Inhibition de l'activité enzymatique

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1 Inhbton de l'actvté enzyatque -Entté (I) l actvté enzyatque ( la vtesse d une réacton enzyatque) : -En se lant à l enzye, un nhbteur peut : epêcher la fxaton de S au ste actf, provoquer une déforaton du ste actf (notaent à l état de transton) et rendre l enzye ons actve (vore nactve) vs S. -L affnté de I pour E est tradute par la constante d nhbton : = cte de dssocaton de EI en E I (unté : M), k E I EI k - [E][I] [EI] = [I] pour laquelle la oté des stes enzyatques est occupée, est pett, l affnté de I pour E est grande, Inhbteur «déal» : forte affnté ( pett) pour E et forte sélectvté vs S ( / grand). k k - ; untés en Molare Exeple : phosphoglucose soérase (PGI) F6P 200µM 5PAH 200 nm 1000 BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 1/29

2 Nature des nhbteurs : -Analogues de S (ou P) «Mes» : qu resseblent à sans être eux-êes transforés -Analogues de l ET ou IHE -Coplexants de étaux (EDTA ) -Structures dverses (généraleent trouvés par hasard) Concepton des nhbteurs : -Beaucoup d'nhbteurs (édcaents) ont été trouvés par hasard! -Ethnopharacologe -Crblage à haut débt (HTS ou Hgh Throughput Screenng) de produts naturels ou synthétques (chothèques ) -Crblage vrtuel (screenng «n slco») -Concepton d un I vs E cblée par dockng Inhbton non-copéttve (IC 50 = 3 nm) d une proténe knase (C2) par un coposé de type polyoxoétallate (POM). C2 CEA POMs Che. Bol., 2008, 15, BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 2/29

3 1.1. Dfférents types cnétques d nhbteurs d'enzyes Inhbteurs réversbles : -Lason non-covalente (ou covalente) peu stable de l nhbteur à l enzye (coplexes EI, ESI). -L'nhbton est réversble (peut être levée),.e. l enzye n est pas rréversbleent nhbée : Inhbteurs copéttfs Inhbteurs ncopéttfs (et nhbton par excès de substrat) Inhbteurs non-copéttfs purs Inhbteurs non-copéttfs xtes Inhbteurs rréversbles : -Lason covalente (ou non-covalente) stable de l nhbteur à l enzye (coplexe E-I) -Inhbton ne peut pas être levée (nactvaton l enzye est rréversbleent nhbée) : Marqueurs d'affnté Inhbteurs sucdes (ou écanstques) Cas partculer : nhbteurs dts à nteracton lente et/ou à forte affnté : nhbton non-covalente as quas-rréversble (slow-bndng, tght-bndng nhbtors) BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 3/29

4 1.2. Intérêts et usages des nhbteurs d enzyes Recherche fondaental : -Etudes cnétques des écanses enzyatques : Mode d'nteracton d'un nhbteur? Stoechoétre et écanse de l'nhbton? Effet de l'nhbteur sur les paraètres cnétques et V ax (, V ax ) Effcacté d'un nhbteur ( vs ) Coparason de l'effcacté de nhbteurs sur une cble (coparason des ) Coparason de l'effcacté d un nhbteur sur cbles (coparason des ) Exeple : Etudes d nhbton de rbose-5- phosphate soérases (Rp) de type A et B (M) (M) Inhbteur SoRpA MtRpB 4PEA PEH R5P ( ) SoRpA MtRpB : Rp d épnard, type A : Rp de Mycobacteru tuberculoss, type B BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 4/29

5 -Etudes crstallographques des enzyes (coplexes EI crstallsés) : Nature et rôle des résdus du ste actf Mode de fxaton du substrat ( I analogues de S/P) Mode de fxaton des nterédares réactonnels ( I analogues de IHE/ET) Fonctonneent de l enzye (écanse) Coplexe EI RPGI-5PAA 5PAA PDB 1G98 Bochestry 2001, 40, Etudes de étabolses (rôle d une enzye dans un processus étabolque) -Génératon d abzyes (antcorps catalytques) : Enzyes artfcelles générées par un organse en réacton à la présence d un antgène (nhbteur analogue de l ET elé «haptène») BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 5/29

6 Applcatons thérapeutques : -Enzyes : cbles de chox -Utlsaton boédcale des nhbteurs : ben avant de connaître les enzyes! -Dffculté : spécfcté de l enzye nhbée : souvent, les cellules «cbles» et «hôtes» possèdent les "êes" enzyes ( parastes, cellules cancéreuses ) -Correcton d un étabolse défectueux : Hypocholestéroléant (vs excès de cholestérol) Antdabétque (hypoglycéants) -Correcton d un "désordre physologque" : Antdépresseurs Antépleptques Anthypertenseurs Anthstanques (vs effets de l hstane produte lors de réactons allergques) Antpyrétques (vs fèvre) Analgésques (vs douleur) Antnflaatores BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 6/29

7 -Destructon d un organse pathogène : Antparastares (paludse, trypanosoases ) Antbactérens Antfongques (vs chapgnons) Antcancéreux Antvraux (antrétrovraux) (vs aturaton des vrus, nteracton vrus-cble ) Envronneent : -Lutte contre les plantes parastares, les nsectes et les chapgnons (xylophages ) Herbcdes Insectcdes Pestcdes (produts phytosantares) Fongcdes Ares chques (!) : -Neurotoxques (gaz Sarn, Tabun) : I rrév. d une enzye du SNC -Véscants (gaz Moutarde/Hypérte) : rrtants (peau, yeux, uqueuses ) F O P O Sarn O P O N Tabun BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 7/29

8 1.3. Exeples d agents thérapeutques nhbteurs d enzyes Infecton par le VIH AZT ddc Trthérape (vs résstances) Rtonavr -4 cbles dont 2 prncpales ; d autres ult-thérapes exstent -résstances vs RT du VIH BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 8/29

9 AZT X AZT-TP AZT knases Antvraux (antrétrovraux) P P P O P P P O Zdovudne 3 -azdo-2, 3 -ddeoxy-thydne (AZT) AZT-TP : Ic Transcrptase Inverse (VIH) 2, 3 -ddeoxy-cytdne (ddc) ddc-tp : Ic Transcrptase Inverse (VIH) P P P O Rtonavr Ic Protéase (VIH) R H N O S R' Acclovr Acclovr-TP : Ic ADN Polyérase (Herpes, VZV) BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 9/29

10 Antbactérens Péncllne Irr Transpeptdase (paro cellulare bactérenne) Tréthopr Ic Dhydrofolate Reductase Autres actvtés Bactr Sulfaéthoxazole Ic Dhydroptéroate Synthase Méthotrexate Antcancéreux Ic Dhydrofolate Reductase étoconazole Antfongque Ic C14 a-deethylase à CytP450 (bosynthèse de l ergostérol de la paro cellulare des chapgnons) BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 10/29

11 Autres actvtés (sute) Asprne Analgégque, antpyrétque, antnflaatore Irr Prostaglandne Synthase (Cyclooxygénase) Isocarboxazde Antdépresseur Irr (sucde) Monoane Oxdase Allopurnol vs goutte/calculs rénaux Ic Xanthne oxydase (bosynthèse acde urque) Captoprl Anthypertenseur Ic Enzye de Converson de l Angotensne (ACE) Mévnolne Hypocholestéroléant Ic Hydroxyethylglutaryl-CoA reductase BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 11/29

12 2. Inhbton réversble : généraltés et cnétque 2.1. Inhbton copéttve Fxaton réversble exclusve Dfférents odèles de l nhbton copéttve : A. Modèle classque : S et I ont le êe ste de fxaton 1. S et I sont en copétton vs ste actf de part leur analoge de structure. Ste actf de la fructose-1,6- phosphate aldolase d H. pylor FBP Inh J Bol Che , BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 12/29

13 B. Modèles alternatfs : les stes de fxaton de S et I sont dstncts L encobreent stérque de I epêche la fxaton de S Les stes de fxaton de S et I se recouvrent 3. S et I ont un groupe en coun qu se fxe sur un 3 èe ste 5. Régulaton allostérque : La fxaton de I ndut un changeent de conforaton de l enzye qu défore ou asque le ste de fxaton de S (et nverseent) Exeples : -aspartate transcarbaylase -glutane synthétase "Enzye netcs " I. Segel (1975), Ed. J. Wley & Sons, Inc. BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 13/29

14 Cnétque de l nhbton copéttve (rels) : E S k 1 ES k cat E P k -1 I [E] [ES] EI S et I sont en copétton pour leur fxaton sur E (nhbton exclusve) L affnté arente de E : I peut être déplacé par un excès de S : V ax n est pas odfé [E][I] [EI] [E] T = [E] [ES] [EI] v 0 = k cat [ES] BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 14/29

15 Inhbton copéttve : v 0 = f() v 0 V ax 1 [I] sot avec v 0 V ax [I] 1 Vo V ax V ax /2 [I] > 0 BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 15/29

16 Inhbton copéttve : 1/v 0 = f(1/) (Lneweaver-Burk) 1 v 0 1 V ax [I] 1 Vax 1 pente = [I] 1 V ax oao = 1/Vax pente et oao = cte lorsque [I] oao = ordonnée à l'orgne [I] 3 > [I] 2 > [I] 1 1/Vo [I] 3 [I] 2 [I] 1 1 /Vax sans nhb. 1/Vax /Vax -1/ -1/ 1 1/ BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 16/29

17 Inhbton copéttve (Lneweaver-Burk) représentaton secondare : pente = f([i]) pente = [I] 1 V ax pour pente = 0, [I] = - - [I] BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 17/29

18 Mesure du paraètre IC50 IC50 = conc. d nhbteur pour laquelle v 0 esurée (v 0I ) = 50% v o sans nhbteur : IC50 = [I] pour v 0 I = v 0 /2 (esure réalsée généraleent à = ) 100% v 0 I / v 0 50% IC50 [I] Inhbton copéttve : IC50 (IC50 = 2 pour = ) BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 18/29

19 2.2. Inhbton ncopéttve Un nhbteur ncopéttf (uncopéttf) ne se fxe que sur le coplexe ES (le ste de fxaton de I est ndut par celle de S) : L affnté de E pour S (ndut par la foraton de ESI) : E araît ons actve (à cause de ESI, nactf) : Vax E S S I S ES k cat E P S >> : [E] T = [ES] [ESI] V ax = k cat ([E] T - [ESI]) (< Vax) [E] T = [E] [ES] [ESI] I S x [ES][I] [ESI] [E] [ES] v 0 = k cat [ES] ESI BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 19/29

20 Inhbton ncopéttve : v 0 = f() ν 0 Vax [I] 1 [I] 1 sot avec V v 0 V ax ax Vax [I] 1 et [I] 1 Inhbton ncopéttve : 1/Vo = f(1/) Lneweaver-Burk nous donne : 1 v 0 [I] 1 Vax V ax 1 1/Vo [I] 3 [I] 2 [I] 1 sans nhb. pente = /V ax 1[I] oao Vax pente = cte et oao lorsque [I] IC50 (IC50 = 2 pour = ) -1/ -1/ 1 1/V ax1 1/V ax /V ax 1/ BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 20/29

21 2.3. Inhbton non-copéttve pure Un nhbteur non-copéttf peut se fxer sur E et sur ES (as n est pas en copétton avec S pour sa fxaton à l enzye). Il ne peut être déplacé par augentaton de E araît ons actve (à cause de ESI, nactf) : V ax L affnté de E (et EI) pour S n est pas odfée : n est pas odfé (I nc pure) k 1 k -1 k cat E P [E][I] [EI] [E] [ES] [ES][I] [ESI] [EI] [ESI] [E] T = [E] [ES] [EI] [ESI] k 1 v 0 = k cat [ES] k -1 x BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 21/29

22 Inhbton non-copéttve pure : v 0 = f() Vax 0 [I] 1 sot avec 0 V V ax ax Vax [I] 1 Vo V ax V ax V ax /2 V ax /2 [I] > 0 S >> : [E] T = [ES] [ESI] V ax = k cat ([E] T - [ESI]) (< V ax ) BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 22/29

23 Inhbton non-copéttve pure : 1/v 0 = f(1/) (Lneweaver-Burk) 1 0 [I] 1 Vax [I] 1 Vax 1 [I] pente = 1 V 1[I] oao Vax ax pente et oao lorsque [I] [I] 3 > [I] 2 > [I] 1 1/Vo [I] 3 [I] 2 [I] 1 sans nhb. 1/V ax1 /V ax1 1/V ax /V ax IC50 = -1/ 1/ BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 23/29

24 2.4. Inhbton non-copéttve xte Par rort au cas précédent, dans le cas d un nhbteur non-copéttf xte, les affntés de E pour I ( ) et de ES pour I ( ) sont. Il en résulte que les affntés de E pour S ( S ) et de EI pour S ( S ) sont égaleent. E I S k 1 k -1 ES I k cat E P EI S k 1 k -1 ESI x [E][I] [EI] [E] [ES] [ES][I] ' [ESI] [EI] ' [ESI] [E] T = [E] [ES] [EI] [ESI] v 0 = k cat [ES] BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 24/29

25 Deux cas peuvent être dstngués : > : < : Dans les deux cas : V ax (à cause de ESI) Inhbton non-copéttve xte : Vo = f() 0 V α' [I] α 1 ax α α' α' 1 [I] ' sot avec v 0 V ax Vax Vax α et α' α' Inhbton non-copéttve xte : 1/Vo = f(1/) Lneweaver-Burk nous donne : [I] 1 α' α 1 pente = 1 V v0 Vax Vax 1[I] ' oao Vax ax pente et oao lorsque [I] BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 25/29

26 Inhbton non-copéttve xte : 1/v 0 = f(1/) < [I] 3 > [I] 2 > [I] 1 1/Vo [I] 3 [I] 2 [I] 1 a 1 /V ax sans nhb. /V ax a 1 /V ax -1/ α1 α' 1 1/V ax 1/ BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 26/29

27 Inhbton non-copéttve xte : 1/v 0 = f(1/) > 1/Vo [I] 3 [I] 2 [I] 3 > [I] 2 > [I] 1 [I] 1 sans nhb. a 1 /V ax /V ax a 1 /V ax 1/V ax 1/ α1 α' 1-1/ BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 27/29

28 Deux odèles alternatfs d nhbton non-copéttve (xte) k cat E P S k cat E P S S EI peut fxer S (pour donner ESI nactf), as ES ne peut pas fxer I ES peut fxer I (pour donner ESI nactf), as EI ne peut pas fxer S BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 28/29

29 Tableau coparatf des nhbtons réversbles Fnaleent, les nhbtons copéttve, ncopéttve et non-copéttve pure sont des cas partculers de l nhbton non-copéttve xte : Inhbton Effet sur V ax V ax Effet sur = copéttve - V ax a = ncopéttve V ax /a /a = non-copéttve pure V ax /a - > non-copéttve xte V ax /a a /a < non-copéttve xte V ax /a a /a α 1 [I] α' 1 [I] ' Reerceent à Dr. Laurent Salon, Insttut de Che Moléculare et des Matéraux d Orsay (ICMMO), Unversté Pars-Sud 11, Orsay Cedex, France BCM 1502 Cnétque d nhbton enzyatque Page 29/29