L’anhydrase carbonique est une protéine qui aide à réguler l’équilibre acido-basique et le pH dans le sang et d’autres tissus animaux. Il est principalement connu pour son rôle dans la transformation du dioxyde de carbone en bicarbonate à transporter vers les poumons. Cette protéine est présente dans la plupart des organismes, des bactéries aux plantes. Il présente également un intérêt pharmaceutique, plusieurs médicaments étant des inhibiteurs de son activité.
Le dioxyde de carbone (CO2) est produit par la respiration aérobie et la dégradation des graisses. Il est éliminé du corps par l’expiration des poumons. Le dioxyde de carbone produit dans tout le corps doit être transporté dans le sang pour atteindre les poumons. Il est transporté sous plusieurs formes, principalement sous forme de bicarbonate, HCO3-. Le bicarbonate est du CO2- avec un groupe OH attaché. Lorsque le bicarbonate atteint les poumons, il est retransformé en dioxyde de carbone, de sorte qu’il peut être exhalé du corps.
L’anhydrase carbonique convertit le dioxyde de carbone en bicarbonate dans une réaction réversible, principalement dans les globules rouges. Cette réaction peut se produire spontanément, mais le rythme est beaucoup trop lent pour les besoins du corps. Étant une enzyme, l’anhydrase carbonique accélère considérablement la vitesse de réaction. C’est l’une des enzymes les plus rapides connues. Cette réaction piège le bicarbonate dans les cellules, car il ne peut pas diffuser dans et hors des cellules comme le dioxyde de carbone.
L’anhydrase carbonique possède une molécule de zinc sur son site actif et fait partie d’une classe d’enzymes appelées métalloenzymes. Cela fait partie des raisons pour lesquelles les humains ont besoin de zinc dans leur alimentation. Le mécanisme de l’anhydrase carbonique implique une molécule d’eau se liant à l’atome de zinc. Un groupe OH se lie alors à l’atome de carbone du CO2, ce qui donne un ion bicarbonate. Ceci est suivi par la libération de H+, un proton.
Il existe un certain nombre d’anhydrases carboniques différentes que l’on trouve dans différents organismes. Il existe cinq classes connues qui semblent avoir évolué indépendamment. L’une des classes est la classe alpha qui comprend au moins 14 formes d’enzymes humaines. Leurs propriétés varient en fonction du compartiment cellulaire ou du tissu dans lequel ils se trouvent.
De nombreuses formes sont extracellulaires ou liées à la membrane. Cela peut aider à améliorer la diffusion du dioxyde de carbone et des protons à l’intérieur de la cellule. L’anhydrase carbonique peut perturber les gradients de pH intracellulaire en augmentant le mouvement des protons. Cela peut aider la cellule à maintenir un pH cellulaire constant. Un excès de protons intracellulaires peut interférer avec de nombreuses réactions cellulaires.
Le rôle de l’anhydrase carbonique varie selon les tissus. Dans l’estomac, il est impliqué dans la sécrétion d’acide gastrique, alors qu’il maintient la salive neutre. Il influence également la teneur en eau des cellules des yeux et des reins. Si les anhydrases carboniques à ces endroits sont absentes ou ne fonctionnent pas correctement, cela peut entraîner une maladie. Par exemple, si trop de liquide s’accumule dans l’œil, cela peut entraîner un glaucome.
Plusieurs inhibiteurs de l’anhydrase carbonique sont utilisés commercialement comme médicaments pharmaceutiques, principalement pour contrôler le glaucome. L’inhibiteur le plus couramment utilisé est l’acétazolamide. Il est également utilisé pour traiter l’épilepsie et le mal de l’altitude, ainsi que plusieurs autres conditions.
Chez les plantes, le dioxyde de carbone de l’air est converti en sucre en présence de la lumière du soleil par le processus de photosynthèse. L’excès de dioxyde de carbone est stocké dans la plante sous forme de bicarbonate. Les plantes utilisent l’anhydrase carbonique pour reconvertir le bicarbonate en dioxyde de carbone, il peut donc être utilisé dans la photosynthèse.