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JF Perrin mise à jour septembre 2022
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Imaginons une réaction catalysée par une enzyme E. Soit cette réaction irréversible. Soit un milieu réactionnel à saturation des substrats qui permette de demeurer en vitesse initiale maximale (enfin presque puisqu'il s'agit d'une limite asymptotique) pendant plusieurs minutes. Imaginons qu'on conduise alors des expériences de mesures de vitesses moyennes de réaction sur des durées de quelques secondes à quelques minutes pour différentes valeurs de température du milieu réactionnel (toutes choses égales par ailleurs).
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Tant que les températures testées ne seront pas trop élevées, la dénaturation sera négligeable quelle que soit la durée des mesures et les vitesses moyennes mesurées seront en fait des vitesses initiales et leur évolution suivra la loi d'Arrhenius (cf paragraphe k0 et loi d'Arrhénius ci-avant). A des températures plus élevées, quand l'enzyme va se dénaturer de façon non négligeable pendant la durée même de la mesure, on ne pourra plus dire que la vitesse moyenne mesurée est une vitesse initiale : La réaction démarre en vitesse initiale mais elle ne peut perdurer car on perd de l'enzyme. Et pour chaque température testée, la vitesse moyenne observée sera le résultat combiné de deux phénomènes : plus il fait chaud plus k0 est élevé (chaque molécule d'enzyme active catalyse vite) mais plus il fait chaud plus l'enzyme se dénature vite (on perd l'enzyme active). Ainsi, pour la vitesse moyenne mesurée sur une durée d'expérience t, on aura un optimum à la température T. Mais la valeur exacte de l'optimum dépendra de la durée t testée. Intuitivement, ça se conçoit facilement. Si je "fais courir l'enzyme pas longtemps", faut qu'il court à fond quitte à ne pas tenir "sur une longue distance". Si je "fais courir l'enzyme longtemps", vaut mieux partir pas trop vite mais "tenir la distance". On attend donc un optimum de température plus élevé pour des expériences sur des durées de catalyse courtes que sur des durées un peu plus longues |
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Le schéma ci-dessous illustre le phénomène pour une manipulation conduite sur 2 durées t1 et t2 :
Remarque. Ainsi pour l'enzyme β-galactosidase de E. Coli catalysant l'hydrolyse du 2-nitrophénol-galactoside (ONPG), la température optimum passe de 59°C à 52°C pour des durées de catalyse de 45s et 6 min (en conditions saturantes en ONPG).
Dans un réacteur on cherche à optimiser le couple (durée,température) pour une productivité maximale (atteindre la complétude de réaction). Dans ce cas là, pas vraiment de vitesse initiale qui tienne... Si on veut modéliser (ça se fait) faudra intégrer l'effet température sur k0, l'effet dénaturation thermique dans le temps, l'effet de la réaction qui avance vers sa complétude. Ce n'est pas le propos de ce petit paragraphe. Mais on comprendra bien que des durées de fonctionnement longues d'un réacteur conduisent à des optima de productivité pour des températures plus basses que des des durées de fonctionnement courtes.