Enzymologie structurale

Les enzymes sont des protéines, le terme protéine vient du préfixe « proto- », qui signifie en premier, en relation avec l’importance de ces macromolécules biologiques dans toute matière vivante, et le fait qu’avant 1950 la plupart des scientifiques accordaient plus de crédit au paradigme des protéines à l’origine de la vie qu’à celui des acides nucléiques à la base du vivant.

Comme toutes les protéines, une enzyme est codée par au moins un gène. Sa structure est constituée par un enchaînement d’acides aminés qui prend une conformation précise dans l’espace, afin de permettre la réalisation d’une réaction chimique spécifique. L’enzyme est donc un polymère fonctionnel de plus de 50 à 100 acides aminés suivant la définition donnée à une protéine. Grâce à des ribosomes, elle est synthétisée au cours d’un processus de traduction initié dans le cytoplasme d’une cellule ou au niveau de la matrice mitochondriale à partir d’un ARNm (acide ribonucléique messager) contenant l’information génétique.

Les recherches fondamentales et appliquées aux enzymes sont très conséquentes dans des domaines variés. De nombreuses entreprises et laboratoires investissent beaucoup de moyens humains et financiers afin de caractériser ces catalyseurs et de les exploiter au mieux pour l’espèce humaine. Avant d’utiliser ou de cibler une enzyme, les protocoles de purification doivent être clairement établis, et la connaissance de sa structure et de ses propriétés physicochimiques totalement maîtrisées.

Les enzymes ont été étudiées tout d’abord pour leur implication dans le métabolisme du vivant. Il s’agissait dans ce premier temps de molécules facilement accessibles (issues de liquides ou d’organismes simples). Quand les processus de purification ont été améliorés, de nombreuses enzymes furent isolées, puis caractérisées. Leurs possibles applications par et pour l’être humain pouvaient alors être envisagées. À l’heure actuelle, on relève trois domaines majeurs d’applications industrielles ou de ciblage des enzymes, ils nécessitent la maîtrise de nombreux domaines connexes :

• entreprises pharmaceutiques et cosmétiques pour lesquelles la conception de médicaments et produits de bien-être impose des connaissances en chimie organique, en modélisation moléculaire, en pharmacologie, en ADMEtox (administration, distribution, métabolisme, excrétion et toxicologie), en galénique... Notons que des entreprises de service pharmaceutique se sont développées ces trente dernières années pour proposer le panel le plus complet possible de tests enzymatiques (cinétiques) ou sur récepteurs (affinité et tests fonctionnels), afin d’accompagner les laboratoires pharmaceutiques dans leurs programmes de recherche ;

• entreprises agro-alimentaires où la fabrication de produits destinés à la consommation implique la maîtrise de la microbiologie, de la biologie végétale, du métabolisme et du fonctionnement de bio-réacteurs... ;

• entreprises liées à l’environnement dans l’optique de générer des produits écologiques dans les domaines des biocarburants, du papier et des détergents biologiques nécessitant des connaissances en biologie végétale, en microbiologie, en écologie et en métabolisme.

Cet article est consacré à la description des techniques mises en œuvre pour la détermination de la structure des enzymes.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des notations et des sigles utilisés.