Enzyme parfaite

Distribution des constantes de vitesse enzymatiques bimoléculaires (k_cat/K_M). La plupart des valeurs sont autour de 10⁵ s⁻¹M⁻¹. Les enzymes les plus efficaces sont dans la zone grisée sur la droite (>10⁸ s⁻¹M⁻¹), les valeurs approchent la limite de diffusion. (Données adaptées de la référence^[1])

Une enzyme parfaite est une enzyme dont la catalyse est si rapide, que pratiquement toutes les rencontres entre l'enzyme et le substrat donnent lieu à une réaction. La vitesse de la réaction catalytique est alors limitée par la diffusion du substrat vers l’enzyme. Soit le rapport k_cat / K_m, avec K_m la constante de Michaelis-Menten, k_cat le nombre de molécules de substrat transformées par chaque site actif par seconde. Ce rapport atteint la valeur limite de 10⁸ à 10⁹ M^-1 s^-1.

Parmi les exemples connus d'enzymes parfaites (catalytiquement parlant), on peut citer : la triose-phosphate isomérase, l'anhydrase carbonique, l'acétylcholinestérase, la catalase, la fumarase, la β-lactamase, la CO-déshydrogénase^[2] et la superoxyde dismutase.

Certaines enzymes ont des cinétiques plus rapides que les vitesses de diffusion ne le permettent, alors que cela semble impossible. Des mécanismes ont été proposés pour expliquer ce phénomène. On pense que certaines protéines accélèrent la catalyse, en pré-orientant et faisant rentrer leur substrat dans le site à l'aide d'un champ dipolaire électrique. D'autres évoquent un mécanisme quantique tunnel, par lequel un proton ou un électron peut passer les barrières d'activation, bien qu'il reste des controverses pour les protons tunnels^[3],[4].

Références

1. Arren Bar-Even, Elad Noor, Yonatan Savir et Wolfram Liebermeister, « The Moderately Efficient Enzyme: Evolutionary and Physicochemical Trends Shaping Enzyme Parameters », Biochemistry, vol. 50, n^o 21,‎ 31 mai 2011, p. 4402–4410 (ISSN 0006-2960, DOI 10.1021/bi2002289, lire en ligne, consulté le 7 mars 2018)
2. (en) Lilith Domnik, Meriem Merrouch, Sebastian Goetzl et Jae-Hun Jeoung, « CODH-IV: A High-Efficiency CO-Scavenging CO Dehydrogenase with Resistance to O2 », Angewandte Chemie International Edition, vol. 56, n^o 48,‎ 27 novembre 2017, p. 15466–15469 (ISSN 1521-3773, DOI 10.1002/anie.201709261, lire en ligne, consulté le 7 mars 2018)
3. Mireia Garcia-Viloca, Jiali Gao, Martin Karplus, Donald G. Truhlar Science 9 January 2004, Vol. 303. no. 5655, pp. 186 - 195
4. Mats M. H. Olsson, Per E. M. Siegbahn, Warshel A. J Am Chem Soc. 2004 Mar 10;126(9):2820-2828.