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Les inhibiteurs

L'inhibition des enzymes

Les inhibiteurs d’enzymes sont des molécules qui réduisent le niveau d’activité des enzymes, et les connaissances sur les inhibiteurs peuvent, par exemple, servir au développement de médicaments ou pour l’étude des voies biochimiques, car les inhibiteurs permettent d’interférer avec ces voies. Les inhibiteurs d’enzymes soient irréversibles ou réversibles. Les inhibiteurs irréversibles réduisent le niveau d’activité enzymatique en détruisant l’enzyme par divers mécanismes, tandis que les inhibiteurs réversibles maintiennent l’enzyme fonctionnelle. Les inhibiteurs que nous allons étudier ici sont des inhibiteurs réversibles [1].

Les types d’inhibition

On peut classer les mécanismes des inhibiteurs d’enzymes en 3 groupes principaux groupes : les inhibiteurs compétitifs, les inhibiteurs non compétitifs et les inhibiteurs mixtes. Les inhibiteurs compétitifs opèrent en se liant au site actif de l’enzyme en compétition avec le substrat ; les inhibiteurs non compétitifs se lient au complexe enzyme-substrat sur un site distinct du site actif, mais ils ne peuvent pas se lier à l’enzyme seule, et les inhibiteurs mixtes peuvent se lier à la fois à l’enzyme et au complexe enzyme-substrat sur un site distinct du site actif [1].

Les mécanismes d’inhibition des enzymes peuvent être considérés comme une extension du mécanisme de Michaelis-Menten et l’inhibition compétitive et non compétitive peuvent être considérées comme des cas particuliers d’inhibition mixte (voir figure 1.a), où KI et K'I sont respectivement les constantes de dissociation du complexe EI et ESI. En utilisant la même approche que celle utilisée pour dériver l’équation de Michaelis-Menten (pour une dérivation détaillée, voir [2]), on obtient l’équation suivante pour l’inhibition mixte :

V0 = Vmax-[S] / Km-α+[S]-α'

où α = 1+[I]/KI et α' = 1+[I]/K'I.

Tout comme l’équation de Michealis-Menten, cette équation peut être ajustée pour s’adapter à un diagramme doublement réciproque :

1/V0 = α'/Vmax + Km-α/Vmax - 1/[S]

Si α > 1 et α' > 1, l’inhibition est mixte ; pour une inhibition compétitive, α' = 1, et α' = 1. Inhibition compétitive, α' = 1 ; pour une inhibition non compétitive, α = 1. Ainsi, 3 équations différentes sont obtenues pour les 3 différents types d’inhibition, et un diagramme de Lineweaver-Burk des données cinétiques peut révéler le type d’inhibition que réalise l’inhibiteur (voir Figure 1.b, 1.c, et 1.d) [1,2].

En haut se trouve la figure 1.a qui illustre la réaction enzymatique globale et les mécanismes d’inhibition des enzymes qui en sont le prolongement. La réaction enzymatique est constituée de différentes étapes illustrées dans la réaction de gauche à droite, la formation de l’enzyme-substrat étant la première étape de la réaction dans son ensemble. Cette étape va dans les deux sens, illustrée par une flèche bidirectionnelle, la réaction inverse étant la dissociation de l’enzyme-substrat en enzyme et substrat à nouveau. L’étape suivante est la dissociation de l’enzyme-substrat en enzyme et en produit. L’ajout d’inhibiteurs à l’enzyme et au complexe enzyme-substrat dans la réaction enzymatique globale est également illustré, où K I et K' I sont les constantes de dissociation du complexe enzyme-inhibiteur et enzyme-substrat-inhibiteur, respectivement. À cette réaction s’ajoute le mécanisme d’inhibition de l’enzyme qui est illustré sous la réaction globale. Cette réaction est la formation du complexe enzyme-substrat-inhibiteur, créé à partir du complexe enzyme-inhibiteur et du substrat. Cette réaction va également dans les deux sens, illustrée par une flèche bidirectionnelle, la réaction inverse étant la dissociation du complexe enzyme-inhibiteur-substrat en complexe enzyme-inhibiteur et substrat. Sous cette illustration se trouvent les figures 1.b, 1.c et 1.d. Ces figures montrent trois diagrammes de Lineweaver-Burk différents illustrant les trois principaux types d’inhibition. La figure 1.b illustre l’inhibition compétitive, la figure 1.c illustre l’inhibition mixte et la figure 1.d illustre l’inhibition non compétitive. Toutes les représentations graphiques ont 1 divisé par V sur l’axe des ordonnées et 1 divisé par la concentration du substrat sur l’axe des abscisses. La figure 1.b est un diagramme avec trois lignes différentes qui représentent différents ensembles de données avec des concentrations d’inhibiteurs variables et qui ont donc des pentes différentes. Les trois lignes se croisent au même endroit sur l’axe des ordonnées. À côté de cette représentation, la figure 1.c est un autre diagramme montrant l’inhibition mixte sous forme de trois lignes différentes. Ces lignes représentent différents ensembles de données avec des concentrations d’inhibiteurs variables et les lignes ont toutes des pentes et des ordonnées différentes. À côté de cette représentation, la figure 1.d est un diagramme montrant l’inhibition non compétitive sous forme de trois lignes différentes. Ces lignes représentent différents ensembles de données avec des concentrations variables d’inhibiteurs non compétitifs et les lignes ont les mêmes pentes. Toutefois, les trois lignes se croisent à différents endroits sur l’axe des ordonnées

Figure 1 : 1a représente la réaction enzymatique globale et l’extension du mécanisme d’inhibition enzymatique. Les figures 1b, 1c, et 1d représentes des diagrammes de Lineweaver-Burk montrant les 3 principaux types d’inhibition. Si l’intersection en y est la même, mais que les pentes diffèrent, l’inhibiteur est compétitif. Si les pentes et l’axe des y diffèrent, l’inhibiteur est mixte. Si les pentes sont les mêmes, mais que l’axe des y est différent, l’inhibiteur est non compétitif.

L’intoxication au méthanol

L’enzyme alcool déshydrogénase n’est pas complètement spécifique de l’éthanol ; elle catalyse également la formation d’aldéhydes à partir d'autres alcools. L’un de ces alcools est le méthanol, qui est métabolisé en formaldéhyde et autres composés toxiques pouvant entraîner la cécité ou la mort [3]. L’intoxication au méthanol est assez courant et peut être causé par l’ingestion d’alcool artisanal. Le méthanol et l’éthanol sont donc des substrats compétitifs et l’éthanol est en fait utilisé pour prévenir l’intoxication après l’ingestion de méthanol, car il inhibe l’ADH en catalysant l’oxydation de ce composé [4].

Le calcul des paramètres cinétiques

Les pages suivantes expliquent en détail comment calculer les paramètres cinétiques pour différents inhibiteurs :

L’inhibition compétitive

L’inhibition non compétitive

L’inhibition mixte/non compétitive

Les références

  1. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Principles of Biochemistry (5th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1.

  2. Atkins, Peter W.; de Paula, Julio; Friedman, Ronald (2009). Quanta, Matter, and Change: A molecular approach to physical chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920606-3.

  3. Beatty, L., Green, R., Magee, K. and Zed, P. (2013) A Systematic Review of Ethanol and Fomepizole Use in Toxic Alcohol Ingestions. Emerg. Med. Int. 2013, 638057.

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