Introduction

Les réactions chimiques du métabolisme sont possible grâce à des protéines particulières : les enzymes. Elles agissent comme catalyseurs biologiques dans l’organisme. En effet elles permettent aux réactions du métabolisme de se dérouler à une vitesse très élevée. L’intervention enzymatique est capitale car sans elles les réactions seraient extrêmement longues.

Les chercheurs Michaëlis-Menten se sont intéressés à l’affinité entre l’enzyme et son substrat et ils ont mis au point une équation permettant de calculer la vitesse initiale d’une réaction enzymatique. Cette équation utilise la vitesse maximum atteinte par la réaction c’est-à-dire le moment où toutes les enzymes sont fixées au substrat (formant ce qu’on appel un complexe enzyme-substrat)  ainsi que le Km. Le Km étant la constante de Michaëlis. Celle-ci demeure variable puisqu’elle représente la concentration de substrat pour laquelle la Vi (vitesse initiale) est égal à Vmax/2. Le Km est donc une mesure de l’affinité de l’enzyme pour le substrat. Nous pouvons donc nous demander en quoi consistent les recherches dans le domaine enzymatique de Michaëlis-Menten.

Nous étudierons donc dans un premier temps les recherches de ces chercheurs puis, par la suite, il serait intéressant de suivre le raisonnement de Michaêlis-Menten afin de définir la vitesse initiale d’une réaction enzymatique.

Sommaire

            - Biographie de Leonor Michaëlis

            - Biographie de Maud Menten

1) Recherches fait par ces chercheurs

            A) Déduction du modèle

      - Etapes de déduction de l’équation

      - L’équation

            B) Description des deux méthodes graphiques

      - Graphique de Michaëlis-Menten

      - Graphique de Lineweaver-Burk

2) Raisonnement de Michaëlis-Menten

            A) Expérience, manipulations

       - Protocole, démarche

       - Photographies

       - Matériel, manipulation

            B) Résultats, calculs, interprétation

       - Graphique selon Michaëlis-Menten

       - Tableau

Conclusion

Biographie de leonor Michaélis :

Biochimiste germano-américain, né le16 janvier 1875 à  Berlin, mort  le 10 octobre 1949 à New York.

Leonor Michaelis a étudié à Berlin et à Freiburg. Il a obtenu un diplôme à Freiburg en 1897 et a reçu son doctorat à Berlin cette même année. Il était alors l’assistant privé à Paul Ehrlich (1854-1915) à Berlin ou il a inventé une méthode dans le domaine vivo mitochondrial en 1898 et1899, ainsi que l'assistant de Moritz Litten (1845-1907) à l'hôpital Urbain de Berlin de 1899 à 1902, de 1902 à 1906 il travaille avec Ernst Viktor Von Leyden (1832-1910) dans le service de cancérologie de la clinique médicale,là il a travaillé sur une variété de bactériologie et des problèmes physicochimiques, y compris le développement de l’électrode hydrogène pour mesurer la concentration d’ion hydrogène (pH).De 1906 à 1922 Michaélis était le chef du département bactériologique à l'hôpital Urbain, il devient un professeur extraordinaire à partir de 1908.En 1912,Maud Menten, une des premières femmes canadiennes docteur est venu à Berlin pour travailler une année avec Michaélis. Ensemble ils vont expliquer le rapport de la concentration de réactifs sur l’enzyme des réactions catalysées. L’équation Michaélis-Menten a été appelée la base de l’enzymologie moderne et est maintenant une norme pour la plupart des mesures cinétiques d’enzymes, De 1922 à 1926 Michaélis était  professeur de biochimie de Nagoya, au Japon et de 1926 à 1929 il fut conférencier résident dans la recherche médicale à l’université Johns Hopkins de Baltimore. De 1929 à 1940 il travaillait à l'institut Rockefeller de recherche médicale à New York. La recherche suivante de Michaelis en Amérique s'est concentrée principalement sur des processus de réduction d'oxydation. En 1939, Sam Granick (1909-1977), qui venait d’obtenir son doctorat de l'Université du Michigan, a rejoint le laboratoire de Michaelis pour étudier le métabolisme du fer. Entre 1942 et 1946, Granick et Michaelis publient une série de papiers sur le ferritin (une protéine) Michaelis est ensuite resté à Rockefeller et a entretenu des recherches actives jusqu'à sa mort. Il a été élu à L'Académie nationale de Sciences en 1943  ainsi qu’à l'Académie de New York de Sciences et d’Association américaine pour l'Avancement des Sciences. Il a aussi reçu le titre honorifique de LL.D. de l’Université de Californie, à Los Angeles en 1945.

Biographie de Maud Leonora Menten :

         Maud Menten fut un médecin canadien et biochimiste née le 20 Mars 1879 et morte le 26 juillet 1960.

         Elle fut le co-découvreur d’une des équations fondamentales dans la biochimie. Elle reçu son B.A en 1904 et son A.M.B dans la médecine en 1907 à l’université de Toronto. Elle travailla à l’institut pour la recherche médicale de 1907 à 1908 sur l’effet des radiations sur des tumeurs. En 1911 elle revient à l’université de Toronto. C’est l’une des premières femmes canadiennes à recevoir un doctorat médical.

         Cependant, Maud Menten a du quitter le Canada pour poursuivre une carrière en tant que scientifique de recherche. En 1912, elle voyage en Europe et rencontre Leonor Michaëlis à l’université de Berlin. Ils établissent ainsi l’équation de Michaëlis-Menten, la constante de Michaëlis-Menten et l’hypothèse de Michaëlis-Menten. Ensuite Maud Menten décida d’aller à l’université de Chicago pour obtenir un pH D en biochimie en 1916.

Ne pouvant être considérée comme chercheur dans une université au Canada, elle rejoint l’école médicale de Pittsburgh. En 1918, Menten continue sa carrière en tant que pathologiste. Elle fut nommée professeur auxiliaire de la pathologie en 1923 et fut promue professeur associé en 1925 à l’hôpital des enfants de Pittsburgh.

         Ce fut un chercheur avide avec un esprit vif, écrivant et co-écrivant plus de 70 publications. Parmi ces articles : mobilité électrophorique en étudiant l’hémoglobine humaine, ou encore l’utilisation d’une réaction d’accouplement de teinture azotée pour l’étude de la phosphatase alcaline dans les reins.

         De 1951 à 1954, elle mena la recherche sur le cancer à l’institut médical de Colombie britannique et revint à Ontario (Canada) où elle meurt en 1960.

En outre son investissement pour son travail, sa compétence pour la science  a été complétée par ses talents artistiques. Ainsi certaines de ses peintures étaient exhibées avec les artistes associés de Pittsburgh. Elle était aussi très douée en langue et en musique.

         <<Maud Menten était infatigable dans ses efforts au nom des enfants malades. Elle était un professeur inspirant qui a stimulé les étudiants en médecine. Elle sera mémorable pour son esprit et surtout pour son enthousiasme pour la recherche. >>

Les chercheurs Michaelis-Menten ont déduit en 1913 à partir d'un modèle schématique de réaction enzymatique leur équation. Ce modèle se présentait sous cette forme:

                                                                       k1                                            k2

E+S <=> ES => E+P

                                                                      k-1

Michaelis et Menten cherchaient une équation définissant la vitesse initiale(Vi). Par définition la vitesse initiale est la variation de la concentration du produit ou du substrat en fonction du temps soit:                                                        Vi = d[P]/dt = d[S]/dt

ce qui équivaut d'après le schéma à: Vi = k2 * [ES]

La vitesse de la réaction dépend donc de la concentration[ES], il faut donc la calculer:

-Vitesse de formation de ES à partir de E+S: Vf = k1*[E]*[S]

-Vitesse de disparition de ES pour donner E+P: Vd = (k-1+k2)*[ES]

Hors les vitesses de formation et de dégradation de ES sont égales donc:

Vf = Vd

                                 (k-1+k2)*[ES] = k1*[E]*[S]

                                                [ES] = [E]*[S]*k1/(k-1+k2)

                                                [ES] = [E]*[S] / Km

Km = (k-1+k2) / k1 = constante de Michaelis

Connaissant la concentration [ES], il reste encore à déterminer la concentration d'enzyme libre [E].

[E]total étant la concentration totale de l'enzyme libre plus l'enzyme liée. Donc:

[ES] = ([E]total – [ES])*[S] / Km

                [ES] = ([E]total*[S] / Km) – ([ES]*[S] / Km)

                [ES] + [ES]*[S] / Km = [E]total*[S] / Km

           [ES]*(1 + [S] / Km) = [E]total*[S] / Km

        [ES]*(Km + [S]) / Km = [E]total*[S] / Km

                [ES]*(Km + [S]) = [E]total*[S]

                                  [ES] = [E]total*[S] / (Km + [S])

On peut alors revenir à l'équation de la Vi pour remplacer [ES] par son expression:

Hors k2 = vitesse maximum de la réaction / concentration totale de l'enzyme (k2 = Vmax / [E]total) donc Vmax = k2*[E]total, Michaelis et Menten ont donc abouti à l'égalité suivante: