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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 activateurs et des inhibiteurs reversibles sur le déroulement de l'activité enzymatique est tributaire des complexes que l'enzyme forme avec ces modulateurs.

1. ENZYMES. CATALYSEURS BIOLOGIQUES

1.5. INTERACTIONS MOLECULAIRES ENZYME (E)-SUBSTRAT (S)-ACTIVATEUR

1.5.1. Fixation de l'activateur avec la même affinité sur les formes d'enzymes libre (E) et complexée (ES). Activateur à combinaison indépendante
Dans le cas d'un activateur (A) à combinaison indépendante, la fixation de A sur une enzyme (E) en présence d'un substrat (S) peut être décrite par le schéma:

avec KA = KmA et Ks = KmS

1.5.1.1. Equation de vitesse.
Les complexes productifs sont ES ( v = k.(ES)) et ESA (v' = k'.(ESA))
Ks = (E)(S)/(ES) entraine (E) = Ks.(ES)/(S),
KA = (E)(A)/(EA) entraîne (EA) = (E)(A)/KA soit (EA) = Ks.(ES)((A)/(S).KA en remplaçant (E) par sa valeur précédente,
KmS = (EA)(S)/(ESA) entraîne (EA) = KmS.(ESA)/(S)
KmA = (A)((ES)/(ESA) entraîne (ESA) = (A)(ES)/KmA,
D'autre part on a: (ET) = (E) + (ES) + (EA) + (ESA) ; v = k.(ES); v' = k'.(ESA)
v/Vmax = k.(ES)/k.(ET) et v'/V'max = k'.(ESA)/k'.(ET)
En considérant les égalités Ks = KmS et KA = KmA, v= Vmax.1/[1 +Ks/(S) + (A)/KA + Ks.(A)/(S).KA]
v = Vmax.1/[1 + Ks/(S) + (A)/KA [1 + Ks/(S)]] = Vmax.1/[(1 + Ks/(S))(1 + (A)/KA)]
Divisons numérateur et dénominateur par (1 + (A)/KA): v = Vmax. [KA/(KA + (A))]/[1 + Ks/(S)]

De même: v' = V'max.1/[1 + KA/(A) + Ks/(S) + KA.Ks/(A).(S)],
soit v' = V'max.[(A)/((A) + KA)]/[1 + Ks/(S)]
La vitesse aller de la réaction sera Va = v + v',
soit:

Trois cas peuvent être considéeés:

Activateur total (Vmax = 0)
Cette situation correspond au cas où l'enzyme est totalement inactive en absence de l'activateur (activateur total). Le complexe binaire ES est non productif. On aura: Va = [V'max.(A)/[(A) + KA]][1/(1 + KS/(S)]
ou Va = V'max.1/[1 + KA/(A) + Ks/(S) + KA.Ks/(A)(S)]
Une fois la concentration en substrat devient saturante Ks/(S) tend vers zéro. et l'équation de la vitesse devient: Va = V'max.[(A)/((A) + KA)]. La représentation Va = f(A) est une branche d'hyperbole

Activateur partiel (Vmax et V'max sont différentes de zéro).
Cette situation est celle d'un activateur partiel où les complexes ES et ESA sont tous deux productifs.
Les courbes Va = f((A)) des activateurs toal et partiel peuvent être représentées selon la figure suivante:

1.5.1.2. Représentations graphiques et détermination des paramètres Ks, KA, V'max. Cas d'un ativateur total.

L'équation de vitesse d'un activateur total à combinaison indépendante est:
Va = V'max.1/[1 + KA/(A) + Ks/(S) + KA.Ks/(A)(S)].
Les représentations graphiques 1/Va = f(1/(S)) (faisceaux de droites faisant intersection sur l'axe des abscisses) permettent de déterminer Ks. Les point d'intersection des droites avec l'axe des ordonnées (bx) sont fonction de la (A). Le tracé d'un diagramme secondaire liant les points d'intersections (bx) des droites avec l'axe des ordonnées et 1/(A) permet de connaître la valeur de V'max (voir courbes).

1.5.2. Fixation de l'Activateur sur le substrat
L'enchaînement réactionnel pris en considération est du type:
S + A<---> SA (constante Ka), SA + E<---> ESA (constante KaS), ESA <---> EAP ----> EA + P. L'étape EAP ---> EA + P a comme constante de vitesse k3.
Ce type d'activation est rencontré chez plusieurs enzymes réagissant avec des substrats phosphorylés où le véritable substrat semble être le complexe Substrat-Métal (Mg++, Mn++,...). Cest le cas des réactions concernant les di- et trinucléotides.
La formation du complexe SA modifie considérablement les concentrations de substrat libre et d'activateur libre

1.5.2.1. Equation de vitesse.
Ka = (A)(S)/(SA) d'où: (SA) = (A)(S)/Ka
KaS = (E)(SA)/(ESA) d'où: (E) = (ESA).KaS/(SA) ou (E) = (ESA).KaS.Ka/(A)(S) en remplaçant (ES) par sa valeur.
v = k3.(ESA) et Vmax = k3.(ET) avec (ET) = (E) + (ESA).
v/Vmax = (ESA)/(ET) d'où v = Vmax.1/[1 + KaS.Ka/(A)(S)]

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