RETOUR AU SOMMAIRE
Retour au sommaire de la biologie amusante

  LA DECOUVERTE DES ENZYMES


Au début du XIXème siècle, les théories vitalistes tiennent le haut du pavé. Les substances organiques (celles fabriquées par les êtres vivants) sont, le plus souvent, considérées comme différentes par nature des substances non organiques car ces dernières peuvent être synthétisées au laboratoire tandis que les premières relèveraient d'une mystérieuse force vitale.

Une première découverte devait mettre à mal cette conception : dès 1828, Friedrich Wöhler (1800-1882), montre qu'il est possible de synthétiser une substance organique, l'urée, en l'absence de tout être vivant. Il déclare alors : "Je peux faire de l'urée sans avoir besoin de reins ou même d'un animal, fut-il Homme ou Chien". A la même époque, Berzélius (1779-1848) suggère l'existence chez les êtres vivants d'une force catalytique. Depuis 1812, on savait que certaines substances étaient capables d'accélérer des réactions chimiques sans être elles-mêmes modifiées par la réaction. Ce type de substance chimique est un catalyseur. Les catalyseurs connus étaient des métaux comme le platine et on n'en trouvait pas chez les êtres vivants. Ce furent deux chimistes français, A. Payen (1795-1871) et J.F. Persoz (1805-1868) qui démontrèrent en 1830 qu'une substance extraite de l'orge germé est capable de provoquer la dégradation de l'amidon dans des conditions compatibles avec la vie et à une vitesse bien supérieure à celle obtenue par les moyens de la chimie (nécessitant de chauffer l'amidon à 100°C en présence d'un acide fort). Trois ans plus tard, ils isolent la substance et montrent qu'une substance similaire est présente dans la salive. Il existait donc des catalyseurs chez les êtres vivants. C'était la première enzyme (qu'on appela alors "diastase") dont l'existence était ainsi mise en évidence même si le nom fut créé seulement en 1878 par W. Kühne. Les découvertes se multiplièrent alors et de nombreuses "diastases" purent être isolées d'une multitude de tissus végétaux et animaux. On découvrit que chacune d'entre elles ne catalysait, en général, qu'une seule réaction chimique. Il s'agissait donc de catalyseurs hautement spécifiques.

Les travaux d'E. Fischer (1852-1919) le conduisirent à proposer un modèle expliquant la spécificité de l'action des enzymes : le substrat (la substance sur laquelle agit une enzyme pour la transformer en une autre substance) peut être assimilé à une clef tandis que l'enzyme correspond à la serrure. Seule la clef de forme complémentaire peut entrer dans la serrure. Cette façon de voir était assez prophétique puisque nous savons aujourd'hui qu'effectivement les molécules de substrat se lient à une région de la molécule d'enzyme qui possède une forme complémentaire et que l'on appelle le site actif de l'enzyme. Toutefois, à la fin du XIXème siècle, les réactions enzymatiques étudiées restaient relativement simples par rapport à la complexité des phénomènes vitaux. Le mérite de l'expérience historique ayant montré qu'un processus vital complexe, la fermentation alcoolique, pouvait être réalisé in vitro en mettant en présence du sucre et un extrait acellulaire de levures, revient à E. Büchner (1860-1917) qui le démontra en 1896. Cependant, un chimiste et œnologue français, Mollerat, dont l'Histoire n'a pas retenu le nom, avait présenté dès 1845 une communication au Congrès des Vignerons à Dijon dans laquelle il décrivait une expérience similaire à celle qui valut la gloire scientifique à Büchner. Mais intéressé davantage par les aspects pratiques de ses travaux que par la recherche fondamentale, il n'en développa pas cet aspect. Quoiqu'il en soit, le point crucial de ces expériences est qu'un jus extrait de levures mais dépourvu de toute cellule est capable de fermenter le sucre comme le font les cellules de levure.

Ainsi, une activité vitale complexe peut s'expliquer simplement en termes de chimie et ne nécessite en rien le recours à une mystérieuse "force vitale". Dès lors, de nombreux travaux furent consacrés à la recherche sur les enzymes. Il devenait possible de démonter pièce à pièce l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent au sein d'une cellule et assurent son fonctionnement. Chaque réaction pouvait ainsi être étudiée in vitro.
On constata que les enzymes étaient toutes des protéines, c'est à dire de très grosses molécules (macromolécules) constituées d'un enchaînement de "briques" élémentaires, les acides aminés. De plus, les protéines extraites d'espèces très différentes sont toujours constituées des mêmes acides aminés en nombre réduit, une vingtaine chez tous les êtres vivants. Ainsi, à partir d'un nombre très limité de pièces élémentaires, les cellules sont capables d'élaborer des molécules très grosses permettant des suite de réactions chimiques aussi complexes que la fermentation ou la respiration.

De même qu'on avait mis en évidence la profonde unité du monde vivant au niveau cellulaire, on en arrivait à la notion d'unité biochimique : des organismes aussi différents que la levure et l'Homme fabriquent des molécules dotées de fonctions identiques et, qui plus est, de constitution chimique étroitement apparentée. Ces observations confortaient la théorie de l'évolution selon laquelle tous les organismes vivants sont apparentés et dérivent d'ancêtres communs. Mais en raison des difficultés techniques, de la fragilité des enzymes et de leur faible concentration dans les cellules, ce n'est qu'en 1926 que pour la première fois une enzyme put être cristallisée. J.B. Sumner (1887-1955), biochimiste américain, purifia et cristallisa l'uréase extraite d'un haricot. L'uréase dégrade l'urée en ammoniaque et dioxyde de carbone. Les travaux sur les enzymes prirent alors une importance considérable.



EXPERIENCE

DEGRADATION IN VITRO DES MOLECULES D'AMIDON PAR DES ENZYMES

Préparation de l’amylase des germes de Blé

Prendre deux cuillerées à café rases de germes de Blé en poudre (rayon diététique des grands magasins, exemples : Germalyne ou Gerblé) et les délayer longuement dans un verre d'eau. Filtrer sur un filtre à café après avoir mouillé ce dernier. Récupérer le filtrat jaune-verdâtre qui contient l'enzyme.

Amylase de la salive

Récupérer de la salive dans un petit verre et ajouter un grain de sel. On pourra activer la sécrétion par des mouvements masticatoires "à vide" ou en mâchant un morceau de bougie. Laisser se séparer la mousse de la partie liquide et récupérer cette dernière avec un compte-gouttes ou une seringue.

Mise en évidence de l'activité

Préparer une solution d'amidon : remplir un verre de table avec de l'eau (environ 100 ml). En verser les 3/4 dans une petite casserole et porter à ébullition. Pendant ce temps, prendre une pincée de maïzena et la mélanger avec ce qui reste d'eau froide dans le verre. Lorsque l'eau arrive à ébullition, baisser le chauffage et verser le mélange maïzena-eau froide dans l'eau bouillante, cuillerée à café par cuillerée à café en mélangeant à chaque fois. Laisser refroidir et laisser décanter les particules non dissoutes. Récupérer la solution sans particules et la colorer par une goutte de teinture d'iode aqueuse du pharmacien. Verser de la solution d'amidon coloré en bleu dans deux assiettes transparentes. Avec un compte-gouttes, déposer au centre, délicatement, une dizaine de gouttes de chaque enzyme de façon à obtenir une tache claire circulaire. Progressivement, la zone décolorée va s'agrandir montrant que l'amidon disparaît, dégradé par l'enzyme. Les molécules d'amidon sont constituées de longues chaînes en hélice régulière formées de molécules de glucose mises bout à bout. Dés que les chaînes possèdent moins de 36 molécules de glucose, elles ne retiennent plus l'iode et la coloration bleue disparaît. L'effet des enzymes du Blé et de la salive est différent : l'enzyme de la salive attaque les molécules d'amidon au milieu de l'hélice tant que celle-ci contient encore au moins 3 unités glucose et libère donc des fragments de plus en plus petits (finalement des fragments formés de 2 molécules de glucose, le maltose). Ceux de moins de 36 unités perdent leur couleur et la tache qui se développe a une forme d'étoile formée de rayons clairs et foncés alternés. La couleur passe d'emblée du bleu au blanc. Au contraire, l'enzyme du blé attaque les hélices de glucose par leurs extrémités en libérant du maltose. La tache qui se développe s'éclaircit petit à petit le long d'une ligne de front sans qu'y apparaissent des rayons aussi nets que précédemment. Mais au bout du compte, l'ensemble des molécules d'amidon est dégradé en maltose dans les 2 cas et la coloration aura disparu dans les 2 assiettes au bout d'un certain temps.

AMYLASE SALIVAIRE  AMYLASE DU BLE

RETOUR AU SOMMAIRE
Amusez-vous bien !
TOUS DROITS RESERVES
© 1998-2001 D. Pol
dpol#noos.fr
Emplacements des visiteurs de cette page

N'hésitez pas à faire connaître vos impressions, commentaires, suggestions etc