Fiche de révision : Catalyse et cinétique enzymatique

📋 Plan du Cours

1. Enzymes et molécules associées
2. Spécificité enzymatique
3. Nomenclature et classes enzymatiques
4. Niveaux de structure des enzymes
5. Centre actif et complexe enzymatique
6. Ordres réactionnels et catalyse
7. Catalyse et énergie libre
8. Activité et purification enzymatiques
9. Phases de la cinétique enzymatique
10. Mesure de la vitesse initiale
11. Cinétique selon la concentration en substrat
12. Représentations d’Eadie-Hofstee et Hanes-Woolf
13. Démonstration de Michaelis-Menten
14. Effet de la température
15. Activateurs et inhibiteurs enzymatiques
16. Inhibition compétitive
17. Inhibition incompétitive
18. Exemples biologiques d’inhibition

📖 1. Enzymes et molécules associées

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Protéine ou, dans certains cas, molécule d’ARN appelée ribozyme, qui catalyse des réactions chimiques spécifiques sans être modifiée de façon permanente.
• Substrat : Molécule qui entre dans une réaction enzymatique et y est transformée par l’action catalytique de l’enzyme.
• Cofacteur : Molécule non protéique, inorganique ou organique, qui aide une enzyme à catalyser une réaction en stabilisant sa structure ou en facilitant la liaison du substrat au site actif.
• Coenzyme : Cofacteur organique, souvent dérivé de vitamines, qui transporte des groupes chimiques, des électrons ou des atomes d’hydrogène entre molécules au cours d’une réaction enzymatique.
• Produit : Molécule qui apparaît au cours d’une réaction catalysée par une enzyme et résulte de la transformation du substrat.
• Ligand : Molécule qui se lie spécifiquement à un site de liaison sur une protéine, et chaque ligand possède au moins un site de fixation sur la protéine qui le reçoit.

★ À maîtriser

📌 L’apoenzyme est la protéine seule, sans cofacteur ni coenzyme, et elle est inactive, tandis que l’holoenzyme est l’enzyme active formée de l’apoenzyme associée à un cofacteur ou à une coenzyme.

Compléments

• Les enzymes contribuent aux processus suivants :

  • métabolisme
  • réplication de l’ADN
  • transcription de l’ARN
  • synthèse des protéines
  • réactions immunitaires
  • signalisation cellulaire

• Les cofacteurs peuvent être :

  • des ions métalliques tels que Mg²⁺
  • des ions métalliques tels que Zn²⁺
  • des ions métalliques tels que Fe²⁺
  • des molécules organiques

• Des exemples de coenzymes sont :

  • le NAD⁺
  • le FAD
  • le coenzyme A

💡 Astuce mémo

Apoenzyme seule inactive, holoenzyme avec cofacteur active

📖 2. Spécificité enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Spécificité enzymatique : Capacité d’une enzyme à reconnaître un ou plusieurs substrats spécifiques et à catalyser une réaction particulière grâce à la configuration de son site actif.

★ À maîtriser

📌 La spécificité absolue concerne une enzyme qui agit sur un seul substrat précis, tandis que la spécificité relative concerne une enzyme qui agit sur des substrats partageant un groupe fonctionnel ou une structure chimique similaire.

📌 La spécificité de liaison concerne une enzyme qui reconnaît un type particulier de liaison chimique quelle que soit la molécule globale, tandis que la spécificité stéréochimique concerne la reconnaissance d’un seul isomère optique ou d’une seule configuration stéréochimique.

Compléments

• La glucokinase illustre la spécificité absolue en phosphorylant exclusivement le glucose.

• L’alcool déshydrogénase illustre la spécificité relative en oxydant différents alcools, notamment l’éthanol et le méthanol.

• Les protéases illustrent la spécificité de liaison en coupant spécifiquement les liaisons peptidiques des protéines.

• Les enzymes de la glycolyse illustrent la spécificité stéréochimique en ne reconnaissant que les sucres de la série D.

📖 3. Nomenclature et classes enzymatiques

★ À maîtriser

• La Commission des Enzymes de l’Union Internationale de Biochimie et de Biologie Moléculaire, appelée Enzyme Commission (EC), est responsable de la nomenclature des enzymes et a été créée en 1955. - Commission des Enzymes de l'Union Internationale de Biochimie et de Biologie

• Un numéro EC est composé de quatre chiffres séparés par des points : le premier indique la classe de réaction, le deuxième la sous-classe, le troisième la sous-sous-classe et le quatrième le numéro spécifique de l’enzyme.

• Les six classes enzymatiques sont :

  • les oxydoréductases
  • les transférases
  • les hydrolases
  • les lyases
  • les isomérases
  • les ligases

• Les oxydoréductases catalysent des réactions d’oxydoréduction, les transférases transfèrent des groupes fonctionnels, les hydrolases coupent des liaisons en ajoutant H et OH issus de l’eau, les lyases rompent des liaisons sans eau, les isomérases convertissent un isomère en un autre sans changer la formule brute, et les ligases forment de nouvelles liaisons en utilisant l’énergie de l’ATP.

Compléments

• Le nom d’une enzyme dérive souvent de son substrat et se termine par le suffixe « -ase », comme la lactase, qui hydrolyse le lactose.

• Le nom d’une enzyme peut aussi indiquer le type de réaction catalysée, comme celui d’une oxydoréductase, qui catalyse une réaction d’oxydoréduction.

• L’exemple EC 1.1.1.27 associe le premier chiffre aux oxydoréductases, le deuxième à un donneur d’électrons de type CH-OH, le troisième à un accepteur NAD⁺ ou NADP⁺, et le quatrième numéro spécifique à la L-lactate déshydrogénase.

• La glucokinase est une transférase portant le numéro EC 2.7.1.2, où 2 désigne la classe des transférases, 7 le groupe phosphorylé transféré, 1 son transfert à un groupe hydroxyle et 2 le numéro séquentiel de l’enzyme ; elle catalyse ATP + D-glucose → ADP + D-glucose-6-P.

• La lactase est une hydrolase portant le numéro EC 3.2.1.23, qui indique une action sur les liaisons glycosidiques et les osides, et catalyse Lactose + H₂O → Glucose + Galactose.

• L’aldolase porte le numéro EC 4.1.2.13, qui indique une lyase agissant sur des liaisons carbone-carbone et éliminant un groupe carbonyle, et catalyse Fructose-1,6-bisP → Glycéraldéhyde-3-P + Dihydroxyacétone P.

• La phosphoglycérate mutase est une isomérase portant le numéro EC 5.4.2.1, qui indique une transférase intramoléculaire transférant un groupe phosphoryle, et catalyse 3-phosphoglycérate ⇌ 2-phosphoglycérate.

• Le sixième chiffre de classe EC présenté correspond aux ligases, qui forment des liaisons entre acides nucléiques.

📖 4. Niveaux de structure des enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Catalyseurs biologiques appartenant à la classe des protéines globulaires.

• Structure primaire : Enchaînement linéaire et covalent des résidus d’acides aminés d’une chaîne polypeptidique, orienté du résidu N-terminal au résidu C-terminal.

• Structure secondaire : Liaisons hydrogène non covalentes entre les groupes carboxyles (C=O) et amides (NH) d’une chaîne polypeptidique.

📝 Points essentiels

• Dans la nomenclature EC de l’ADN ligase (EC 6.5.1.2), le chiffre 1 indique que l’enzyme utilise l’ATP comme source d’énergie.

• Dans la nomenclature EC de l’ADN ligase (EC 6.5.1.2), le chiffre 2 correspond à son numéro séquentiel dans cette sous-classe.

• Le caractère globulaire des protéines résulte du repliement de leurs chaînes polypeptidiques dans les trois directions de l’espace.

• La classification hiérarchique des protéines en quatre niveaux de structure a été proposée dès 1950 par Linderstrom-Lang.

• La structure quaternaire des protéines est principalement maintenue par des interactions non covalentes, parfois renforcées par des ponts disulfure.

📖 5. Centre actif et complexe enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Centre actif : Région spécifique de l’enzyme, en forme de poche ou de sillon, où le ou les substrats se lient et sont transformés en produits.

★ À maîtriser

📌 La spécificité de substrat signifie qu’une enzyme reconnaît un substrat particulier, tandis que la spécificité d’action signifie qu’elle catalyse un seul type de réaction chimique avec ce substrat.

• La formation du complexe enzyme-substrat suit la reconnaissance et la fixation du substrat, l’ajustement conformationnel éventuel de l’enzyme, la formation du complexe ES, la catalyse et la formation du complexe EP, puis la dissociation du produit et la libération de l’enzyme inchangée.

Compléments

• Les résidus du centre actif peuvent provenir de différentes parties de la séquence primaire, rapprochées par le repliement tridimensionnel de la protéine.

• Les résidus de liaison ancrent le substrat grâce à :

  • des liaisons hydrogène
  • des interactions hydrophobes
  • des liaisons ioniques

• Les résidus catalytiques peuvent : former ou rompre des liaisons chimiques dans le substrat, participer à des réactions acido-basiques, stabiliser des états de transition ou des intermédiaires réactionnels

📖 6. Ordres réactionnels et catalyse

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie d’activation : Énergie minimale requise pour que les réactifs atteignent l’état de transition et se transforment en produits.

★ À maîtriser

📌 La thermodynamique renseigne sur l’énergie des états initial et final et la faisabilité d’une réaction, tandis que la cinétique renseigne sur sa vitesse, c’est-à-dire la variation de concentration en fonction du temps.

📌 Une réaction d’ordre zéro a une vitesse indépendante de la concentration du substrat, une réaction d’ordre un a une vitesse proportionnelle à la concentration d’un substrat et une réaction d’ordre deux a une vitesse proportionnelle au carré de la concentration d’un substrat ou au produit des concentrations de deux substrats.

• Un catalyseur fournit une voie réactionnelle alternative de plus faible énergie d’activation, ce qui augmente la vitesse de réaction.

Compléments

📐 Formule - La vitesse de réaction s’écrit $V = \frac{dP}{dt} = -\frac{dS}{dt}$.

• L’ordre d’une réaction décrit la relation entre sa vitesse et la concentration du substrat.

• Une réaction d’ordre zéro se produit généralement lorsque l’enzyme est saturée par le substrat et que tous ses sites disponibles sont occupés, la vitesse atteignant alors Vmax.

📐 Formule - Pour une réaction d’ordre zéro, la vitesse est constante et la concentration du produit suit $V = k,\quad [P] = kt$.

📐 Formule - Pour une réaction d’ordre un, la vitesse suit $V = k_1[S] = -\frac{dS}{dt}$ et la concentration évolue selon $\ln\frac{[S_0]}{[S]} = k_1t$.

• Pour une réaction d’ordre un, la constante de vitesse k1 s’exprime en s⁻¹ et la demi-vie T1/2 est indépendante de la concentration initiale en substrat.

📐 Formule - Pour une réaction d’ordre un, la demi-vie est $T_{1/2} = \frac{\ln 2}{k_1}$.

📐 Formule - Pour une réaction d’ordre deux entre A et B, la vitesse suit $V = k_2[A][B]$ et, si [A] = [B], $V = k_2[A]^2$.

• Une réaction thermodynamiquement favorable peut se dérouler très lentement si son énergie d’activation est élevée.

💡 Astuce mémo

Abaissement de l’énergie d’activation → augmentation de la vitesse

📖 7. Catalyse et énergie libre

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction exergonique : Réaction spontanée qui libère de l’énergie utilisable pour effectuer un travail chimique, mécanique ou électronique.

★ À maîtriser

• Le catalyseur est présent en faible quantité, n’est pas consommé pendant la réaction et se régénère à la fin du processus.

• Un catalyseur ne modifie ni la variation d’énergie libre ΔG’ ni l’énergie des réactifs et des produits ; il accélère seulement l’atteinte de l’équilibre.

📌 Une réaction exergonique a $\Delta G<0$, une réaction endergonique a $\Delta G>0$ et une réaction à l’équilibre a $\Delta G=0$.

Compléments

📐 Formule - La variation d’énergie libre d’une réaction vérifie $\Delta G = \Delta G^0 + RT \ln\frac{[C][D]}{[A][B]}$.

📐 Formule - À l’équilibre, $\Delta G = 0$ et $\Delta G^0 = -RT \ln K$, avec $K = \frac{k_1}{k_2}$ comme constante d’équilibre.

• La dégradation du glucose selon $C_6H_{12}O_6+6O_2\rightarrow6CO_2+6H_2O$ a un ΔG négatif et libère de la chaleur, mais son énergie d’activation élevée empêche une réaction spontanée à température ambiante sans catalyseur enzymatique.

💡 Astuce mémo

Le catalyseur accélère l’accès à l’équilibre, sans changer ΔG.

📖 8. Activité et purification enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité internationale d’enzyme : Quantité d’enzyme capable de transformer 1 μmol de substrat par minute dans des conditions déterminées, avec le substrat en excès pendant toute la mesure.
• Activité spécifique : Nombre d’unités internationales d’enzyme par milligramme de protéine, exprimé en UI/mg de protéine.
• Activité spécifique moléculaire : Nombre de molécules de substrat qu’une molécule d’enzyme transforme par minute, soit le nombre de moles de substrat transformées par unité de temps et par mole d’enzyme.

★ À maîtriser

• L’activité spécifique permet d’évaluer la pureté d’une préparation enzymatique et de comparer l’efficacité de différentes enzymes ; plus elle est élevée, plus la fraction de l’enzyme d’intérêt est pure.

Compléments

• L’activité spécifique moléculaire est un paramètre intrinsèque de l’enzyme pour un substrat déterminé, au même titre que sa constante de Michaelis.

📐 Formule - L’indice de purification est le rapport entre l’activité enzymatique par quantité de protéine après n étapes et ce même rapport au départ : $IP=\frac{\text{activité enzymatique après }n\text{ étapes}/\text{quantité de protéine après }n\text{ étapes}}{\text{activité enzymatique au départ}/\text{quantité de protéine au départ}}$.

• Une augmentation de l’indice de purification à chaque étape indique que l’enzyme devient de plus en plus pure.

📖 9. Phases de la cinétique enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cinétique enzymatique : Branche de la biochimie qui étudie la vitesse des réactions chimiques catalysées par des enzymes.

★ À maîtriser

• Une cinétique enzymatique typique comprend trois phases :

  • la phase pré-stationnaire
  • la phase stationnaire
  • la phase post-stationnaire

• Pendant la phase stationnaire, la concentration du complexe ES est maximale et constante, l’enzyme est saturée et la vitesse est constante et maximale tant que le substrat reste suffisamment abondant.

Compléments

• Au cours de la phase pré-stationnaire, l’enzyme et le substrat forment progressivement le complexe ES, et la vitesse augmente jusqu’à approcher son maximum.

• La phase post-stationnaire se caractérise par la diminution de la vitesse lorsque le substrat se raréfie et que le produit s’accumule ; la réaction finit par atteindre l’équilibre ou s’arrêter.

💡 Astuce mémo

Pré-stationnaire → stationnaire → post-stationnaire

📖 10. Mesure de la vitesse initiale

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitesse initiale : Vitesse correspondant à la partie rectiligne initiale de la courbe de formation du produit, ou à la limite à la tangente à l’origine.

★ À maîtriser

• Dans une réaction enzymatique simple à un substrat et un produit, la concentration du substrat diminue avec le temps tandis que celle du produit augmente.

📐 Formule - La vitesse instantanée de formation du produit est la dérivée de sa concentration par rapport au temps, $v=\frac{dP}{dt}$, et correspond à la pente de la tangente à la courbe au temps considéré.

• À quantité de substrat donnée, la vitesse initiale est directement proportionnelle à la concentration enzymatique lorsque la concentration initiale de substrat est très supérieure à celle de l’enzyme, $[S_0]\gg[E]$.

Compléments

• Pour suivre la transformation de l’urée par l’uréase, le pH, la température et les concentrations initiales de substrat et d’enzyme sont maintenus fixes, tandis que le temps varie et que l’ammoniac formé est dosé à intervalles définis.

📐 Formule - La réaction suivie est $\text{Urée}+H_2O\rightarrow CO_2+2NH_3$.

• Pour mesurer la vitesse, on mélange d’abord le tampon et le substrat, on pré-incube pendant 5 minutes au bain-marie à 56 °C, on ajoute l’enzyme pour déclencher le temps, puis on prélève à intervalles définis et on dose le substrat restant ou le produit formé.

• La vitesse initiale est déterminée au début de la réaction, lorsque moins de 5 à 10 % du substrat a été transformé.

• La vitesse est constante dans la partie rectiligne initiale, lorsque l’enzyme est saturée par un large excès de substrat, puis elle diminue et peut s’annuler lorsque le substrat est consommé ou que l’équilibre entre substrat et produit est atteint.

• Pour étudier l’effet de la concentration en enzyme sur la vitesse initiale, le pH, la température, le temps et la concentration en substrat sont maintenus fixes, tandis que la concentration en enzyme varie.

• Dans ces conditions, la réaction est du premier ordre par rapport à l’enzyme, car celle-ci est en permanence sous forme de complexe ES.

📖 11. Cinétique selon la concentration en substrat

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitesse maximale : Vmax est atteinte lorsque l’enzyme est totalement saturée par le substrat et que tous ses sites actifs sont occupés.
• Constante de Michaelis : La concentration en substrat pour laquelle la vitesse initiale atteint Vmax/2 ; un KM faible correspond à une forte affinité enzyme-substrat, tandis qu’un KM élevé correspond à une faible affinité.

★ À maîtriser

• La courbe Vi = f([S]) est une hyperbole équilatère qui tend asymptotiquement vers Vmax, la vitesse initiale maximale pour la concentration d’enzyme utilisée.

📌 À très faible concentration en substrat, Vi est proportionnelle à [S] et la réaction est d’ordre 1 par rapport au substrat, tandis qu’à forte concentration l’enzyme est saturée et la réaction est d’ordre zéro par rapport au substrat.

• Dans le modèle de Michaelis-Menten établi par Michaelis et Menten en 1913, l’enzyme E se lie d’abord au substrat S pour former ES, puis ES se décompose en régénérant E et en libérant le produit P. - Michealis et Menten

📐 Formule - La représentation de Lineweaver-Burk transforme l’équation de Michaelis-Menten en $\frac{1}{V_i}=\frac{K_M}{V_{max}}\frac{1}{[S]}+\frac{1}{V_{max}}$.

• Sur le graphique de Lineweaver-Burk, la pente vaut KM/Vmax, l’interception avec l’axe des abscisses vaut −1/KM et l’interception avec l’axe des ordonnées vaut 1/Vmax.

Compléments

• À concentration d’enzyme constante, chaque point de la courbe Vi = f([S]) correspond à une vitesse initiale mesurée pour une concentration initiale de substrat donnée.

📐 Formule - L’équation de Michaelis-Menten s’écrit $V_i=\frac{V_{max}[S]}{K_M+[S]}$.

• La représentation de Lineweaver-Burk est linéaire et permet de distinguer différents types d’inhibition enzymatique.

• La représentation de Lineweaver-Burk amplifie les erreurs expérimentales en utilisant les inverses des mesures et comprime les données obtenues à forte concentration en substrat.

💡 Astuce mémo

Faible [S] : ordre 1 ; forte [S] : saturation et ordre zéro

📖 12. Représentations d’Eadie-Hofstee et Hanes-Woolf

★ À maîtriser

📐 Formule - La représentation d’Eadie-Hofstee suit la relation $V_i=V_{max}-K_M\frac{V_i}{[S]}$.

📐 Formule - La représentation de Hanes-Woolf suit la relation $\frac{[S]}{V_i}=\frac{1}{V_{max}}[S]+\frac{K_M}{V_{max}}$.

📌 Pendant la phase initiale, le terme de réaction inverse k−2[E][P] est négligeable devant k2[ES], car le produit est encore peu présent.

📐 Formule - Lorsque la réaction est mesurée pendant sa phase initiale, sa vitesse peut être simplifiée en $V=\frac{dP}{dt}=k_2[ES]$.

Compléments

• Sur le graphique d’Eadie-Hofstee, la pente vaut −KM, l’interception avec l’axe des ordonnées vaut Vmax et celle avec l’axe des abscisses vaut Vmax/KM.

• La représentation d’Eadie-Hofstee ne comprime pas les points correspondant aux fortes concentrations en substrat, mais rend la corrélation entre vitesse et concentration moins évidente que Lineweaver-Burk.

• Sur le graphique de Hanes-Woolf, la pente vaut 1/Vmax, l’interception avec l’axe des abscisses vaut −KM et celle avec l’axe des ordonnées vaut KM/Vmax.

• Hanes-Woolf offre une répartition plus homogène des points et amplifie moins les erreurs que Lineweaver-Burk, tout en restant simple à tracer.

• Pendant la phase initiale de la réaction, la vitesse de formation du produit est $V=\frac{dP}{dt}=k_2[ES]-k_{-2}[E][P]$.

📖 13. Démonstration de Michaelis-Menten

🔑 Notions clés & Définitions

• Constante de Michaelis : La constante de Michaelis est définie par $K_M=\frac{k_{-1}+k_2}{k_1}$.

★ À maîtriser

• Pendant la phase initiale, la vitesse de formation du produit vérifie $V = k_2[ES]$.

📌 L’approximation de l’état stationnaire suppose que la concentration du complexe ES reste constante, car ses vitesses de formation et de décomposition se compensent.

📐 Formule - La vitesse initiale suit la relation de Michaelis-Menten $V_i=\frac{V_{max}[S]}{K_M+[S]}$, avec $V_{max}=k_2[E_T]$.

Compléments

📐 Formule - L’état stationnaire du complexe ES s’écrit $\frac{d[ES]}{dt}=k_1[E][S]-k_{-1}[ES]-k_2[ES]=0$.

📐 Formule - La concentration du complexe enzyme-substrat vérifie $[ES]=\frac{[E_T][S]}{K_M+[S]}$.

💡 Astuce mémo

État stationnaire de ES → expression de [ES] → vitesse de Michaelis-Menten

📖 14. Effet de la température

🔑 Notions clés & Définitions

• Température optimale : La température optimale est celle à laquelle l’enzyme atteint la vitesse de réaction la plus élevée.
• pH optimal : Le pH optimal est le pH auquel la transformation enzymatique d’un substrat atteint son maximum dans un milieu de composition donnée.

★ À maîtriser

• Une différence de 1 °C entre deux mesures de l’activité enzymatique entraîne une différence d’environ 10 %, ce qui impose un contrôle strict de la température.

• La courbe de l’activité enzymatique en fonction de la température présente une forme en cloche, car l’augmentation de vitesse est suivie d’une inactivation de l’enzyme.

• La partie descendante de la courbe résulte de la dénaturation progressive de la fraction protéinique de l’enzyme, qui intervient le plus souvent vers 55 à 65 °C.

• Une variation de pH peut modifier l’ionisation des groupements de l’enzyme, ce qui affecte la formation du complexe enzyme-substrat ou le maintien de sa conformation tridimensionnelle native.

• Une variation de pH peut modifier l’ionisation du substrat et empêcher ou permettre sa fixation à l’enzyme selon la forme ionisée requise.

• À 2 unités de pH de part et d’autre du pH optimal, la vitesse de réaction est généralement négligeable et au moins 100 fois plus faible.

Compléments

• La partie ascendante de la courbe suit la loi d’Arrhenius et correspond à un effet réversible de l’augmentation de la température sur la constante de vitesse.

• Le tracé de $\ln(V_{max})$ en fonction de $1/T$ donne une droite de pente $-E_a/R$, à partir de laquelle l’énergie d’activation peut être calculée.

💡 Astuce mémo

La chaleur accélère d’abord la réaction, puis dénature l’enzyme

📖 15. Activateurs et inhibiteurs enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Activateurs enzymatiques : Les activateurs enzymatiques sont de petites molécules non consommées au cours de la réaction, capables d’en modifier la vitesse.

★ À maîtriser

📌 Une inhibition irréversible implique une liaison covalente ou une dissociation très lente du ligand, tandis qu’une inhibition réversible repose sur un complexe dissociable par dilution ou dialyse et un équilibre rapide.

• Les trois principaux types d’inhibition enzymatique sont :
  • l’inhibition compétitive
  • l’inhibition non compétitive
  • l’inhibition incompétitive

• Dans l’inhibition compétitive, l’inhibiteur se lie réversiblement au site actif, bloque l’accès du substrat et diminue la concentration d’enzyme libre.

Compléments

• Les ions métalliques cités comme activateurs vrais comprennent :

  • Na+
  • K+
  • NH4+
  • Mg++
  • Mn++
  • Cu++
  • Ca++

• La pyrophosphatase peut exiger spécifiquement Mg++, tandis que la phosphatase alcaline peut utiliser Mg++ ou Mn++.

• La plupart des phosphokinases exigent à la fois un ion divalent Mg++ et un ion monovalent K+.

• Les activateurs enzymatiques comprennent :

  • les activateurs vrais
  • les anti-inhibiteurs
  • les agents protecteurs du centre actif
  • les activateurs de pro-enzyme

• Les inhibiteurs compétitifs ressemblent généralement chimiquement au substrat, mais ne libèrent pas de produit et ne forment pas de complexe ESI.

💡 Astuce mémo

L’activateur favorise l’activité ; l’inhibiteur la diminue

📖 16. Inhibition compétitive

★ À maîtriser

📌 En inhibition compétitive, $K_m$ apparent augmente tandis que $V_{max}$ reste inchangée.

• Un supplément de substrat peut compenser l’inhibition compétitive en favorisant sa liaison à l’enzyme.

• L’inhibiteur non compétitif se fixe sur un site distinct du site de liaison du substrat, sur l’enzyme libre comme sur le complexe ES.

📌 En inhibition non compétitive, $K_m$ reste inchangé tandis que $V_{max}$ diminue.

Compléments

📐 Formule - La constante de dissociation du complexe enzyme-inhibiteur est $K_i = \frac{[E][I]}{[EI]}$, où [E] et [I] sont les concentrations libres de l’enzyme et de l’inhibiteur.

📐 Formule - La conservation de l’enzyme en inhibition compétitive s’écrit $[E_T]=[E]+[ES]+[EI]$.

📐 Formule - En inhibition compétitive, la vitesse initiale vérifie $v_i=\frac{V_{max}[S]}{K_m(1+[I]/K_i)+[S]}$.

• La représentation de Dixon trace $1/v_i$ en fonction de [I] à des concentrations fixes de substrat et permet d’estimer le type d’inhibition et $K_i$.

📐 Formule - La vitesse maximale apparente en inhibition non compétitive est $V'_{max}=\frac{V_{max}}{1+[I]/K_i}$, tandis que $K'_m=K_m$.

💡 Astuce mémo

Le substrat peut déloger l’inhibiteur : Km augmente, Vmax reste inchangée.

📖 17. Inhibition incompétitive

★ À maîtriser

• Dans l’inhibition incompétitive, la fixation du substrat peut induire un changement de conformation permettant à l’inhibiteur de se fixer au complexe ES et de le stabiliser sous une forme inactive.

• L’inhibiteur incompétitif ne se fixe pas à l’enzyme libre, mais seulement au complexe enzyme-substrat.

📌 L’inhibition incompétitive augmente l’affinité apparente enzyme-substrat et diminue la vitesse maximale.

Compléments

📐 Formule - La constante de dissociation du complexe ESI en inhibition incompétitive est $K_i=\frac{[ES][I]}{[ESI]}$.

📐 Formule - La conservation de l’enzyme en inhibition incompétitive s’écrit $[E_T]=[E]+[ES]+[ESI]$.

• En représentation de Lineweaver-Burk, l’inhibition incompétitive conserve la pente des droites et produit des droites parallèles dont l’ordonnée à l’origine dépend de [I].

💡 Astuce mémo

Le substrat ouvre une place à l’inhibiteur sur le complexe ES, qui devient inactif.

📖 18. Exemples biologiques d’inhibition

★ À maîtriser

• Le malonate, analogue structural du succinate, inhibe de manière compétitive la succinate déshydrogénase du cycle de Krebs.

• La réaction catalysée par l’isocitrate-lyase est inhibée par l’itaconate, qui se fixe uniquement au complexe enzyme-isocitrate.

Compléments

• L’oxalate et l’oxaloacétate sont également des inhibiteurs compétitifs de la réaction catalysée par la succinate déshydrogénase.

• L’inhibition par le malonate peut être réduite ou annulée par une concentration suffisante de succinate, mais la quantité nécessaire peut dépasser la solubilité du succinate si le malonate est trop concentré.

• Les ions métalliques Cu++, Ag+ et Hg+ inhibent certaines enzymes en formant des mercaptides avec des groupes SH libres de résidus cystéine essentiels à l’activité catalytique.

• La phosphatase alcaline est inhibée de manière incompétitive par la L-phénylalanine, qui se fixerait sur une sous-unité lorsque le complexe ES est formé et empêcherait la libération du phosphate.