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Interactions Enzyme-Inhibiteur. Cas des inhibiteurs compétitifs et incompétitifs

En enzymologie, l'inhibiteur compétitif et l'inhibiteur incompétitif sont caractérisés par la formation de complexes binaires et ternaires avec l'enzyme et le substrat, respectivement.


Interactions moléculaire Enzyme - Substrat - Inhibiteur

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).

Fixation de l'inhibiteur sur la forme libre de l'enzyme (E). Inhibiteur 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.

Enzymes. inhibiteur compétitif

Vidéo sur les inhibiteurs compétitifs (interactions avec l'enzymes, équation de vitesse, représentations graphiques, Exemples d'applications)

Inhibiteur compétitif. Version Ar

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.

Etablissement de l'équation de vitesse d'un inhibiteur compétitif.
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:

inhibiteur compétitif. Equation de vitesse

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).


Représentations graphiques d'un inhibiteur compétitif.
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).


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Fixation de l'inhibiteur sur la forme d'enzyme complexée avec le substrat (ES). Inhibiteur 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:

Enzymes. Inhibiteur incompétitif

Vidéo sur les inhibiteurs incompétitifs (interactions avec l'enzymes, équation de vitesse, représentations graphiques)

Inhibiteur incompétitif. Version Ar

Equation de vitesse d'un inhibiteur incompétitif.
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:

inhibiteur incompétitif. Equation de vitesse

Vmax et Ks diminuent d'un même facteur (division par 1 + (I)/KmI) (plus de détails).


Représentations graphiques d'un inhibiteur incompétitif.

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).

comparaison des différents inhibiteurs

- Exercices sur inhibiteurs incompétitifs. Exemple de l'alpha glucosidase


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