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Enzymo

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Faculté de science
Département de biologie
TGF
Thème: Les inhibiteurs
enzymatique
RÉALISÉE PAR:
ABDIRAZAK IBRAHIM ADAN
ID HOUSSEIN AHMED
SOUMEYA MAHAMOUD ISMAEL
ZAMZAM HASSAN AHMED
SOMMAIRE
I.
Inhibition compétitive (fixation exclusive)
1.
2.
Définition
Représentation graphique
II.
Inhibition non compétitive (fixation non exclusive)
1.
2.
Définition
Représentation graphique
III.
Inhibition incompétitive (fixation non exclusive)
1.
2.
Définition
Représentation graphique
IV.
Inhibition par excès de substrat
1.
2.
Définition
Représentation graphique
INTRODUCTION
Un inhibiteur enzymatique est une substance se liant à une enzyme et qui
en diminue l’activité.
Un inhibiteur peut empêcher la fixation du substrat sur le site actif en se
fixant à sa place, ou provoquer une déformation de l’enzyme qui rend
celle-ci inactive.
L'étude de l'effet d'inhibiteurs permet :
• d'affiner le mécanisme catalytique d'une réaction enzymatique
• de mieux connaître la spécificité d'une enzyme
• d'obtenir des données physiques et chimiques concernant le site actif
En effet, certains inhibiteurs s'associent de manière réversible à l'enzyme en
interagissant de manière non covalente.
D'autres se fixent de manière Irréversible et sont souvent utilisés
pour déterminer les groupes actifs du site catalytique.
I) INHIBITEUR COMPÉTITIVE
C'est un mécanisme où la fixation de l'inhibiteur empêche celle du
substrat (et réciproquement) : la fixation du substrat et celle de
l'inhibiteur sont donc mutuellement exclusives.
Le mécanisme réactionnel :
LES DIFFÉRENTS MODÈLES :
MODÈLE 1:
Il n'existe qu'un site de fixation pour les deux molécules : la
fixation mutuellement exclusive résulte d'une analogie de
structure entre le substrat et l'inhibiteur.
MODÈLES 2 À 4:
Le substrat et l'inhibiteur se fixent sur des sites distincts.
L'inhibition est malgré tout de type compétitif pour diverses
raisons structurales.
MODÈLE 5:
C'est le changement conformationnel de l'enzyme induit par la
fixation de l'inhibiteur qui empêche celle du substrat (et
réciproquement). Les enzymes sujettes à ce mode de régulation
sont souvent des enzymes multimériques à régulation
allostérique: par exemple, l'aspartate transcarbamylase,
la glutamine synthétase
REPRESENTATION GRAPHIQUE
En présence d'un d'inhibiteur compétitif, KM est augmentée et VM n'est pas
modifiée.
• Cela signifie que l'inhibition compétitive peut-être "levée" à
concentration saturante en substrat. En effet, puisque la
fixation du substrat et celle de l'inhibiteur sont
mutuellement exclusives, l'addition d'une très forte
concentration de substrat déplace l'équilibre E + S <==> ES
en faveur de ES et donc déplace l'équilibre EI <==> E + I en
faveur de E.
• Vitesse relative (ou activité fractionnaire) en absence et en
présence d'inhibiteur : le degré d'inhibition induit par un
excès d'inhibiteur compétitif de n fois est maximal quand la
concentration du substrat ET la concentration de
l'inhibiteur sont beaucoup plus importantes que KM et KI,
respectivement
II)INHIBITEUR NON
COMPÉTITIVE
Un inhibiteur non compétitif classique n'a aucune influence sur la
fixation du substrat (et réciproquement) : les sites de fixation du
substrat et de l'inhibiteur sont distincts.
• En conséquence, l'inhibiteur se fixe à l'enzyme libre E et au complexe
ES ; de même, le substrat se fixe à l'enzyme libre E et au complexe EI.
Les inhibiteurs non compétitifs n'ont pas d'homologie structurale avec le
substrat.
MECANISME REACTIONNEL
MODÈLES
• MODEL CLASSIQUE :
Le mécanisme de fixation de l'inhibiteur ne modifie pas la manière dont se
fixe le substrat mais elle empêche les ajustements conformationnels du site
actif qui devraient avoir lieu pour qu'il y ait catalyse : le complexe ternaire
ESI est inactif.
• AUTRE MODELE :
Il suggère qu'il n'y a pas de transconformation possible entre ES et ESI, c'està-dire qu'il n'y a pas d'équilibre : ES + I <==> ESI. Cependant, l'effet de
l'inhibiteur est le même que dans le modèle classique parce que les 4
formes de l'enzyme (E, EI, ES et ESI) sont en équilibre (ESI <==> EI <==> E
<==> ES).
• En présence de ce type d'inhibiteur :
• VM est diminuée : une partie des molécules d'enzyme se trouvant sous la
forme EI et ESI, conjointement au complexe ES, il y a donc moins de
molécules d'enzyme productives.
• KM n'est pas modifiée : les sites de fixation étant distincts, la saturation
par le substrat des molécules d'enzyme libre E n'est pas modifiée
Représentations graphiques :
• on appelle "pure", l'inhibition non compétitive où l'inhibiteur se fixe avec la
même affinité à l'enzyme libre E et au complexe enzyme - substrat ES (KI =
K'I).
• on appelle "mixte", l'inhibition non compétitive où l'inhibiteur se fixe avec
des affinités différentes à E et à ES (KI différent K'I).
L'inhibition non compétitive est rare et on en trouve des exemples
essentiellement dans le cas des enzymes à régulation allostérique.
III) INHIBITION INCOMPÉTITIVE
Ce type d'inhibition est aussi appelé inhibition par blocage du complexe
intermédiaire. Cette appellation décrit mieux le mécanisme : l'enzyme et le
substrat forment d'abord le complexe enzyme-substrat (le complexe
intermédiaire), puis l'inhibiteur se fixe à ce complexe.
Le mécanisme réactionnel :
• Il y a formation d'un complexe ternaire ESI inactif. Ce type d'inhibition est
essentiellement observé pour des réactions impliquant plusieurs substrats.
En présence de ce type d'inhibiteur :
• Les deux paramètres (VM et KM) sont modifiés par le même facteur .
• En effet, ce type d'inhibiteur favorise la formation du complexe [enzymesubstrat] qui lui-même est consommé pour former le complexe ESI.
• L'équilibre : E+S <==> ES est donc déplacé en faveur de ES. Celà signifie
que, pour un même degré de saturation de l'enzyme il faut une
concentration plus faible en substrat (KM diminue).
• La concentration du complexe [ES] est moindre (une partie se trouve sous
forme ESI), donc VM diminue.
REPRÉSENTATION GRAPHIQUE
IV) INACTIVATION : INHIBITION
IRRÉVERSIBLE
L'action d'un inhibiteur est IRréversible quand il se forme une liaison
covalente entre l'enzyme et l'inhibiteur : on l'appelle un inactivateur.
• Le mécanisme réactionnel :
L'étude de l'effet des inhibiteurs irréversibles est souvent utilisée pour
déterminer les groupes actifs du site catalytique.
Un exemple classique d'inactivateur est le di-isopropyl fluorophosphate ou
DFP*. L'étude de l'effet de ce composé sur l'activité des protéases à sérine
a permis d'identifier la sérine 195 comme l'un des deux résidus impliqués
dans la catalyse (le second étant l'histidine 57).
• Le complexe est inactif, mais en fonction de la concentration relative de
l'enzyme et de l'inhibiteur, toute molécule d'enzyme libre est évidemment
totalement active.
• partie A : tant que la concentration en inactivateur est supérieure à celle de
l'enzyme, tout l'enzyme est complexée sous forme EI inactive.
• partie B : dès que [E0] >[I0], chaque molécule d'enzyme libre catalyse la
réaction avec une vitesse maximale qui est :
• Vmaxapp = kcat . ([E0] - [I0])
V) INHIBITION PAR EXCÈS DE
SUBSTRAT
• Ce type d'inhibition par le substrat lui-même peut avoir lieu quand il
est en très grande concentration.
• En général, le site de fixation du substrat est dans ce cas de grande
dimension et contient plusieurs sous - sites, chacun fixant une partie
du substrat.
• Le mécanisme réactionnel :
L'acétylcholinestérase est un exemple d'enzyme sujette à inhibition par
excès de son substrat, l'acétylcholine.
• Le site actif de cette enzyme a été caractérisé, en particulier en
utilisant des analogues de substrat : une série d'inhibiteurs compétitifs
portant des charges et un nombre d'atomes de carbone variables.
• Il existe deux sous - sites de fixation de l'acétylcholine, distants de 7 Å
:
• le sous - site anionique qui porte une charge négative et qui interagit
avec la charge positive portée par l'ammonium quaternaire du
substrat
• le sous - site estérasique (contenant les résidus catalytiques sérine et
histidine) et qui interagit avec la liaison ester du substrat
• Quand la concentration du substrat est faible, chaque partie du
substrat interagit avec le sous-site qui lui est dédié.
• Quand la concentration du substrat est forte, une molécule de
substrat n'interagit plus que partiellement avec l'un ou l'autre des sous
- sites, chaque sous - site étant cependant occupé par une molécule
de substrat.
Un autre exemple est la régulation de la phosphofructokinase-1 (enzyme de
la glycolyse) par la concentration de ces substrats (l'ATP et le fructose 6phosphate) mais aussi par celles de de nombreux effecteurs liés à la
production d'énergie (ATP) par la phosphorylation oxydative.
Ces effecteurs sont : l'ATP lui-même (voir ci-dessous), l'ADP, l'AMP, le
phosphoénolpyruvate, le phosphate inorganique, le citrate, le NADH
L'ATP est un cas particulier : c'est l'un des deux substrats de la PFK mais
c'est aussi un effecteur. En effet la PFK-1 possède :
• un site de fixation de l'ATP en tant que substrat (effet homotrope)
• un site de fixation en tant qu'effecteur (effet hétérotrope)
a. Partie gauche de la courbe de saturation ci-dessous
• Elle reflète l'effet de l'ATP sur la vitesse de la réaction enzymatique en
tant que substrat.
• L'allure hyperbolique de cette première partie de la courbe indique que la
fixation de l'ATP aux 4 sites catalytiques (la PFK est un homotétramère)
s'effectue selon un mécanisme "Michaelien".
• Celà signifie qu'il n'y a pas d'effet coopératif dans la fixation des molécules
d'ATP.
b. Partie droite de la courbe de saturation ci-dessus
A partir d'une certaine concentration, des molécules d'ATP se fixent sur un
site qui n'est pas le site catalytique : ce site est lié à la régulation de l'activité
catalytique.
C'est un site dit effecteur : certaines molécules d'ATP n'agissent plus comme
substrat mais comme effecteur :
La fixation de molécules d'ATP sur ce site induit un changement de
conformation de certaines molécules d'enzyme.
Les sites catalytiques dans cette conformation (dite "tendue" ou "tense",
T) ne fixe pas ou trés mal l'ATP.
Dans cette conformation T, l'enzyme n'est pas ou trés peu active.
c. En conséquence :
• Une partie des molécules d'enzyme étant inactive, la
concentration réelle de complexe enzyme - substrat ([ES])
est moindre que la concentration d'enzyme. La vitesse de catalyse
diminue puisque : vi = kcat x [ES].
d. Illustration
Inhibition de la CTP synthase par excès d'ammoniaque.
Représentation graphique
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