
répondent à un cahier des charges précis quant à leurs conditions
d'action. C'est ainsi, par exemple, qu'ont été développées des enzymes
pour les lessives qui résistent à des températures élevées alors que la
plupart des enzymes naturelles sont détruites aux hautes températures.
Enfin, le génie génétique permet la production d'enzymes et de médicaments
de toutes sortes par des microorganismes et ouvre la voie à la thérapie
génétique : en effet, les maladies génétiques sont dues à une erreur dans
un gène qui aboutit à une protéine anormale, le plus souvent une enzyme.
Réussir à faire produire par les cellules d'un malade l'enzyme normale
permettrait de rétablir le fonctionnement normal et donc de supprimer les
signes de la maladie.

EXPERIENCE

Nous allons nous occuper d'enzymes que l'on trouve
dans notre environnement quotidien. C'est le cas en particulier de
nombreuses protéases, enzymes qui dégradent les protéines. On les utilise
dans les lessives pour faire disparaître les taches organiques ou dans des
produits pour nettoyer les lentilles de contact. Nous les utiliserons pour
dégrader une protéine d'approvisionnement aisé : la gélatine alimentaire,
extraite du cartilage des animaux de boucherie. Les protéases découpent
les molécules de protéines de même que les amylases découpent les
molécules d'amidon (voir enzymes 1).

Protéases des lessives

La plupart du temps, la présence d'enzymes est
indiquée sur l'emballage. Si ce n'est pas le cas, le test proposé
permettra de le savoir. On pourra comparer l'efficacité de diverses
lessives par référence avec celle des protéases utilisées pour la
déprotéinisation des lentilles de contact.

Délayer 2 cuillerées à café de lessive en poudre
avec un demi verre d'eau. Laisser se déposer les particules solides au
fond et récupérer du liquide avec un compte-gouttes ou une
seringue.

Protéases des comprimés de
déprotéinisation

On peut se procurer chez les opticiens des
comprimés d'Ultrazyme (système Oxysept, Allergan S.A.) contenant 0.4 mg de
subtilisine, enzyme bactérienne, ou des comprimés Hydrocare Fizzy du même
fabriquant contenant 10 mg de papaïne, enzyme extraite du latex du
papayer, arbre tropical. Dissoudre un comprimé d'enzyme dans 10 ml d'eau
(2 cuillères à soupe).

Mise en évidence de l'activité

Porter à ébullition un demi verre d'eau (environ 50
ml). Arrêter le chauffage et mettre dans l'eau bouillante une plaquette
d'environ 2 g de gélatine alimentaire découpée en petits morceaux. Bien
mélanger jusqu'à dissolution complète. Laisser refroidir jusqu'à ce que la
casserole puisse être touchée sans se brûler. Ajouter alors quelques
gouttes de colorant alimentaire ou d'éosine aqueuse jusqu'à donner une
teinte rouge foncé au liquide. Répartir alors le liquide dans des petits
tubes ou, à défaut, dans des corps de seringue de 10 ml (en pharmacie)
dépourvus de leur piston mais munis d'une aiguille qui servira à les
piquer verticalement dans un bloc de polystyrène ou de pâte à modeler.
Verser le liquide sur les 2/3 de la hauteur dans chaque tube et laisser
reposer au réfrigérateur jusqu'à la prise de la gélatine en gel.

Compléter chaque tube avec une solution d'enzyme
différente et réaliser aussi un tube dans lequel de l'eau remplacera
l'enzyme : il servira de référence. On pourra ainsi comparer les effets
des différentes enzymes et, éventuellement, détecter leur présence ou leur
absence dans les lessives.

Résultats

Sous l'action des protéases, la gélatine est
détruite et l'on verra l'interface entre solution d'enzyme et gélatine
descendre d'autant plus bas qu'il y a plus d'enzyme et qu'elle est plus
efficace. En même temps, le colorant est libéré et on obtient une
coloration de la phase liquide supérieure d'autant plus intense que
l'enzyme est plus efficace. S'il n'y a pas d'enzyme, il n'y aura aucune
différence avec le tube contenant de l'eau. Il faut quelques heures pour
que les différences soient bien visibles car, ici, les enzymes doivent
attaquer un substrat solide ce qui n'est pas le cas dans les cellules ou
tout se passe en milieu liquide.

Amusez-vous bien !

TOUS DROITS RESERVES
© 1996 D. Pol

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