Interaction Enzyme - Inhibiteur. Cas des inhibiteurs mixte et non compétitif


Les enzymes, catalyseurs biologiques, sont essentielles pour la vie. Connaître comment elles assurent la catalyse renvoie à l'élucidation de leurs mécanismes. Cela se passe par le contact du substrat avec l'enzyme à travers le 'site actif'. L'inhibiteur mixte et l'inhibiteur non compétitif, formant des complexes ternaires avec l'enzyme et le substrat, sont des modulateurs de l'activité enzymatique.

INTERACTIONS MOLECULAIRE ENZYME, SUBSTRAT, INHIBITEUR


Fixation de l'inhibiteur avec des affinités différentes sur les formes libre (E) et complexée (ES) de l'enzyme (Ki><Ki'). I.Mixte


L'inhibiteur mixte est caractérisé par la fixation avec des affinités différentes sur l'enzyme libre (E) et l'enzyme complexée (ES). Ce type d'inhibition est connu cinétiquement par un changement de (diminution ou augmentation) de Ks et une diminution de Vmax. En effet, il y'a formation d'un complexe ternaire (ESI) non productif et non totalement déplaçable par excès de substrat (condition de détermination de Vmax). Seul le complexe ES est productif (ES ---> E + P, avec une constante de vitesse k3). Le type d'interaction est résumé dans la figure:

inhibiteur mixte

Equation de vitesse d'un inhibiteur mixte.
La constante k3 caractérise ES ---> E + P. La vitesse v = k3.(ES).
Ks = (E)(S)/(ES) (1), KI = (E)(I)/(EI) (2), KmS = (EI)(S)/(ESI)
(3) et KmI = (ES)(I)/(ESI) (4).
(1) donne (ES) = (E)(S)/Ks et (2) donne (EI) = (E)(I)/KI
Donc: KmS = (E)(I)(S)/KI.(ESI) et KmI = (E)(I)(S)/KS.(ESI).
D'où, respêctivement: KmS.KI = (E)(I)(S)/(ESI) et KmI.Ks = (E)(S)(I)/(ESI). Donc: KmS.KI = KmI.Ks
sachant que v = k3.(ES) et Vmax = k3.(ET), avec (ET) = (E) + (ES) + (EI) + (ESI), v/Vmax = (E)/(ET).
v/Vmax = (ES)/(ET) = (ES)/[(E) + (ES) + (EI) + (ESI)].
Sachant que (E) = Ks.(ES)/(S), (EI) = (E)(I)/KI et (ESI) = (ES)(I)/KmI, on aura:
v/Vmax = (ES)/[Ks.(ES)/(S) + (ES) + (EI)(I)/KI + (ES)(I)/KmI]. En divisant par (ES) on aura:
v = Vmax.1/[Ks/(S) + 1 + Ks.(I)/(S).KI + (I)/KmI] = Vmax.1/[Ks/(S)[1 + (I)/KI] + [1 + (I)/KI]].
En divisant par [1 + (I)/KmI] on aura l'équation de vitesse suivante:

inhibiteur mixte. Equation de vitesse

Donc, en présence de I, l'affinité de l'enzyme pour son substrat est diminuée ou augmentée, car Ks a augmenté (multiplication de Ks par le facteur (1 + (I)/KI) et a diminué (division de Ks par le facteur (1 + (I)/KmI). Donc, tout dépend du rapport KI/KmI (plus de détails).
Représentations graphiques d'un inhibiteur mixte
On s'est limité ici aux représentations de Michaelis-Menten et Lineweaver-Burk. L'inhibiteur mixte se distingue facilement des autres inhibiteurs par deux représentations possibles sous 1/v = f(1/(S) (voir tableau compararif des représentations graphiques des différents inhibiteurs).


Fixation de l'inhibiteur avec les mêmes affinités sur les formes libre (E) et complexée (ES) de l'enzyme (Ki = Ki'). I. Non compétitif


L'inhibiteur non compétitif est proche de l'inhibiteur mixte, sauf que le premier se fixe aussi bien sur (E) que sur (ES) avec la même affinité (KI = KmI). L'inhibiteur n'affecte pas la combinaison du substrat à son enzyme.

inhibiteur non compétitif

L'équilibre E + S <--> ES est déplacé dans les deux sens de même degré. Ks reste inchangée (l'affinité de l'enzyme pour S ne varie plus). Par contre la formation d'un complexe ternaire ESI non totalement déplaçable par excès de substrat, fait diminuer Vmax.
Equation de vitesse d'un inhibiteur non compétitif.
Comme dans le cas de l'inhibiteur mixte, v/vmax = (ES)/(ET) = (ES)/[(E) + (ES) + (EI) + (ESI)].
En considérant l'équation KI = KmI et Sachant que (E) = Ks.(ES)/(S), (EI) = (E)(I)/KI = (ES).Ks.(I)/[(S).KI] et (ESI) = (ES)(I)/KI, on aura:
v/Vmax = (ES)/[Ks.(ES)/(S) + (ES) + Ks.(I)(ES)/(S).KI + (ES)(I)/KI]. En divisant par (ES) on aura:
v = Vmax.1/[Ks/(S) + 1 + Ks.(I)/(S).KI + (I)/KI] = Vmax.1/[Ks/(S)[1 + (I)/KI] + [1 + (I)/KI]].
En mettant en facteur de [1 + (I)/KI] la somme du dénominateur, on aura l'équation de vitesse suivante:

inhibiteur non compétitif. Equation de vitesse

Cette équation de vitesse est une simplification de l'équation de vitesse de l'inhibiteur mixte suite au remplacement de KmI par KI (plus de détails).
Représentations graphiques d'un inhibiteur non compétitif:
On s'est limité ici aux représentations de Michaelis-Menten et Lineweaver-Burk. L'inhibiteur non compétitif se distingue facilement des autres inhibiteurs par les courbes 1/v = f(1/(S) sous forme d'un faisceau de droites faisant intersection sur l'axe des abscisses (voir tableau compararif des représentations graphiques des différents inhibiteurs).


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