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Les enzymes, catalyseurs biologiques, sont essentielles pour la vie. Connaître comment elles assurent la catalyse renvoie à l'élucidation de leurs mécanismes, sans oublier que cela se passe par le contact du substrat avec l'enzyme à travers quelques acides aminés qui constituent le 'site actif'. Dans le cas de plusieurs substrats, le suivi de la catalyse homogène (cinetique) permet d'élucider en détail le comportement de l'enzyme et déterminer les paramètres cinétiques correspondants. L'effet des inhibiteurs reversibles sur le déroulement de l'activité enzymatique est tributaire des complexes que l'enzyme forme avec ces modulateurs.
INTERACTIONS MOLECULAIRE ENZYME, SUBSTRAT, INHIBITEUR ....QCM interactif 1...QCM interactif
Les inhibiteurs des réactions
enzymatiques appartiennent à deux grandes classes:
1: Les inhibiteurs réversibles
qui se fixent sur l'enzyme à l'aide de liaisons faibles comme celles
engagées entre l'enzyme et le substrat. Celles ci se forment rapidement
et peuent être rompues facilement (E + I <--> EI).
2: Les inhibiteurs
irréversibles connus sous le terme 'inactivateur d'enzymes'
se combinent à l'enzyme par formation de liaisons covalentes. L'enzyme
est totalement inactivée (E + I --> EI).
1.4.1. Fixation de l'inhibiteur sur la forme libre de l'enzyme (E). I.Compétitif
L'inhibiteur se fixe uniquement sur l'enzyme libre E + S <---> ES ---> E + P et E + I <---> EI. Seul le complexe ES est productif. La constante k3 caractérise ES ---> E + P. La vitesse v = k3.(ES). La fixation d'un inhibiteur (I) sur (E) aboutit à la formation d'un complexe binaire (EI) complètement déplaçable en présence d'un excès de substrat (l'une des conditions de mesure de la vitesse maximale (Vmax)). Autrement dit, il est possible de décrocher l'inhibiteur fixé sur l'enzyme et le remplacer par le substrat. Donc, la Vmax déterminée en présence de I ne changera pas par rapport à celle obtenue en absence de I.
Par contre la fixaion de I sur E déplace l'équilibre E <----> ES en faveur de E dont la concentration augmente au dépend de celle de ES. Donc Ks (Ks = [(E)(S)]/(ES)) augmente. Ks' (presence de I) sera multiplié par un facteur à déterminer. L'affinité de l'enzyme pour S diminue.
Remarque: L'inhibition compétitive peut résulter d'une compétition entre le substrat et l'inhibiteur pour occuper le même site. Il s'agit d'un inhibiteur isostérique. Aussi, une inhibition compétitive peut être obtenue par chagement conformationnel de l'enzyme suite à la fixation de l'inhibiteur sur un site différent du site actif. Il s'agit d'un inhibieur allostérique qui ne présente pas obligatoirement une analogie structurale avec le substrat. Aussi bien dans le premier cas que dans le deuxième cas, lk'inhibiteur et le substrat sont exclusif l'un de l'autre.
1.4.1.1.
Etablissement de l'équation de vitesse.
Ks =
(E)(S)/(ES) et KI = (E)(I)/(EI), d'autre part:
v = k3.(ES) et Vmax = k3.(ET) avec (ET) = (E) + (ES) + (EI)
v/Vmax
= (ES)/(ET) = (ES)/[(E) + (ES) + (EI)].
Sachant que (E) = Ks.(ES)/(S) et (EI) = (E)(I)/Ki, v/Vmax = (ES)/[(ES).Ks/(S)
+ (ES) + (ES).Ks/(S).(I)/Ki].
En simplifiant par (ES): v/Vmax = 1/[Ks/(S) + 1 + Ks.(I)/Ki] qui peut
être ecrite en multipliant par (S):
v/Vmax = (S)/[(S) + Ks.(1 + (I)/Ki)], d'où:
Donc, en présence
de I, l'affinité de l'enzyme pour son substrat est diminuée,
car Ks a augmenté (multiplication par le facteur (1 + (I)/Ki)
En coordonnées inverses 1/v = f(1/(S), l'équation devient:
1/v = [1 + (I)/Ki]Ks/Vmax. 1/(S)
+ 1/Vmax qui est de la forme y = ax + b (équation de la représentation
de Lineweaver-Burk) (plus
de détails)..
1.4.1.2.
Représentations graphiques.
On
s'est limité ici aux représentations de Michaelis-Menten
et Lineweaver-Burk. L'inhibiteur compétitif se distingue facilement
des autres inhibiteurs (voir tableau
compararif des représentations graphiques des différents
inhibiteurs).
1.4.2. Fixation de l'inhibiteur sur la forme d'enzyme complexée avec le substrat (ES).I.Incompétitif
L'inhibiteur incompétitif ne peut se fixer que sur l'enzyme préalablement complexée au substrat (ES). Il est parfois appelé 'inhibiteur conditionnel'. Ce type d'inhibition est connu cinétiquement par une diminution parallèle de Ks (augmentation de l'affinité de E pour S) et de Vmax. Le type d'interaction est résumé dans la figure:
1.4.2.1.
Equation de vitesse.
La
constante k3 caractérise ES
---> E + P. La vitesse v
= k3.(ES).
Ks
= (E)(S)/(ES) et KmI = (ES)(I)/(ESI).
sachant que v = k3.(ES)
et Vmax = k3.(ET), avec
(ET) = (E) + (ES) + (ESI), v/Vmax = (E)/(ET)
v/Vmax
= (ES)/(ET) =
(ES)/[(E)
+ (ES) + (ESI)]. Sachant que (E) = Ks.(ES)/(S) et (ESI) = (ES)(I)/KmI,
on aura: v/Vmax
= (ES)/[Ks.(ES)/(S) + (ES)
+ (ES)(I)/KmI]. En divisant par (ES) on
aura:
v
= Vmax.1/[Ks/(S) + 1 + (I)/KmI]. La mise en facteur de (1 + (I)/KmI)
dans le dénominateur donne:
Vmax
et Ks diminuent d'un même facteur (division par 1 + (I)/KmI) (plus
de détails).
1.4.2.2.
Représentations graphiques
On s'est limité ici aux représentations de Michaelis-Menten et Lineweaver-Burk. L'inhibiteur incompétitif se distingue facilement des autres inhibiteurs par une cinétique sous forme de droites parallèles (voir tableau compararif des représentations graphiques des différents inhibiteurs).
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