Université · 20 min

Catalyse enzymatique : la courbe de Michaelis–Menten

Tracez la vitesse initiale v d’une réaction enzymatique en fonction de la concentration en substrat et observez pourquoi la courbe sature à Vmax.

Objectif

Lire $K_m$ et $V_\mathrm{max}$ sur la courbe $v = V_\mathrm{max}[S]/(K_m + [S])$ et les relier à l’affinité enzyme–substrat et à la quantité d’enzyme.

Matériel et réactifs

Paillasse virtuelle : solution mère de substrat, enzyme de type catalase, chronomètre et lecture de $v$ ; la simulation fournit la courbe complète.

Procédure

Commencez avec le jeu de référence (Km = 1,0 ; Vmax = 1). Survolez [S] = Km et vérifiez que v = Vmax/2.
Passez à Km = 4,0 (faible affinité) : quelle quantité de substrat faut-il pour atteindre la moitié de Vmax ?
Comparez Km = 1,0 ; Vmax = 0,5 à la référence : qu’est-ce qui ne change pas, qu’est-ce qui diminue ? Reliez cela à une division par deux de l’enzyme.
Pour chaque jeu, estimez l’efficacité apparente quand [S] → 0 : elle tend vers Vmax/Km.

À observer

À faible [S], la courbe est quasi linéaire de pente Vmax/Km ; à forte [S], elle s’aplatit car tous les sites actifs sont occupés.
Passer Km de 1,0 à 4,0 décale le point de demi-saturation quatre fois vers la droite sans modifier le plateau.
Diviser Vmax par deux abaisse le plateau mais laisse Km — la concentration de demi-saturation — inchangé.

Explication

L’enzyme E lie le substrat S de façon réversible pour former ES, qui libère le produit : $\ce{E + S <=> ES -> E + P}$ . Quand la plupart des sites actifs sont libres, doubler [S] double presque v. Quand [S] ≫ Km, tous les sites sont occupés et la vitesse plafonne à $V_\mathrm{max} = k_\mathrm{cat}[E]_\mathrm{total}$ : seul un ajout d’enzyme l’augmente. $K_m$ est la concentration de substrat donnant la moitié de cette vitesse ; un Km faible signifie une liaison efficace même à bas [S].

Histoire de l’expérience

En 1913, Leonor Michaelis et Maud Menten ont établi leur loi de vitesse en mesurant l’invertase dans un laboratoire berlinois, sur la base des travaux antérieurs de Victor Henri. Cette équation hyperbolique est devenue la colonne vertébrale de l’enzymologie, affinée en 1925 par l’approximation de l’état quasi-stationnaire de Briggs et Haldane.

Chimistes associés

Emil Fischer Wilhelm Ostwald Frances Arnold

Sujets liés

Enzymes et cinétique enzymatique Mécanismes réactionnels complexes, catalyse

Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.