ACCUEIL /CELLULE / MATERIAUX DE BASE / PROTEINES / ENZYMES / BIOLOGIE MOLECULAIRE & GENIE GENETIQUE / TECHNIQUES D'ANALYSE / TESTS DE CONNAISSANCES / LIENS UTILES / CONTACT
Les enzymes, catalyseurs biologiques, sont essentielles pour la vie. Connaître comment elles assurent la catalyse renvoie à l'élucidation de leurs mecanismes, 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 de vérifier si les interactions en zyme-substrats se font au hasard ou selon un ordre bien précis.
1.6.3.
Principaux types de mécanismes de catalyse des réactions
à deux substrats.
Les mécanismes aléatoires ou ''Mécanismes branchés' sont caractérisés par une fixation des substrats et une libération des produits toutes au hasard. Ils sont caractérisés par une cinétique 1/v = f(1/(S)) sous forme d'un faisceau de droites.
------------------------
Les analogues de substrats peuvent exercer une inhibition mixte ou non compétitive vis à vis du substrat (non analogue) lorsqu'il 'agit respectivement d'une fixation dépendante ou indépendante. Les produits de la réactions sont toujours compétitifs vis à vis des substrats. Les mécanismes séquencés sont également caractérisés par une cinétique 1/v = f(1/(S)) sous forme de faisceau de droites. Néanmoins, les analogues de substrats exercent une inhibition incompétitive vis à vis du substrat (non analogue). Le mécanisme Theorell-Chance diffère du mécanisme séquencéclassique par les types d'inhibition exercés par les produits vis à vis des substrats.
Le mécanisme 'Ping-Pong' est connu par une cinétique 1/v = f(1/(S)) sous forme de droites parallèles. Les types d'inhibition des produits vis à vis des substrats sont similaires à ceux du mécanisme séquencé 'Theorell-Chance'.
1.6.3.1. Mécanismes de catalyse aléatoires.
Les
mécanismes de catalyse au hasard ou aléatoires sont caractérisés
par le désordre dans la fixation des substrats et la libération
des produits. Ce sont des mécanismes 'branchés'.
1.6.3.1.1.
Mécanisme de catalyse au hasard, fixation dépendante.........
EXERCICES
..... EXAMENS
..
La fixation d'un d'un substrat sur l'enzyme E modifie l'affinité du deuxième substrat pour l'enzyme.Autrement dit, le substrat n'a pas la même affinité pour l'enzyme libre E et l'enzyme complexée ES. Sio on se place dans les conditions initiales (Etat de pré-équilibre rapide), la cinétique de la réaction pourra être résumée par:
Avec: KS1 <>KmS1 et KS2 <>KmS2
Le
complexe productif est ES1S2. L'étape 5 (ES1S2 <---> E +
P1 + P2)
est plus lente . Elle est limitante. La vitesse
de la réaction globale dépend de la vitesse de cette étape:
v = k+5.
(ES1S2)
Fixation dépendante:
La
fixation de S2 sur E déplace l'équilibre E <---> ES1
vers E. Il en résulte une augmentation de KS1 (KS1 = (E)(S1)/(ES1))
(diminution de l'affinité de l'enzyme pour S1). Donc, S2 gène
la fixation de S1. D'autre part, la fixation de S2 sur ES1, cette fois,
déplace
l'équilibre E <---> ES1 vers ES1. Il en résulte une
diminution de KS1 (augmentation de l'affinité de l'enzyme pour
S1). Donc, S2 favorise, cette fois, la fixation de S1.
Le même
raisonnement est valable quant à l'effet de S1 sur la fixation
de S2.
Relation
entre les constantes KS1, KS2, KmS1 et KmS2.
(1):
KS1 = (E)(S1)/(ES1) implique (ES1) = (E)(S1)/KS1 (1')
(2):
KS2 = (E)(S2)/(ES2) implique (ES2) = (E)(S2)/KS2 (2')
(3):
KmS1 = (ES2)(S1)/(ES1S2); (4):
KmS2 = (ES1)(S2)/(ES1S2)
(1')
dans (4): KmS2 = (E)(S1)(S2)/[KS1.(ES1S2)]
(4'); (2') dans
(3): KmS1 = (E)(S1)(S2)/[KS2.(ES1S2)]
(3')
(4')
équivaut KS1.KmS2 = (E)(S1)(S2)/(ES1S2)
(5) et (3')
équivaut KS2.KmS1 = (E)(S1)(S2)/(ES1S2)
(6)
Donc: KS1.KmS2
= KS2.KmS1
Equation
de vitesse
La
vitesse de la reaction globale est proportionnelle à la concentration
du complexe ES1S2:
v = k+5.(ES1S2) avec (ES1S2) = (E)(S1)(S2)/[KS1.KmS2]
d'après (5).
Vmax = k+5.(ET) avec (ET) = (E) + (ES1) + (ES2)
+ (ES1S2).doù:
v/Vmax=(ES1S2)/(ET)=[(E)(S1)(S2)/[KS1.KmS2]]/[(E)+[(E)(S1)/KS1]+[(E)(S2)/KS2]+[(E)(S1)(S2)/KS1.KmS2]]
En simplifiant
par (E) et en divisant numérateur
et dénominateur par :(S1)(S2)/[KS1.KmS2], on obtient:
V/Vmax = 1/[[KS1.KmS2/(S1)(S2)]
+ [KmS2/(S2)] + [KS1.KmS2/KS2.(S1)]
+ 1], sachant que KS1.KmS2 = KS2.KmS1
on aura:
sur le plan experimental, il est possible de déterminer le mécanisme de catalyse en étudiant la vitesse de la réaction après avoir maintenue constante la concentration de l'un des substrats. Si S2 est en excès, les deux derniers termes du dénominateur s'annuleront et la vitesse deviendra indépendante de (S2): v = Vmax. 1/[1 + KmS1/(S1)] ou v = Vmax. (S1)/(S1) + KmS1. KS1 et KS2 sont des constantes de dissociation du système pour les substrats S1 et S2, respectivement. KmS1 et KmS2 sont des constantes de Michaelis du système pour les substrats S1 et S2, respectivement.
Linéarisation
de l'équation de vitesse.
1/v =
1/Vmax. [1 + KmS1/(S1) + KmS2/(S2)
+ KS2.KmS1/(S1)(S2)]
Si on maintient (S2) constante et on fait varier (S1), 1/v = f(1/(S1)
devient:
1/v = KmS1/Vmax.(1 + KS2/(S2)).1/(S1)
+ 1/Vmax.(1 + KmS2/(S2) qui
est une droite de la forme y = a.x + b
avec a = KmS1/Vmax.(1
+ KS2/(S2) et b = 1/Vmax.(1
+ KmS2/(S2).
Représentation
graphique
L'équation
ci dessus montre que la pente (a) et l'intersection avec l'axe des ordonnées
(b) sont toutes fonctions de S2.
Le même
type de graphiques peut être obtenu en variant (S2) et en maintenant
constante (S1).
Type d'inhibition par les analogues de substrats.
L'addition d'un
analogue de S2 (S2') entraîne une inhibition
mixte exercée par S2' vis à vis de S1 (voir graphique).
Type
d'inhibition par les produits de la réaction.
Pouvant se fixer sur toutes les formes d'enzyme les produits P1 et
P2 exercent une inhibition compétitive
vis à vis des deux substrats S1 et S2 (voir graphique).
Exemple
de réactions enzymatiques utilisant le mécanisme de
catalyse au hasard
Créatine PhosphoKinase (CPK): Créatine + ATP <---->
ADP + PhosphoCréatine
Retour à: ENZYMES. CATALYSEURS BIOLOGIQUES