Enzymes Multisubstrats

La plupart des enzymes agissent sur deux substrats ou plus, et leur cinétique est plus complexe que celle du cas Michaelis-Menten à substrat unique. Les réactions multisubstrats se déroulent selon des mécanismes distincts, séquentiels ou ping-pong, qui se distinguent par le fait que tous les substrats doivent se lier avant la libération de tout produit. Ces mécanismes peuvent être distingués par les profils que leurs équations de vitesse à l'état stationnaire produisent lorsque la vitesse initiale est étudiée en fonction de chaque substrat.

Definition

Une enzyme multisubstrat catalyse une réaction impliquant deux substrats ou plus (et des produits) ; son mécanisme cinétique spécifie l'ordre dans lequel les substrats se lient et les produits sont libérés, classé principalement comme séquentiel (tous les substrats se lient avant la libération de tout produit) ou ping-pong (un produit est libéré entre les événements de liaison des substrats, via une enzyme modifiée).

Scope

Ce sujet aborde la classification des mécanismes multisubstrats (en particulier bisubstrats) en types séquentiels ordonnés, séquentiels aléatoires et ping-pong, les équations de vitesse à l'état stationnaire et les profils graphiques utilisés pour les distinguer, ainsi que la nomenclature systématique introduite à cette fin. Il s'agit d'une méthodologie de référence, et non d'une orientation clinique.

Core questions

• Dans quel ordre les substrats se lient-ils et les produits se dissocient-ils ?
• Comment les mécanismes séquentiels et ping-pong diffèrent-ils cinétiquement ?
• Comment ces mécanismes sont-ils distingués à partir des données de vitesse initiale ?
• Que révèlent les pentes et les ordonnées à l'origine des tracés double-réciproques ?

Key concepts

• Mécanismes séquentiels (à complexe ternaire)
• Liaison ordonnée versus aléatoire
• Mécanismes ping-pong (à double déplacement)
• Intermédiaire enzyme substituée
• Profils double-réciproques de vitesse initiale
• Nomenclature de Cleland (Uni, Bi, Ter)

Key theories

Classification de Cleland des mécanismes multisubstrats

Une nomenclature systématique et un ensemble d'équations de vitesse à l'état stationnaire qui classent les réactions selon le nombre de substrats et de produits et selon l'ordre de liaison, distinguant les mécanismes séquentiels ordonnés et aléatoires des mécanismes ping-pong.

Mechanisms

Dans les mécanismes séquentiels, tous les substrats se lient pour former un complexe central avant la libération de tout produit ; la liaison peut être ordonnée, avec une séquence définie, ou aléatoire. Dans les mécanismes ping-pong, un ou plusieurs produits sont libérés avant que tous les substrats ne se soient liés, et l'enzyme passe par une forme modifiée (covalemment ou autrement) entre les demi-réactions. Ces mécanismes sont diagnostiqués cinétiquement en mesurant la vitesse initiale lorsqu'un substrat est varié à plusieurs concentrations fixes de l'autre : les mécanismes séquentiels produisent généralement des familles de lignes sécantes sur les tracés double-réciproques, tandis que les mécanismes ping-pong produisent des lignes parallèles, car dans ces derniers, les deux substrats interagissent avec différentes formes enzymatiques. Une nomenclature systématique décrit le nombre de substrats et de produits (Uni, Bi, Ter) et l'ordre de liaison, et les équations de vitesse à l'état stationnaire correspondantes permettent d'attribuer des constantes cinétiques à des étapes spécifiques.

Clinical relevance

Le mécanisme d'une enzyme multisubstrat détermine le comportement de ses inhibiteurs vis-à-vis de chaque substrat, ce qui constitue un contexte pertinent pour la pharmacologie des médicaments ciblant les enzymes et pour l'interprétation des dosages enzymatiques. Ce sujet décrit ces mécanismes et leurs signatures cinétiques comme matériel de référence et ne constitue pas une base pour des décisions diagnostiques ou thérapeutiques individuelles.

History

Bien que les enzymes agissant sur plusieurs substrats aient été reconnues depuis longtemps, un traitement cinétique unifié a émergé avec la série de publications de Cleland en 1963, qui a introduit une nomenclature systématique et les équations de vitesse à l'état stationnaire permettant aux profils de vitesse initiale d'identifier les mécanismes ordonnés, aléatoires et ping-pong. Des traitements de manuels complets, tels que ceux de Segel, ont par la suite consolidé les méthodes analytiques.

Key figures

• W. Wallace Cleland
• Irwin Segel
• Alan Fersht

Seminal works

• cleland-1963

Frequently asked questions

Comment distinguer un mécanisme séquentiel d'un mécanisme ping-pong ?

Par le profil des tracés double-réciproques : faire varier un substrat à plusieurs concentrations fixes de l'autre donne généralement des lignes sécantes pour les mécanismes séquentiels et des lignes parallèles pour les mécanismes ping-pong.

Qu'est-ce qu'un mécanisme ping-pong ?

C'est un mécanisme à double déplacement dans lequel l'enzyme réagit avec un substrat et libère un produit, laissant une forme enzymatique modifiée, avant de lier le substrat suivant et de compléter la réaction.