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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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Lire l’articleAuteur(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.
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2. Cinétiques pour caractériser les inhibitions et les activations
Un effecteur modifie la vitesse d’une réaction en se combinant à l’enzyme seule [E] et/ou au complexe enzyme/substrat [ES]. Certains effecteurs sont des inhibiteurs ralentissant la vitesse de réaction, d’autres sont des activateurs accélérant cette vitesse.
Dans cette partie, sont abordées les cinétiques michaeliennes et allostériques à un seul substrat. Étudier une enzyme à plusieurs substrats revient à la saturer par les substrats qui ne font pas l’objet de l’analyse. Ces caractérisations classiques sont extrêmement importantes pour la compréhension du mécanisme d’action des molécules mises sur le marché dans le cadre du traitement de maladies. Ces expériences doivent être maîtrisées étant donné que de nombreuses cibles thérapeutiques sont des enzymes.
En 2002, 47 % des molécules thérapeutiques ciblaient des enzymes , et en 2011 l’estimation était de 29 % . Si le nombre de médicaments ciblant des enzymes augmente, leur pourcentage relatif par rapport à l’ensemble des médicaments est en baisse en raison des nombreuses molécules innovantes mises sur le marché dans les domaines variés de la thérapeutique.
2.1 Inhibiteurs irréversibles
Ces dérivés se combinent définitivement au site actif de l’enzyme (fixation covalente). Une fois fixé, l’inhibiteur irréversible rend l’enzyme non fonctionnelle irrémédiablement dans le temps et empêche la transformation du substrat.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MICHAELIS (L.), MENTEN (M.L.) - Die Kinetik der Invertinwirkung. - Biochemische Zeitschrift, 49, p. 333-369 (1913).
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(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).
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(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).
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(6) - BALZARINI (J.) et al - Kinetics...
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