L’activité catalytique est l’augmentation de la vitesse et de l’énergie d’une réaction chimique par une substance qui n’est pas elle-même modifiée au cours de la réaction. Dans les systèmes biologiques, elle est réalisée par des enzymes qui sont essentielles aux processus vitaux normaux. En abaissant l’énergie nécessaire pour initier une réaction, les voies enzymatiques augmentent la vitesse à laquelle les cellules remplissent des fonctions chimiques essentielles. La catalyse est contrôlée par des enzymes régulatrices. Certains d’entre eux impliquent des modifications de la structure enzymatique, tandis que d’autres agissent en modifiant l’environnement cellulaire dans lequel l’activité catalytique a lieu.
En chimie générale, l’activité catalytique ou la catalyse est tout changement – augmentation ou diminution – de la vitesse d’une réaction par un agent qui n’est pas chimiquement modifié par le processus. Dans l’industrie, cela peut signifier n’importe quel nombre d’agents utilisés pour augmenter la vitesse et le rendement des réactions, mais en biochimie, l’activité catalytique fait référence au travail des enzymes, les protéines présentes dans tous les organismes qui interviennent dans la plupart des fonctions cellulaires, y compris le métabolisme. Peu ou pas de processus biologiques se produiraient à un rythme suffisant pour maintenir la vie sans catalyse enzymatique.
Certaines réactions ne se produiraient pas du tout sans l’activité catalytique des enzymes. Ordinairement, de nombreuses molécules ont une barrière énergétique pour réagir ensemble. Appelée énergie d’activation, cette limite doit être dépassée pour que les réactions chimiques se déroulent.
Dans certains cas, un seuil d’énergie d’activation élevé signifie qu’il est peu probable que les réactifs réagissent d’eux-mêmes, ou le feront à une vitesse lente. Lorsque les enzymes se lient temporairement à un ou plusieurs réactifs, l’énergie d’activation nécessaire est abaissée et la vitesse de réaction s’accélère. Les enzymes peuvent également inhiber l’activation d’autres enzymes et ralentir le processus.
L’activité enzymatique entraîne souvent des réactions biochimiques à plusieurs étapes, qui reposent chacune sur un catalyseur différent et dépendent du produit de l’étape précédente. Physiquement, l’activité catalytique de nombreuses enzymes différentes se produit dans le même organite cellulaire, accélérant ainsi la vitesse de réaction. Les changements de pH et de température peuvent, jusqu’à un certain point, travailler en synergie pour augmenter le rythme de la catalyse. Les températures au-delà d’une certaine plage peuvent endommager la structure des protéines d’une enzyme, la rendant incapable d’activité.
Dans les systèmes biologiques, l’activité catalytique est régulée par plusieurs mécanismes différents. Les enzymes sont généralement fabriquées à partir de protéines précurseurs inactives, et celles-ci ne deviennent actives que par l’action d’une autre enzyme ou d’un changement environnemental tel qu’un mouvement de l’intérieur de la cellule vers l’extérieur. L’inhibition de la rétroaction réduit la catalyse lorsque le produit d’une ou plusieurs voies enzymatiques s’accumule dans la cellule, bloquant ainsi la libération ou la fabrication de l’enzyme qui a catalysé la réaction initiale. De même, des quantités réduites des produits de réaction augmenteront la production de l’enzyme.