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Pourquoi l'inhibition compétitive est-elle réversible ?

Pourquoi l'inhibition compétitive est-elle réversible ?


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Mon livre de biochimie mentionne que « l'inhibition compétitive » est une forme réversible d'inhibition.
Mais étant donné que l'inhibiteur bloque le site actif et empêche la formation d'un complexe enzyme-substrat, comment peut-il être réversible ?


UNE inhibiteur compétitif est généralement en compétition pour le site actif avec le substrat. Dans ce cas d'école, la liaison d'un inhibiteur compétitif est réversible, car il se lie au site actif de l'enzyme, mais est également libéré, laissant la place au substrat pour se lier. L'affinité du substrat, ainsi que sa concentration déterminent le degré d'inhibition (Berg et al., 2002).

Un inhibiteur irréversible peut se lier de manière covalente au site actif, désactivant définitivement l'enzyme (McDonald et al., 2012).

Les références
- McDonald's et al., Enzymes : Inhibition irréversible. Dans : ELS. John Wiley & Sons Ltd, Chichester (2012)
- Berg et al., Biochimie. 5e éd. New York : WH Freeman ; (2002)


Enzymes et régulation des enzymes

Inhibition réversible par les produits de réaction

Une inhibition compétitive peut se produire dans des réactions librement réversibles en raison de l'accumulation de produits. Même dans des réactions qui ne sont pas facilement réversibles, un produit peut fonctionner comme un inhibiteur lorsqu'une étape irréversible précède la dissociation des produits de l'enzyme. Dans la réaction de la phosphatase alcaline, dans laquelle se produit l'hydrolyse d'une grande variété d'esters monophosphates organiques en alcools (ou phénols) et phosphates inorganiques correspondants, le phosphate inorganique agit comme un inhibiteur compétitif. L'inhibiteur et le substrat ont tous deux des affinités de liaison aux enzymes similaires (c'est-à-dire K m et Kje sont du même ordre de grandeur).


Enzymes et régulation des enzymes

Inhibition réversible par les produits de réaction

Une inhibition compétitive peut se produire dans des réactions librement réversibles en raison de l'accumulation de produits. Même dans des réactions qui ne sont pas facilement réversibles, un produit peut fonctionner comme un inhibiteur lorsqu'une étape irréversible précède la dissociation des produits de l'enzyme. Dans la réaction de la phosphatase alcaline, dans laquelle se produit l'hydrolyse d'une grande variété d'esters monophosphates organiques en alcools (ou phénols) et phosphates inorganiques correspondants, le phosphate inorganique agit comme un inhibiteur compétitif. L'inhibiteur et le substrat ont tous deux des affinités de liaison aux enzymes similaires (c'est-à-dire K m et Kje sont du même ordre de grandeur).


Inhibition Enzymatique Réversible | Microbiologie

La principale caractéristique de l'inhibition compétitive est qu'elle peut être inversée en augmentant la concentration du substrat dans un mélange réactionnel qui contient à la fois le substrat et l'inhibiteur. Le degré d'inhibition dépend des concentrations relatives du substrat et de l'inhibiteur. Si la concentration de substrat est augmentée, en maintenant la concentration d'inhibiteur fixe, le degré d'inhibition de l'activité enzymatique diminue.

Un effet inverse est observé, si la concentration en inhibiteur est augmentée, en maintenant la concentration en substrat fixe. Cela se produit parce que le substrat et l'inhibiteur se lient tous deux au même site catalytique de l'enzyme en raison d'une similitude de structure du substrat et de l'inhibiteur. Ainsi, le substrat et l'inhibiteur entrent en compétition pour occuper le ou les mêmes sites actifs d'une molécule d'enzyme.

En raison de la similitude structurelle, la molécule d'enzyme ne peut pas faire la distinction entre le bon substrat et le faux qui est l'inhibiteur. Un exemple souvent cité d'inhibition compétitive est l'inhibition de l'acide succinique déshydrogénase par l'acide malonique. Dans le cycle du TCA, l'acide succinique est déshydrogéné par la succinique déshydrogénase en acide fumarique, FAD agissant comme accepteur de H. En présence d'acide malonique, l'enzyme peut se combiner avec l'inhibiteur, mais ne parvient pas à le déshydrogéner.

Les structures des acides succinique et malonique sont montrées :

Un autre exemple bien connu d'inhibition compétitive ayant une importance clinique est celui du sulfanilamide et de l'acide p-aminobenzoïque. Le sulfanilamide forme le noyau de tous les sulfamides utilisés comme agents chimiothérapeutiques contre diverses infections causées par des bactéries. L'acide par-amino-benzoïque (p-ABA) est une vitamine essentielle requise par de nombreuses bactéries pour la synthèse de l'acide folique qui agit comme une coenzyme.

L'enzyme qui agit sur le p-ABA pour le convertir en l'intermédiaire suivant dans la biosynthèse de l'acide folique est inhibée de manière compétitive par le sulfanilamide, car le p-ABA a une similitude structurelle avec l'inhibiteur. Les bactéries sont privées d'acide folique et sont incapables de se développer.

Les structures des deux composés sont présentées ci-dessous :

Inhibition non compétitive:

Une inhibition non compétitive ne peut pas être inversée en augmentant la concentration du substrat, car l'inhibiteur ne se lie pas à la protéine enzymatique au même site actif que le substrat normal, mais à un site différent. Il n'y a donc pas de compétition entre le substrat et l'inhibiteur.

L'inhibition peut être due à un changement de forme du site substrat dû à la liaison de l'inhibiteur à la même molécule d'enzyme bien qu'à un site différent. Ce type d'inhibition non compétitive est également connu sous le nom d'inhibition allostérique et a été traité séparément.

Le type le plus courant d'inhibition non compétitive est celui exercé par les ions de métaux lourds qui se lient de manière réversible au groupe sulfhydryle (-SH) des résidus cystéine des protéines enzymatiques. Pour de nombreuses enzymes, les groupes -SH libres sont essentiels à l'activité catalytique, car ils sont souvent impliqués dans le maintien de la configuration tridimensionnelle correcte de la protéine enzymatique requise pour sa fonction catalytique. Les ions de métaux lourds, comme Hg ++ et Ag ++ se lient de manière réversible aux groupes -SH des protéines enzymatiques, provoquant une inhibition non compétitive.

L'inhibition non compétitive peut également être due à certains agents qui se lient à des cofacteurs inorganiques requis par certaines apo-enzymes pour former des holoenzymes fonctionnelles. Ces cofacteurs inorganiques sont généralement des ions métalliques divalents, comme Mg ++ , Ca ++ , Fe ++ etc. Les inhibiteurs qui se lient à ces ions métalliques comprennent le cyanure qui se lie à Fe ++ ou Fe +++ , le fluorure qui se lie à Ca + + ou Mg ++ , l'acide éthylène diamino tétra acétique (EDTA) qui lie Mg ++ et d'autres ions métalliques divalents, etc.

Le fait qu'un inhibiteur agisse comme un inhibiteur compétitif ou non compétitif peut être reconnu à partir de sa cinétique. Les graphiques de Lineweaver-Burk utilisant des concentrations variables de l'inhibiteur et une concentration fixe du substrat révèlent la différence entre un inhibiteur compétitif et un inhibiteur non compétitif. En cas d'inhibition compétitive, les tracés de 1/v contre 1/[S] produisent des droites de pentes différentes, coupant l'axe 1/v en un point commun.

Les courbes indiquent que Vmax n'est pas altéré par la présence de l'inhibiteur, mais le Km est. En présence de l'inhibiteur Km a une valeur plus élevée (Fig. 8.39 A). En cas d'inhibition non compétitive, d'autre part, les droites montrent également des pentes différentes avec des concentrations variables de l'inhibiteur, mais elles n'interceptent pas l'axe 1/v au même point qu'observé en cas d'inhibition compétitive.

Les lignes se rencontrent plutôt en un point commun sur l'axe -1/[S]. Cela indique que l'augmentation de la concentration d'inhibiteur provoque une diminution de Vmax qui n'est pas restaurée en augmentant la concentration du substrat. Le Km, cependant, reste inchangé, car le substrat et l'inhibiteur ne se lient pas au même site de l'enzyme (Fig. 8.39B).


Inhibiteur réversible

Un inhibiteur réversible est un inhibiteur qui, une fois éliminé, permet à l'enzyme qu'il inhibait de recommencer à fonctionner. Il n'a pas d'effet permanent sur l'enzyme - il ne modifie pas la forme du site actif, par exemple. L'inhibition réversible peut être compétitive, non compétitive ou non compétitive. 

Compétitif

Un inhibiteur compétitif entre directement en compétition avec le substrat dans une réaction. Ce sera une molécule très similaire au substrat - suffisamment similaire pour qu'elle s'insère dans le site actif - mais une fois à l'intérieur du site actif, elle ne sera en aucun cas affectée par l'enzyme. L'inhibiteur aura probablement une plus grande affinité pour l'enzyme que le substrat - cependant, un inhibiteur compétitif peut être surmonté simplement en ajoutant plus de substrat. Avec suffisamment de substrat, le risque de collision entre le substrat et une enzyme est beaucoup plus élevé que le risque de collision entre une enzyme et l'inhibiteur, provoquant la neutralisation de l'effet de la molécule inhibitrice. 

Non compétitif

La molécule inhibitrice dans ce cas ne se lie pas au site actif, mais à un autre site connu sous le nom de site Allostérique. Le substrat peut encore se lier au site actif de l'enzyme, mais l'enzyme sera incapable d'affecter le substrat, et donc aucun produit n'est produit. Comme cette forme d'inhibition ne peut pas être surmontée en augmentant la concentration, les cellules doivent avoir d'autres méthodes pour surmonter cela, en éliminant l'inhibiteur et en permettant à l'enzyme de reprendre sa fonction.

Non compétitif

N'a lieu que dans les réactions multi-substrats.  Elle ne peut pas être surmontée en augmentant la concentration du substrat. Il se lie uniquement au complexe enzyme-substrat [1] .


Qu'est-ce que les inhibiteurs d'enzymes réversibles?

Les inhibiteurs réversibles forment des liaisons non covalentes avec l'enzyme. Ils se caractérisent par une dissociation rapide de leur cible.

Les inhibiteurs réversibles peuvent être classés en deux catégories principales, les inhibiteurs compétitifs et non compétitifs.

Un inhibiteur réversible est compétitif lorsque l'enzyme peut se lier avec son site actif, soit à l'inhibiteur formant un complexe enzyme-inhibiteur (EI), soit au substrat formant un complexe enzyme-substrat (ES).

Dans ce cas d'inhibition compétitive, les liaisons de l'enzyme au substrat ou à l'inhibiteur sont mutuellement exclusives : l'enzyme ne peut jamais se lier à l'inhibiteur et au substrat en même temps.

La réduction de l'activité catalytique de l'enzyme est obtenue par la réduction de la proportion du complexe enzyme-substrat.

L'augmentation de la concentration du substrat peut soulager l'inhibition de l'enzyme.

Dans l'inhibition non compétitive réversible, le substrat et l'inhibiteur se lient simultanément à différents sites de l'enzyme, la rendant inactive. Cette inhibition ne peut pas être surmontée en augmentant la concentration en substrat.


Inhibition non compétitive

L'inhibiteur empêche l'enzyme de catalyser la réaction en se liant à un site allostérique, que le substrat soit ou non dans le site actif.

La liaison de l'inhibiteur modifie la forme du site actif de telle sorte que la réaction ne peut plus être catalysée.

Ceci est différent de l'inhibition compétitive car l'inhibiteur peut se lier à l'enzyme et arrêter la réaction, même si le substrat est déjà lié au site actif. En conséquence, peu importe « qui est arrivé le premier ». Cela signifie que vous ne pouvez pas surmonter l'inhibition non compétitive en augmentant simplement la quantité de substrat présent.

Comment cela a-t-il un impact &?

Inhibition non compétitive diminue /> car quelle que soit la quantité de substrat présente, certaines des enzymes seront toujours empêchées de catalyser la réaction par l'inhibiteur. Les moyens que l'enzyme ne peut jamais atteindre son original />.

Inhibition non compétitive ne change pas parce que l'affinité pour l'enzyme est inchangée, il y a juste moins d'enzymes fonctionnelles.


C4 : Inhibition non compétitive et mixte

  • Contribution de Henry Jakubowski
  • Professeur (Chimie) au Collège de St. Benedict/St. John's University

L'inhibition non compétitive réversible se produit lorsque I se lie à la fois à E et à ES. Nous ne regarderons que le cas particulier où les constantes de dissociation de (I) pour (E) et (ES) sont les mêmes. C'est appelé inhibition non compétitive. C'est assez rare car il serait difficile d'imaginer un grand inhibiteur qui inhibe le renouvellement du substrat lié n'ayant aucun effet sur la liaison de (S) à (E). Cependant, l'interaction covalente des protons avec E et ES peut conduire à une inhibition non compétitive. Dans le cas plus général, les (K_d) sont différents, et l'inhibition est dite mixte. Puisque l'inhibition se produit, nous émettrons l'hypothèse que l'ESI ne peut pas former de produit. C'est un complexe sans issue qui n'a qu'un destin, revenir à (ES) ou (EI). Ceci est illustré dans les équations chimiques et dans le dessin moléculaire ci-dessous.

Supposons pour faciliter la dérivation de l'équation que I se lie de manière réversible à E avec une constante de dissociation de Kis (comme nous l'avons noté pour l'inhibition compétitive) et à ES avec une constante de dissociation (K_) (comme nous l'avons noté pour l'inhibition non compétitive). Supposons pour l'inhibition non compétitive que Kis = Kii. Un coup d'œil au mécanisme du haut montre qu'en présence de I, à mesure que S augmente jusqu'à l'infini, la totalité de (E) n'est pas convertie en (ES). C'est-à-dire qu'il existe une quantité finie d'ESI, même à l'infini S. Souvenez-vous maintenant que

si et seulement si tout (E) est sous la forme (ES). Dans ces conditions, l'apparente (V_m), (V_) est inférieur au réel (V_m) sans inhibiteur. En revanche, le Km apparent, (K_), ne changera pas puisque I se lie à la fois à (E) et à (ES) avec la même affinité, et donc ne perturbera pas cet équilibre, comme déduit du principe de Le Chatelier. Le double tracé réciproque (Lineweaver Burk plot) offre un excellent moyen de visualiser l'inhibition. En présence de I, seule Vm diminuera. Par conséquent, -1/Km, l'ordonnée à l'origine restera la même et (1/V_m) deviendra plus positif. Par conséquent, les tracés consisteront en une série de lignes se coupant sur l'axe des x, ce qui est la marque de l'inhibition non compétitive. Vous devriez être capable de comprendre comment les tracés apparaîtraient si (K_) est différent de (K_) (inhibition mixte).

Une équation, montrée dans le diagramme ci-dessus peut être dérivée qui montre l'effet de l'inhibiteur non compétitif sur la vitesse de la réaction. Au dénominateur, Km est multiplié par (1+I/K_), et (S) par (1+I/K_). Nous aimerions réorganiser cette équation pour montrer comment Km et Vm sont affectés par l'inhibiteur, et non par S, ce qui n'est évidemment pas le cas. Réorganiser l'équation comme indiqué ci-dessus montre que

Cela montre que le (K_m) est inchangé et que (V_m) diminue comme nous l'avions prédit. Le graphique montre une série de lignes se coupant sur l'axe des x. La pente et l'intersection y sont modifiées, ce qui se reflète dans les noms des deux constantes de dissociation, Kis et Kii. Notez que si (I) vaut zéro, (K_ = K_m) et (V_ = V_m). Parfois, le (K_) et (K_) les constantes de dissociation d'inhibition sont appelées (K_c) et (K_u) (constantes de dissociation d'inhibition compétitives et non compétitives).

L'inhibition mixte (et non) compétitive (comme le montre le mécanisme ci-dessus) diffère de l'inhibition compétitive et non compétitive en ce que la liaison de l'inhibiteur n'est pas simplement une réaction sans issue dans laquelle l'inhibiteur ne peut se dissocier qu'en une seule étape inverse. Dans l'équilibre ci-dessus, (S) peut se dissocier de (ESI) pour former (EI) donc le système peut ne pas être à l'équilibre. Avec les étapes sans issue, aucun flux de réactifs ne se produit à travers le complexe sans issue, de sorte que l'équilibre de l'étape sans issue n'est pas perturbé.

D'autres mécanismes peuvent généralement donner une inhibition mixte. Par exemple, le produit libéré dans un mécanisme de ping-pong (discuté dans le chapitre suivant) peut donner une inhibition mixte.

Si (P), agissant comme un inhibiteur de produit, peut se lier à deux formes différentes de l'enzyme ((E') et aussi (E)), il agira comme un inhibiteur mixte.

Applet Java : inhibition non compétitive

4/26/13Wolfram Mathematica CDF Player - Inhibition mixte v vs courbes S Kis et Kii appelées Kc et Ku (curseurs de démarrage à des valeurs élevées) (plugin gratuit requis)

4/26/13Wolfram Mathematica CDF Player - Courbes d'inhibition mixte v vs S (curseurs de démarrage à des valeurs élevées) (plugin gratuit requis). Notez où les courbes inhibées et inhibées se croisent à différentes valeurs de Kis et Kii (dans le graphique appelé Kc et Ku).

Si vous pouvez appliquer le principe de Le Chatelier, vous devriez pouvoir tracer les courbes de Lineweaver-Burk pour n'importe quel scénario d'inhibition ou même dans le cas contraire, activation enzymatique !


Expliquer pourquoi Gleevec est un inhibiteur spécifique et puissant de la kinase Abl

Les tyrosine kinases présentent des cibles médicamenteuses intéressantes pour des types spécifiques de cancers. Gleevec, un agent thérapeutique bien connu contre la leucémie myéloïde chronique, est un inhibiteur efficace de la tyrosine kinase Abl. Cependant, Gleevec ne parvient pas à inhiber les tyrosine kinases étroitement homologues, telles que c-Src. Étant donné que de nombreuses caractéristiques structurelles du site de liaison sont conservées, les déterminants moléculaires responsables de la spécificité de liaison ne sont pas immédiatement apparents. Certains ont attribué la différence de spécificité de liaison de Gleevec à de subtiles variations dans les interactions ligand-protéine (contrôle de l'affinité de liaison), tandis que d'autres ont proposé qu'il s'agisse de la conformation du motif DFG, dans lequel la liaison du ligand n'est accessible qu'à Abl et non à c-Src (contrôle de sélection conformationnel). Pour résoudre ce problème, l'énergie libre de liaison absolue a été calculée à l'aide de simulations de dynamique moléculaire de tous les atomes avec un solvant explicite. Les résultats des simulations d'énergie libre sont en bon accord avec les expériences, permettant ainsi une décomposition significative de l'énergie libre de liaison pour élucider les facteurs contrôlant la spécificité de liaison de Gleevec. Ce dernier s'avère être contrôlé par un mécanisme de sélection conformationnelle et également par des différences dans les interactions clés de van der Waals responsables de la stabilisation de Gleevec dans la poche de liaison d'Abl.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêt.

Les figures

Comparaison structurelle d'Abl et…

Comparaison structurelle d'Abl et de c-Src dans le domaine de la kinase liée au Gleevec.

PMF unidimensionnel de DFG-flip dans…

PMF unidimensionnel de DFG-flip dans Abl (ligne rouge) et c-Src (ligne bleue) comme…

PMFs de rmsd de Gleevec en solution vrac (trait noir) et dans le…

( Sommet ) Différence dans les énergies d'interaction moyennes du DFG-flip ΔΔ…


Trois types d'inhibition réversible

Avant d'entrer dans les trois types d'inhibition, nous devons imaginer un scénario. Imaginez que vous vouliez faire du travail lorsque votre corps et votre intention se rejoignent, le travail a lieu, ce qui conduit à l'achèvement du produit final du travail. L'enzyme ici c'est vous, l'intention est le substrat (le produit chimique avec lequel l'enzyme réagit), vous et votre intention mènent au travail, et le travail est l'équivalent d'un complexe formé par la réaction de l'enzyme et du substrat (appelé l'enzyme complexe de substrat). Le produit final&mdashle travail qui s'achève&mdashest l'équivalent du produit final de la réaction.

Inhibition compétitive

En prenant en considération le scénario mentionné ci-dessus, imaginez que vous devez travailler, mais que vous vous sentez paresseux, ce qui est en concurrence avec votre intention de travailler. Cela pourrait vous rendre paresseux dans la mesure où vous gagnerez à bouger et la paresse combattra votre intention de travailler, mais si vous pouviez éviter la paresse, vous feriez le travail. C'est ce qu'on appelle l'inhibition compétitive. L'inhibiteur réagit avec l'enzyme libre dans la première étape, et l'enzyme doit alors entrer en compétition pour se lier soit au substrat soit à l'inhibiteur.

Inhibition non compétitive

Imaginez un autre scénario dans lequel vous êtes en bonne santé et avez l'intention de travailler, mais votre connexion Internet est lente. Cela peut se produire de deux manières : la lenteur d'Internet affecte votre travail et vous êtes incapable de le faire, malgré votre intention, ou vous finissez par être frustré par la lenteur de l'Internet et que vous ne voulez plus faire le travail. C'est ce qu'on appelle l'inhibition non compétitive, dans laquelle l'inhibiteur peut se lier à l'enzyme libre ou au complexe substrat enzymatique.

Inhibition non compétitive

Enfin, imaginez un scénario dans lequel vous êtes présent, avec l'intention de travailler, mais en raison de la batterie de votre ordinateur en train de mourir, votre travail n'a pas été sauvegardé. C'est ce qu'on appelle l'inhibition non compétitive, dans laquelle l'inhibiteur ne se lie qu'au complexe substrat enzymatique, et donc seul le fonctionnement est affecté.

Dans les trois cas, en l'absence de paresse, d'Internet lent ou de batterie déchargée, vous pourriez terminer le travail en douceur. De la même manière, en l'absence de l'inhibiteur, l'enzyme fonctionnerait parfaitement et la réaction irait jusqu'à son terme. Ceci n'est qu'une brève compréhension de la façon dont de minuscules enzymes aident notre corps à fonctionner !