Les enzymes ont-elles des systèmes de refroidissement intégrés ?

L'étude de la façon dont les machines moléculaires assemblent et entretiennent notre corps est l'une des sciences déterminantes de notre génération. Plus nous en apprenons sur ces machines, plus elles semblent complexes et capables.

Une caractéristique commune à toutes les machines est qu'elles fonctionnent mieux dans une certaine plage de température. De nombreuses machines construites par l'homme ont des systèmes complexes pour maintenir leur température. De même, de nombreuses machines construites par évolution ont des systèmes de gestion thermique extrêmement efficaces. Pensez aux grandes oreilles et aux glandes sudoripares.

Il semble donc raisonnable de supposer que l'évolution aurait pu trouver un moyen pour les machines moléculaires de gérer leur température.

Aujourd'hui, Hans Briegel à l'Université d'Innsbruck en Autriche et Sandu Popescu à l'Université de Bristol au Royaume-Uni, ont avancé une suggestion fascinante sur la façon dont un tel système de gestion thermique pourrait fonctionner.

Les machines sur lesquelles ils se concentrent sont des enzymes, des machines qui catalysent certaines réactions biochimiques.

Essentiellement, les enzymes sont des pinces moléculaires. Ils saisissent des biomolécules spécifiques et les maintiennent immobiles. Cela réduit l'énergie d'activation de tout processus chimique dans lequel les biomolécules sont impliquées, augmentant ainsi la vitesse de réaction.

Mais les performances des enzymes sont extrêmement sensibles à la température. La vitesse des réactions qu'ils catalysent augmente lentement avec la température jusqu'à ce qu'elle atteigne un maximum, puis diminue considérablement.

Au niveau mécanique, la chaleur supplémentaire augmente la quantité de vibration dans la structure moléculaire de la machine. Le problème spécifique d'une enzyme réside dans les vibrations de l'ensemble de mâchoires moléculaires qu'elle utilise pour saisir les biomolécules (autrement appelé site d'activation).

À mesure que la température augmente, les vibrations dans ces mâchoires augmentent jusqu'à ce qu'elles ne soient plus capables de saisir les biomolécules qu'elles sont conçues pour contenir. C'est à ce moment-là que la vitesse de réaction chute considérablement.

Briegel et Popescu disent qu'il serait extrêmement avantageux qu'une enzyme puisse refroidir ces mâchoires. Et ils définissent une façon de procéder, qu'ils appellent le refroidissement conformationnel.

L'idée est qu'un petit changement dans la forme de l'enzyme raidit temporairement les mâchoires. Ceci a pour effet de réduire les vibrations dans les mâchoires et donc leur température. Lorsque les mâchoires refroidies se détendent, elles sont alors capables de saisir à nouveau les biomolécules concernées. Au moins jusqu'à ce qu'ils chauffent à nouveau.

(La clé est que les mâchoires doivent se détendre plus rapidement que la vitesse à laquelle elles chauffent, sinon il n'y a aucun avantage.)

Bien sûr, chaque réfrigérateur a besoin d'une source d'énergie et Briegel et Popescu suggèrent que cela pourrait être fourni par une autre molécule, telle que l'ATP.

Ce qui est intéressant avec cette suggestion, c'est qu'une expérience très simple pourrait facilement la tester. Mesurez simplement la dépendance à la température de la vitesse de réaction enzymatique avec et sans la présence d'ATP.

Si l'ATP fournit vraiment l'énergie nécessaire pour refroidir l'enzyme, alors les deux courbes devraient être différentes.

C'est une expérience qu'un étudiant diplômé entreprenant pourrait faire demain.

Fais nous savoir comment tu reussis.

Réf : arxiv.org/abs/0912.2365 : Réfrigération intra-moléculaire en enzymes

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