De nombreuses réactions biochimiques dans les cellules vivantes peuvent aller dans les deux sens. Par exemple, les cellules de mammifères synthétisent et catabolisent le glucose. Les taux d'occurrence de ces réactions doivent être régulés pour éviter le gaspillage d'énergie à travers le cycle futile. Ce cycle effectue des réactions opposées à des vitesses très élevées sans écoulement net de substrat dans aucune direction. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, l'entropie augmente dans les réactions favorisées, l'entropie est une énergie qui est gaspillée et qui ne peut pas être utilisée pour faire du travail.
Les enzymes sont importantes pour chaque changement physique et chimique des cellules. Par conséquent, la régulation de l'activité catalytique contribue à la compréhension des erreurs innées et à la préservation de l'homéostasie.
La régulation des actions des enzymes peut être réalisée par:
- Compartimentalisation. Différentes enzymes ayant des tâches différentes peuvent être localisées dans des compartiments particuliers. Cela garantit l'efficacité métabolique ainsi que la simplification de la régulation. Par exemple, les chloroplastes ont des enzymes photosynthétiques, les lysosomes ont des enzymes hydrolytiques et les mitochondries ont des enzymes pour le métabolisme énergétique, la phosphorylation oxydative et le cycle TCA.
- Modification covalente. Ceci est également connu sous le nom d'interconversion enzymatique. La majorité des enzymes sont régulées par l'ajout d'un phosphate (phosphorylation), l'élimination du phosphate (déphosphorylation), l'ajout d'AMP (adénylylation) ou d'autres modifications covalentes. La modification covalente provoque des changements dans la structure de l'enzyme tertiaire qui modifient son activité catalytique.
- Protéolyse partielle. Il s'agit d'une modification covalente irréversible dans laquelle des zymogènes ou des proenzymes inactives sont activés par hydrolyse d'une ou de plusieurs liaisons peptidiques. Par exemple, l'activation des protéases (enzymes de digestion des protéines) uniquement dans la zone digestive évite la protéolyse des constituants cellulaires. De la même manière, les facteurs de coagulation sanguine ne sont activés qu'aux sites d'une coupure pour éviter les caillots internes.
- Contrôle de la concentration enzymatique. La concentration d'une certaine enzyme dans une cellule dépend de la vitesse de sa dégradation et de sa synthèse. Le taux de synthèse des enzymes est régulé par induction ainsi que par répression du gène. À quelques exceptions près, les taux de réaction enzymatique augmentent avec une augmentation de la concentration des enzymes.
- La concentration du substrat. La vitesse d'une réaction enzymatique augmente normalement avec une augmentation de la concentration du substrat jusqu'à un maximum particulier.
- La concentration du produit final. Lorsque les produits finaux d'une réaction s'accumulent, la vitesse de la réaction diminue. Dans certains cas, le produit final se combine avec l'enzyme, réduisant ainsi davantage le taux.
- Température. La vitesse des réactions enzymatiques est fortement influencée par la température. En général, la vitesse initiale de réaction enzymatique augmente avec une augmentation de la température jusqu'à ce qu'un optimum particulier soit atteint. Au-dessus de la température optimale, la destruction de l'enzyme commence, réduisant ainsi la vitesse de la réaction enzymatique.
- pH du milieu. La concentration d'ions hydrogène dans le milieu affecte l'activité des enzymes. L'activité enzymatique est maximale à un pH particulier et diminue rapidement de chaque côté de cette valeur.
- L'hydratation. L'effet d'une hydratation accrue sur l'activité des enzymes des tissus des plantes est principalement mis en évidence lors de la germination des graines. Comme l'imbibition d'eau a lieu pendant la germination, l'activité enzymatique augmente.
- Activateurs. Les activateurs font référence à des composés spécifiques qui accélèrent la vitesse de la réaction enzymatique. Certains activateurs augmentent l'activité de presque toutes les réactions enzymatiques comme les sels de métaux alcalino-terreux tels que les ions chlore, le cobalt, le nickel, le manganèse et le magnésium.
