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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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5. Glossaire
méthode par blocage rapide de réaction ; stopped flow
Technique basée sur la projection d’une lumière monochromatique sur la cellule contenant l’échantillon étudié. Le changement du signal (fluorescence, absorbance ou dichoïsme circulaire) est mesuré durant le court laps de temps séparant le début de la réaction entre les deux réactifs et son arrêt très rapide provoqué. Des données sur la vitesse de réaction, sur le mécanisme suivi, ou sur les intermédiaires de courte durée de vie peuvent être obtenus.
mélange résolu en temps ; quench flow
Des faibles volumes de solutions sont mélangés rapidement et poussés dans une boucle. Après un temps donné, la réaction est arrêtée par ajout d’un réactif chimique. Des échantillons, correspondant à des temps de réaction différents permettent d‘établir la cinétique de la réaction en utilisant une technique analytique appropriée.
cinétiques de Michaelis et Menten ; Michaelis and Menten kinetics
Cinétique simple suivie pour la transformation d’un substrat en un produit. L’équation qui matérialise la vitesse de transformation du substrat en produit en fonction de la concentration en substrat correspond à une hyperbole équilatère.
inhibiteurs irréversibles ; irreversible inhibitors
Dérivés se combinant définitivement au site actif (fixation covalente). Une fois fixé, l’inhibiteur irréversible rend l’enzyme non fonctionnelle irrémédiablement et empêche la transformation du substrat par le catalyseur.
inhibiteurs réversibles ; reversible inhibitors
Dérivés caractérisés pour des enzymes « michaeliennes », au nombre de trois :
-
inhibiteur compétitif dans un système michaelien entrant directement en compétition avec le substrat. Il va retarder l’accès du substrat au site actif de l’enzyme ;
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inhibiteur non compétitif dans un système michaelien ayant la capacité de se fixer aussi bien à l’enzyme complexée au substrat [ES] qu’à l’enzyme seule [E]. Il n’est pas en concurrence avec le substrat. Il se lie au niveau d’un autre site que le site actif ;
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inhibiteur incompétitif dans un système michaelien ayant la capacité...
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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).
-
(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).
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(6) - BALZARINI (J.) et al - Kinetics...
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