Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les réactions catalysées par des enzymes suivent les principes de la cinétique chimique. La cinétique enzymatique consiste à mesurer les vitesses des réactions qui permettront de comprendre le fonctionnement de ces catalyseurs. Cet article aborde la réalisation des essais cinétiques et les ajustements des courbes expérimentales obtenues en fonction des lois mathématiques suivies par le système enzymatique étudié. Sont passées en revue les enzymes suivant des cinétiques michaeliennes, ainsi que les catalyseurs allostériques ou ceux fonctionnant uniquement sous un état d’oligomérisation donné. Ces fondements permettent d’étudier les différents effecteurs, inhibiteurs ou activateurs, modulant l’activité des enzymes.
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The reactions catalyzed by enzymes follow the principles of chemical kinetics. The enzymatic kinetics consists in measuring the rates of the reactions which will make it possible to understand the functioning of these catalysts. This article addresses the performance of kinetic tests and the adjustments of the experimental curves obtained according to the mathematical laws of the studied enzymatic system. Enzymes following Michaelian kinetics and allosteric catalysts or those operating only in a given state of oligomerization are reviewed. These fundaments make it possible to study the different effectors, inhibitors or activators that modulate the activity of enzymes.
Auteur(s)
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Julien DUMOND : Docteur en virologie enzymologie - Consultant en entreprises pharmaceutiques, Metz, France
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Serge KIRKIACHARIAN : Docteur ès-sciences physiques, Pharmacien - Professeur émérite de chimie thérapeutique de la faculté des sciences pharmaceutiques et biologiques de l’université Paris Sud - Praticien hospitalier chef de service honoraire des hôpitaux de Paris, France
INTRODUCTION
Cet article aborde les cinétiques les plus utiles et les plus courantes observées en enzymologie, ainsi que celles pouvant servir à la caractérisation de nouveaux types d’inhibiteur. Les cinétiques particulières obtenues pour des systèmes enzymatiques complexes, comme pour le protéasome ne sont pas envisagées. Les traitements mathématiques des données les plus utilisés sont également rappelés.
Les travaux poursuivis par Victor Henri et Adrian Brown au début du XXe siècle ont représenté les vitesses initiales obtenues pour une réaction enzymatique en fonction des différentes concentrations de substrat et permis d’ajuster les points expérimentaux à une courbe hyperbolique. Les auteurs ont ainsi émis l’hypothèse de l’établissement préalable de l’intermédiaire réactionnel enzyme substrat indispensable au déroulement de la réaction enzymatique.
Cette hypothèse a été relancée précisément par Michaelis et Menten, puis par Briggs et Haldane. Cependant, le modèle mathématique obtenu ne permettait pas d’expliciter le fonctionnement de toutes les enzymes. En parallèle, Hill a décrit que la courbe de fixation du dioxygène à l’hémoglobine (une protéine non enzymatique) en fonction de la pression partielle en dioxygène correspondait à une courbe de type sigmoïde. Par la suite, il a été montré que des catalyseurs protéiques étaient capables de transformer leur(s) substrat(s) en suivant ce même modèle de sigmoïde. Ce n’est que dans les années 1960, que Monod, Wyman et Changeux d’une part, et Koshland de l’autre, proposèrent des modèles moléculaires pour expliquer l’allostérie. Ensuite, des cinétiques plus complexes de transformation de substrat(s) par des enzymes ont été décrites.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des notations et des symboles utilisés.
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KEYWORDS
enzymatic kinetics | Michaelis and Menten kinetics | allostery | effectors
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Cinétiques pour caractériser les inhibitions et les activations1. Introduction à la cinétique enzymatique
1.1 Vitesse de réaction
La vitesse initiale (v i) d’une réaction enzymatique correspond à la mesure de la quantité disparue de substrat par unité de temps ou la quantité de produit apparu par unité de temps. Elle est représentée par un graphique primaire où la concentration de produit apparu ou de substrat restant est portée en fonction du temps. Les vitesses initiales correspondent aux pentes calculées à partir des parties droites des courbes obtenues pour les différentes concentrations de substrat (figure 1).
La vitesse de réaction est fonction de plusieurs facteurs, et en premier lieu des conditions expérimentales. Elle augmente lorsque les quantités d’enzyme ou de substrat augmentent, jusqu’à atteindre la saturation d’un des deux partenaires.
Une molécule d’enzyme fixe une molécule de substrat, pour former réversiblement lors d’une réaction, un complexe [Enzyme-Substrat] correspondant à un intermédiaire de transition :
Cet intermédiaire pourra évoluer et libérer le produit de la réaction et l’enzyme :
L’enzyme est alors disponible pour une nouvelle catalyse.
Dans la catalyse enzymatique de ce type
, on relève trois phases.
Une phase pré-stationnaire (très rapide, quelques milli-secondes) est fondée sur l’affinité du substrat pour le site actif de l’enzyme. Cette phase initiatrice de mise en route du système se termine lorsque les sites actifs ont fixé et transformé les premières molécules de substrat. Au terme de cette phase, d[ES]/dt tend vers 0. Cette phase de la réaction enzymatique peut être étudiée par la technique de stopped flow permettant d’étudier les réactions rapides en solution. La technique de quench flow (mélange rapide résolu en temps) peut...
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Introduction à la cinétique enzymatique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MICHAELIS (L.), MENTEN (M.L.) - Die Kinetik der Invertinwirkung. - Biochemische Zeitschrift, 49, p. 333-369 (1913).
-
(2) - BRIGGS (G.E.), HALDANE (J.B.S.) - A note on the kinetics of enzyme action. - From Botanical and Biochemical Laboratories, Cambridge (1925).
-
(3) - JOHNSON (K.A.), GOODY (R.S.) - Biochemistry. - The Original Michaelis Constant : Translation of the 1913 Michaelis-Menten Paper BioC, 50(39), p. 8264-8269 (2011).
-
(4) - HOPKINS (A.L.), GROOM (C.R.) - The druggable genome. - Nat. Rev. Drug. Discov., 1(9), p. 727-730 (2002).
-
(5) - RASK-ANDERSEN (M.), ALMÉN (M.S.), SCHIÖTH (H.B.) - Trends in the exploitation of novel drug targets. - Nat. Rev. Drug. Discov., 10(8), p. 579-590 (2011).
-
(6) - BALZARINI (J.) et al - Kinetics...
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