CHAPITRE PREMIER

GÉNÉRALITÉS

Travail synthétique et analytique de la cellule vivante. — Simultanéité des deux phénomènes. — Différence entre le travail chimique et le travail physiologique. — Agents chimiques et agents physiologiques. - — Intervention de l'énergie vitale. — ISécessité de l'étude des conditions physiques et chimiques des milieux. — Définition des enzymes. — Leur rôle dans l'assimilation et la désassimilation. — Les enzymes comme producteurs de chaleur.

L'activilé des cellules Aivantes donne lien à une série de réactions chimiques très complexes et différentes les unes des autres.

Si l'on pousse un peu plus loin l'observation des phénomènes, on remarque qu'à côté d'un travail purement synthétique, la cellule produit toujours un travail analytique : en d'autres termes, que la substance organique, en présence de la cellule vivante, se combine et se décompose. Le travail synthétique est plus apparent dans la transformation des substances peu compliquées, qui, soumises à l'action des cellules vivantes, s'hydratent, s'oxydent et se transforment en complexes chimiques. Dans la transformation des substances complexes, au contraire, c'est le travail analytique qui domine et la substance complexe se réduit en des corps de plus en plus simples.

Si l'on soumet par exemple un moût sucré, contenant des nitrates ou quelques sels ammoniacaux, à l'action des levures, on constate l'apparition de nouvelles cellules et par conséquent la formation de matières protoplasmiques qui sont, au point de vue chimique, des substances très complexes.

Lorsque, au contraire, on abandonne des matières albuminoïdes à l'action de certains ferments, elles subissent une fermentation putride, et l'on remarque qu'elles passent j)ar une série de transformations.

Les matières albuminoïdes se changent d'abord en protéoses, puis en peptones, en amides, et enfin en ammoniaque, hydrogène sulfuré, acide oxalique et acide carbonique.

Dans le premier des deux exemples que nous venons de donner, on est tenté de voir un travail exclusivement synthétique, caractérisé par la formation de protoj)lasma au détriment des sucres et des nitrates. Dans le second exemple, on est tenté de voir un travail absolument opposé au précédent.

Cependant les phénomènes sont beaucoup plus complexes. Dans le premier exemple, la formation de nouvelles cellules de levure est accompagnée de celle d'une matière protéique, le protoplasma; mais celte substance ne persiste pas dans un état invariable : au contraire, elle est constamment détruite, hydratée et transformée par les cellules vivantes. Si donc on voit se former des cellules nouvelles, on voit aussi se décomj)oser des matières organisées.

Dans le second exemple, les ferments qui décomposent les matières albuminoïdes et les transforment en divers produits de dédoublement, se multiplient, s'accroissent et produisent ainsi un travail profond de synthèse accompagnant le travail analytique de décomposition.

Nous pouvons conclure de ces observations que la cellule vivante traA^aille constamment dans deux sens différents, dans le sens analytique et dans le sens synthétique, et, suivant le& cas, l'une de ces actions est plus apparente que l'autre. .

Depuis que A'\ obier a réalisé la synthèse de l'urée, on a pu reproduire artificiellement toute une série de substances cellulaires.

Emile Fischer nous a montré la marche à suivre pour les hydrates de carbone, et presque tous les sucres natu-

(JE.\EI1 ALITES ij,

rcls qui se trouvent dans les plantes ont pu être reproduitsartiriciellement, grâce aux méthodes qu'il a indiquées.

Si, actuellement, nous ne cojmaissons pas les moyens à employer povu' reproduire [)ar synthèse les matières alhuniinoïdes, du moins les travaux de Schul/enberger ont-ils lait connaître le mode de décomposition de toutes ces substances ainsi que leurs produits de dédoublement.

Toutefois, quoique ces dillérents travaux aient permis de réaliser beaucoup de synthèses et indiqué la marche à suivre pour en réaliser d'autres, on doit constater qu'il existe une grande diflérence entre le travail chimique et le travail physiologique des cellules.

Pour favoriser les réactions chimiques, on emploie dans les laboratoires des moyens souvent très violents. On se sert d'un milieu, soit fortement alcalin, soit fortement acide, ou bien l'on emploie des pressions ou des températures très élevées.

Pour produire, par exemple, im phénomène d'oxydation,, on se sert de réactifs tels que l'acide nitrique, l'acide chromique, le permanganate. Comme moyens déshydratants, on emploie l'acide sulfurique concenti^é, l'acide phosphorique anhydre, le chlorure de zinc, etc., substances qui désorganisent les cellules.

Quand il s'agit des cellules vivantes, au contraire, les réactions se font dans un milieu soit neutre, soit faiblement acide ou alcalin ; la température est toujours très modérée et ]3resque constante.

La différence entre ces deux modes opératoires est frap- ])ante. Dans la cellule vivante on voit réagir des corps qui paraissent, d'après nos données, n'avoir que de très faibles affinités ; on constate en même, temps que des substances qui, d'après nos connaissances, sont très stables, se décomposent à l'intérieur des cellules avec une très grande facilité. 1^'affinité des corps chimiques paraît donc plus forte lorsqu'ils se trouvent en présence de cellules vivantes, et cette affinité paraît diminuer lorsqu'on détruit les cellules.

L'augmontation du potentiel des molécules à l'intérieur des cellules vivantes est généralement expliquée par l'intervention de l'énergie vitale. Les réactions, dit-on, se produisent plus facilement grâce à l'intervention d'une force spéciale, l'énergie vitale, cjui exalte l'énergie intérieure ainsi que l'aptitude aux combinaisons et dédoublements, comme le font l'éleclricité, le magnétisme, la lumière, etc....

L'explication des phénomènes par l'énergie vitale éclaire assez peu la c[uestion. En somme, elle se réduit à dire cjueles réactions sont favorisées dans les cellules vivantes par des conditions physiques et chimiques particulières au milieu.

Cette thèse ne peut être considérée comme une explication des phénomènes intracellulaires. Nous ne pourrons réellement les comprendre que par une étude très approfondie des milieux dans lesquels ils se produisent. Une étude attentive de ces conditions montre que la facilité de toutes les réactions intracellulaires ne tient pas à une cause unique ; cjue l'affinité est tantôt favorisée par une circonstance purement physique et tantôt par une circonstance purement chi mique.

Certes, on est loin de connaître toutes les conditions cjui favorisent les réactions intracellulaires, mais c|uelques-unes d'entre elles ont pu être étudiées et, des connaissances acc|uises, on peut conclure cjue : chacjue fois c{ue l'on constate une exagération de l'énergie cellulaire, celle-ci est produite, non par une circonstance unique commune à tous les phénomènes, mais par une cause strictement déterminable et diiférente d'un cas à l'autre.

On connaît des réactions dans lesquelles l'affinité chimique augmente à cause de circonstances purement physiques, telle l'osmose c[ui se produit continuellement à travers la membrane cellulaire. Dans d'autres cas, on constate que les réactions sont favorisées dans les cellules par la présence de substances minérales.

La décomposition du chlorure de sodium, par exemple,

GÉNÉRALITÉS ii

et la formation d'acide chloiliydriquc dans ccrlaincs cellules, est un de ces phénomènes qui ne cadrent nullement avec les idées que nous nous faisons généralement sur la stabilité de certaines substances. Nous savons, en clTet, que le chlorure de sodium est une substance très stable, et que la décompo sition à froid de ce sel, dans un milieu faiblement acidifié par des acides peu énergiques, est impossible. Aussi la décomposition du chlorure de sodium dans les cellules s'expliquait-elle autrefois par l'intervention de l'énergie vitale, cpii, disait-on, rendait le corps moins stable et plus apte à se décomposer.

Aujourd'hui, on donne au phénomène une explication plus rationnelle : on constate que la décomposition du chlorure de sodium se fait simplement par osmose et indépendamment de l'énergie vitale, parce que le sel, en solution très diluée, se dissocie. Dans les cellules, un phénomène de dissociation analogue doit se produire, et, par l'osmose, l'acide doit passer au travers de la membrane cellulaire et s'accumuler en certaine quantité. De cette façon, l'acidité devient une conséquence de la décomposition çlu sel très dilué et de son passage, par osmose, au travers de la membrane cellulaire.

C'est là un exemple très frappant d'une condition physique . favorisant la réaction.

L'exemple le plus concluant de l'intervention des substances minérales est celui que fournissent les résultats obtenus en agriculture par l'emploi d'engrais chimiques. Quand on met à la disposition des cellules des quantités relativement faibles de phosphate, on constate que la quantité de matière protéique produite dans les plantes augmente considérablement.

Il faut donc à la cellule de la plante, pour faire un travail synthétique, la présence de substances minérales, qui forment des combinaisons organo-métalliques, combinaisons qui, ayant plus d'affinité que la substance organique non com-

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binée à la substance minérale, entrent plus facilement en réaction.

Mais on connaît toute une autre série de réactions cellulaires, qui se produisent sans l'intervention de facteurs physiques ou de substances minérales et grâce à la présence de substances chimiques d'une nature particulière, que l'on appelle enzymes.

L'étude de ces substances, de leur mode de sécrétion et de leur mode d'action formera l'objet du présent travail.

Les enzymes, ferments solubles, zymases ou diastases, sont des substances organiques actives, sécrétées par les cellules, et qui ont la propriété, dans des conditions déterminées, de faciliter les réactions chimiques entre certains corps, sans entrer dans la composition des produits définitifs qui en résultent.

Ces substances jouent un rôle très important dans les phénomènes d'assimilation et de désassimilation des aliments. En effet, la plupart des aliments qui se trouvent dans la nature, à la disposition de l'homme, des animaux ou des végétaux, ne sont pas directement assimilables par leurs organismes; ils demandent l'intervention d'une diastase pour se transformer en substances assimilables et propres à la formation de nouveaux tissus.

L'amidon, qui sert à l'alimentation de presque tous les êtres vivants, n'est pas directement assimilable et, dans les organismes supérieurs, il subit, avant de pouvoir être absorbé, différentes transformations. Il rencontre tout d'abord des enzymes dans la salive, puis d'autres dans le suc pancréatique, et il se transforme ainsi en maltose et glucose, aliments immédiatement propres à la construction des tissus.

La viande, le lait, le blanc d'œuf doivent aussi se transformer sous l'influence des diastases, avant de devenir assimilables. Ces substances trouvent les enzymes qui leur conviennent dans le suc gastrique et dans le suc pancréatique.

GÉNÉRALITÉS i3

Ces phénomènes que l'on observe dans les organismes supérieurs se renconirent aussi clans le règne végétal.

Pendant la germination et la floraison, les substances de réserve, comme l'amidon, la cellulose, les matières grasses, les matières protéiques, sont en parlie consommées par la plante en formation. Mais cette consommation des réserves ne se fait pas directement : ces substances doivent être préalablement transformées, par des diastases, en produits assimilables.

Examinons, par exemple, le phénomène de la germination. Un grain d'orge abandonné pendant lo à i5 jours dans l'obscurité perd 3o à /io pour loo de son 2:)oids. Si l'on analyse, dans le grain, l'hydrogène et l'oxygène, avant et après la germination, on trouve que la perte de ces deux éléments est dans le rapport de i à 8. On peut en conclure fjue l'oxygène s'est fixé sur l'hydrogène pour former de leau. D'un autre côté, si l'on analyse la quantité d'acide carbonique formée, on constate qu'elle correspond presque exactement à la quantité de carbone disparu. Il y aurait donc combustion du carbone et formation d'acide carbonique d'une part, formation d'eau, d'autre part, et le phénomène apparaît comme étant une simple oxydation.

Si l'on analyse les réactions de plus près, on remarque que la germination n'est pas seulement un phénomène de simple oxydation, et cpie, pendant sa durée, il se passe une série de réactions secondaires. Avant tout, on voit apparaître dans le grain des diastases qui agissent sur l'amidon et la cellulose, de telle façon que peu à peu ces deux substances changent de nature ainsi que de composition chimique. La cellulose est dissoute, l'amidon est transformé enmaltose, partiellement oxydé, et en jaartie changé en sucre de canne par le tissu du germe.

Toutes ces transformations, ainsi que l'oxydation ellemême, sont produites par les diastases sécrétées pendant la cermination.

i4 LES ENZYMES

On peut suivre la marche de la plupart de ces transformations; par exemple, la dissolution et la transformation de l'amidon. A cet effet, on sépare un germe du grain et on le fait se développer sur un moût gélatinisé dans lequel on a mis de l'amidon en suspension.

En observant le phénomène de très près, et en examinant l'amidon au microscope, on peut constater que le grain d'amidon perd sa forme primitive, qu'il se corrode en plusieurs endroits, qu'il se liquéfie ensuite et disparaît. Dans le liquide de culture on retrouve une nouvelle substance qui n'y existait pas auparavant : un sucre et une substance azotée, soluble, précipitable par l'alcool, qui peut produire une nouvelle transformation de l'amidon, c'est la diastase.

Dans l'assimilation des matières albuminoïdes par les cellules, il se produit un phénomène absolument analogue à celui de l'assimilation des hydrates de carbone. Les substances albuminoïdes sont transformées graduellement par les substances actives des cellules en protéoses, en peptones et enfin en amides.

Nous avons dit plus haut que les diastases jouent un rôle excessivement important dans les phénomènes de désassimilation.

Les molécules des substances albuminoïdes, hydratées, dédoublées et transformées par les enzymes, se recomposent de nouveau en présence du protoplasma des cellules, par un phénomène de déshydratation et de condensation moléculaire. Les molécules reconstruites subissent de nouveaux changements; elles sont de nouveau hydratées, dédoublées, et, en même temps, graduellement oxydées. Dans cette phase de la transformation, la molécule albuminoïde est dédoublée en urée, en glycogène, en matières grasses, en amides. Ces transformations sont en grande partie dues, elles aussi, aux substances actives sécrétées par les cellules.

Enfin, les enzymes sont de puissants producteurs de chaleur ; les réactions que provoquent les diastases sont des réactions exothermiques.

GEM'IRALITES u>

Ainsi une molécule d'iiréc lianslormée en carbr)nale d'ammonium donne 8 calories. \jnc molécule de glucose, en se Iranslbrmant en acide carbonique el en alcool, dégage 71 calories. La Iripalmiline, en se transformant en acide gras et en glycérine, donne 3o calories. Un gramme de matière albumiiioïde transformé en urée fournit 4,6 calories.

On voit que le rôle des enzymes, comme producteurs de chaleur dans les organismes vivants, est d'une importance considérable.

Cette chaleur, dégagée par les réactions exothermiques, est utilisée ensuite par les cellules pour l'entretien, ainsi que pour la construction de leurs nouveaux tissus.

En plaçant de la levure dans un moût de saccharose, on la voit sécréter d'ahord une diastase qui rend assimilable le milieu, parce que le saccharose ne peut être directement assimilé par la levure.

Il se produit dans la levure une sucrase qui transforme le sucre en sucre interverti, c'est-à-dire en glucose et en lévulose. La cellule se trouve alors dans un milieu favorable à son développement : elle peut en utiliser les substances nutritives et les transformer en tissus, mais cette transformalion demande une absorption d'énergie.

D'un côté donc la levure a besoin d'énergie pour l'entretien de ses tissus, d'un autre côté la chaleur dégagée par la transformation du sucre de canne en sucre interverti est très peu considérable et tout à fait insuffisante pour produire la somme d'énergie nécessaire. La cellule de levure secrète alors une seconde diastase agissant sur le sucre interverti beaucoup plus éacrgiquement et le transformant en alcool et acide carbonicpie.

Ces deux substances, l'alcool et l'acide carbonique, ne sont pas utilisables pour la levure ; mais la transformation qui les a produites est une réaction exothermique qui fournit à la cellule l'énergie dont elle a besoin pour l'entretien de ses tissus.

Un exemple pcul-ètre encore plus frappant, c'est la trans-

îG LES ENZYMES

formation de l'urée en carlDonate d'ammonium par des ferments spéciaux.

Si l'on cultive ces ferments dans un milieu contenant de l'urée et des peptones, on constate que la cellule prend de préférence les peptones qui lui servent de matériaux de construction ; en même temps, on la voit s'attaquer à l'urée et la transformer en carbonate d'ammonium. Le but de cette seconde transformation est de fournir l'énergie nécessaire aux •cellules pour la construction et l'entretien de leurs tissus.

Nous observons encore le même phénomène dans le règne végétal. Dans les parties vertes des plantes, sous l'influence des rayons solaires, l'acide carbonique est constamment décomposé ; il se forme de l'aldéhyde formique qui se polymérise et se transforme en différents hydrates de carbone. ■Grâce à un phénomène de diffusion, ces hydrates de carbone se localisent en différentes parties des plantes, où ils subissent l'action de diastases qui les hydratent et les dédoublent. Les hydrates de carbone sont donc de véritables réservoirs ■de chaleur, qu'ils fournissent en se décomposant en différents endroits. Les produits dédoublés ou hydratés sont, par la diffusion, réexpédiés de nouveau vers les parties vertes, où ils peuvent compliquer de nouveau leurs molécules et par conséquent accumuler de la chaleur.

L'émigration, les hydratations et déshydratations des hydrates de carbone que l'on observe dans ces végétaux, trouvent ainsi leur explication.

Nous pouvons conclure de tous ces faits que les diastases sont des substances absolument indispensables à la vie des ■organismes, car elles rendent possible la construction des tissus cellulaires, en rendant les matériaux assimilables et en leur fournissant l'énero-ie nécessaire.

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