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Réactions complexes, en plusieurs étapes: Compatibles avec l’équation de Michaelis et Menten?

Réactions complexes, en plusieurs étapes:

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Réactions complexes, en plusieurs étapes:. Compatibles avec l’équation de Michaelis et Menten?. E  EA  (EAB  EPQ)  EQ  E. Calcul de la vitesse de réaction à l’état stationnaire:. A l’état stationnaire, par définition: - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Compatibles avec l’équation de Michaelis et Menten?

Page 2: Réactions complexes, en plusieurs étapes:
Page 3: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

• A l’état stationnaire, par définition:

– d(EA)/dt = 0 = k1 [E][A] + k-2 [EAB]-k-1[EA]-k2[EA][B]

– d(EAB-EPQ)/dt = 0 = k2 [EA][B]+k-3[EQ][P]-k-2[EAB-EPQ]-k3[EAB-EPQ]

– d(EQ)/dt = 0 = k3[EPQ]+k-4[E][Q]-k-3[EQ][P]-k4[EQ]

– d(E)/dt = 0 = k-1[EA] ]+k4[EQ] -k1[E][A]-k-4[E][Q]

• Loi de conservation des masses:

E + EA + EAB/EPQ + EQ = Etot

• Loi d’action des masses: à l’état stationnaire,

• v = k1[A]∙[E] = k2[EA] = k3[EAB/EPQ] = k4[EQ]

Calcul de la vitesse de réaction à l’état stationnaire:

E EA (EAB EPQ) EQ E

Page 4: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Résolution:• Système de n équations à n inconnues: résolution par le

système des déterminants… Laborieux!

Méthodes « simplifiées »:

La méthode de King et Altman est la plus simple pour le calcul du dénominateur de l’équation représentant la vitesse, v = Vmax[ES]/[Etot];

La méthode de Wong et Hanes est plus efficace pour le calcul du numérateur (aucune simplification de termes superflus n’est nécessaire).

Page 5: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Dénominateur: King et Altman

Recherche de l’équation,

Analyse « topologique » des mécanismes d’inhibition par produit

Page 6: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

[ ][ ]

[ ][ ]

maxmax app

total M

V SVv ES v

E K S= Þ =

+

1. décrire la vitesse de réaction par une équation de la

forme « Michaelis-Menten », c’est à dire

2. Distinguer les différents mécanismes réactionnels

3. Prévoir le mode d’inhibition par des analogues des

différents produits de la réaction (compétitif, non

compétitif, etc.)

But du jeu:

Page 7: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Calcul de [Etot] : la méthode de King - Altman

Posons:

• La concentration de chacune des formes enzymatiques ([E], [ES],

[EP], etc) est proportionnelle à la vitesse à laquelle elle s’accumule

• La concentration totale en enzyme est proportionnelle à la somme

des concentrations de toutes les formes possibles ([Etot]=[E]+[ES]+

[EP]+etc)

• Si on divise [ES] par [Etot], les constantes de proportionnalité vont

s’annuler…

[ ][ ]max

tot

ESv V

E=

Page 8: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Méthode Graphique:

• Remplacer le schéma réactionnel par 1 ou plusieurs cycles fermés:

• Dessiner tous les patrons qui – Consistent uniquement de lignes du « patron maître »– Connectent toutes les formes enzymatiques– Ne contiennent aucun cycle fermé

• Chercher puis additionner toutes les combinaisons de réactions qui conduisent à chaque forme enzymatique, pour obtenir leurs vitesses de formation.

• Additionner les vitesses de formation de toutes les formes enzymatiques pour obtenir « Etot ».

Page 9: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Attention: Toutes les constantes cinétiques doivent être de premier ordre (k-1, etc.) ou de ‘pseudo premier ordre’ (k1[A], etc.)!

EAB/EPQk3

k1AE EA

EQ

A

B

P

k-1

k2Bk4 k-2

k-3P

k-4Q

Q

A

P

ou « Master pattern »(patron maître)

BQ

par 1 ou plusieurs cycles fermés:

QPEk

kPEQ

k

kEPQEAB

k

kBEA

k

kBAE

4

4

3

3

2

2

1

1

1. Remplacer le schéma réactionnel

Page 10: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

2) Dessiner tous les patrons qui - Consistent uniquement de lignes du « patron

maître »

OUI:

NON

- Connectent toutes les formes enzymatiques entre elles

- Ne contiennent aucun cycle fermé

Page 11: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

3) Chercher toutes les combinaisons de réactions qui conduisent à chaque forme enzymatique. Par exemple : les réactions conduisant à « E » sont:

Ek-1

k4

k-1

k-3P

k-1

k-2k-2 k4

k3 k3

k4k2B

E E E

[ ][ ]

[ ] [ ]

La concentration de « E » est proportionnelle à la vitesse des réactions qui y conduisent, donc :

total

E k k k P k k k k k k k B k k

E- - - - - -+ + +

1 2 3 1 2 4 1 3 4 2 3 4

Page 12: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

[ ][ ]

[ ] [ ]

[ ][ ]

[ ] [ ].

On peut représenter:

par:

.. . ... ..

total

total

P B

k B k k

B

k k k P

P

E k k k k k k

E

E

E

- -- - -- + + +=

+ +=

å

å

1 2 4 1 3 24 3 41 2 3

[ ][ ]

[ ][ ] [ ] [ ][ ]

[ ][ ]

[ ][ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ][ ]

[ ][ ]

[ ][ ] [ ] [ ][ ]

De même:

tota

BP

PQ

l

ABP

total

t

AB

o

PQ

AB Q

tal

A

Q

A

B

PEA

E

EAB EPQ A B P

E

EQ

B P Q

A P Q

A B P Q

A B Q

E

P

BQ

A+ +=

« + + +=

+ +=

å

å

å

LL

L

L

LL

L LL L

Page 13: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Si on groupe tous les facteurs indépendants, tous les multiplicateurs de [A], etc: le dénominateur devient

équivalent à la somme:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] [ ][ ]

[ ] [ ] [ ][ ]

[ ][ ] [ ][ ][ ]

[ ][ ] [ ][ ][ ]

A

total

indépdt

AB

P

A

PQ

ABP

B

QP

BQ BPQ

A

E E EA EAB EPQ

B P QB Q

B

EQ

P

A P

P

A B

A P

Q Q

B

= + + + +

=

+ + +

+ + +

+ +

+ +L

L

L L

L

L L

LL

L

L

Page 14: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Recherche du numérateur :

méthode de Wong et Hanes

Page 15: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Recherche du numérateur :méthode de Wong et Hanes

Rechercher tous les schémas qui1. Consistent uniquement en lignes du

schéma directeur2. Connectent toutes les formes

d’enzyme3. Contiennent une flèche partant de

chaque enzyme4. Contiennent exactement un cycle

complet, fermé

Page 16: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

A

k3

k1

EAB/EPQ

E EA

EQ

B

P

k-1

k2k4 k-2

k-3

k-4

Q

A

B

P

Q

Le numérateur est la somme algébrique du produit des vitesses du cycle, avec une valeur positive pour le cycle « forward » et une valeur négative pour le cycle « reverse »

1-2-3-4-4321 kkPkQkkkBkAk Numérateur :

Page 17: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Equation de forme « Michaelis Menten »?

Définition des Vmax, KM et Ki

Page 18: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

• Nous venons d’obtenir une équation de la forme:

[ ]

[ ]

[ ][ ][ ]

[ ] [ ]

maxmax

ou, plus exactement, v1 1 ...

MM M

MM

A

A

CB

M

B

M

BAKAK

VVv

SK

K K

KS

CK

B= =

+ + + +

r

• Nous voulions obtenir une équation de la forme:

[ ][ ][ ] [ ][ ][ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ][ ][ ]

1 2 3 4 1 2 3 4

( )indp At A BB B AC C

kkkk k k k kv

etc

C

C

P

C

RBA

A B B

Q

A A- - - -

-=

+ + + + + +B

BL L LLLL

Page 19: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

coefficients de <tous les substrats

coefficients de <tous les substrats>

exemple: trois substrats, , et et deux produits, et

;

sauf

Q

>

A

X

B C P

B

XM

AM A M

C

BCPcoeff coeff

Koe f

K

fK

c

=

= =Q

QPcoeff

( )( )

( )( )

max

max

...

Coefficient de <tous les substrats>

...

Coefficient de <tous les produits>

kkk kV

k k k kV - - - -

=

=

1 2 3 4

1 2 3 4

r

s

Pour y arriver: définitions des Vmax , KM et Ki

Page 20: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Ai

CoeffK

Coeff PBP QQA

B=

( , , ) ou bien

( , , , )

( )( )

XiK =

coéfficient de n substrats et/ou produits

coéfficient des mêmes n substrats et/ou produits

sauf X

y compris X

Ai

CoeffK

CoefPPAQQf

=( , )

ou bien( , , )

Ai

BBQQA

CoeffK

Coeff=

( , ) ou bien

( , , )

etc...

Il « suffit » de choisir la définition qui convient le mieux pour simplifier l’équation de la vitesse:

Page 21: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

...1...1

max

PBAPB

CBA

MMMMM

MMM

K

P

K

B

K

A

K

P

K

B

K

C

K

BV

K

A

v

On obtient une équation du type:

...1

max

PABAPBA

CBA

MMMMMMM

MMM

K

P

K

A

K

B

K

A

K

P

K

B

K

A

K

C

K

B

K

AV

v

Expérimentalement: on varie un seul substrat à la fois: par exemple, [A].

Page 22: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

...1

...1

1

...1

PB

PB

A

CB

PB

AS

MM

MM

M

MM

MM

K

P

K

B

K

P

K

B

KA

K

C

K

B

K

P

K

B

KA

v

...1...1

max

PBAPB

CBA

MMMMM

MMM

K

P

K

B

K

A

K

P

K

B

K

C

K

BV

K

A

v

Si on divise Numérateur et Dénominateur par les termes indépendants de [A]:

Page 23: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

...1maxmax

PCBMS

apparente

MMMK

P

K

C

K

BVKKV

K

P

K

B

K

C

K

BKKoù

PBCBS

apparenteS

MIMM

...1:

diminue avec les termes qui multiplient [A](reflétant les complexes EAP non productifs)

diminue avec les termes indépendants de [A] (reflétant les complexes incapables de reconnaître A)

...1...1BCB

AapparentA

IMM

MM

K

B

K

C

K

BKK

augmente avec les termes indépendants de [A] etdiminue avec les termes qui multiplient [A]

Page 24: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Rappel: cinétique Michaelienne

Michaelis Menten - un substrat, un inhibiteur:

Nous avons vu que si il y a – Formation de EI, pas ESI: compétitif– Formation de ESI, pas EI: incompétitif– Formation de EI et ESI : mixte ou non-compétitif

Page 25: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

• L’inhibition par produits dépend à la fois du substrat et

du produit considéré.

• Termes en [S]…[P]… : formation de complexes ESI:

Vmax apparente diminue en présence de P (inhibition

mixte);

• Termes en [P]… (pas [S]) : formation de EI :

KS apparente diminue

• KM = Vmax/KS: si termes [P]… mais pas [S]…[P]… : KM

augmente; P inhibiteur compétitif.

Inhibition par produits

Page 26: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Le type d’inhibition par produit peut servir à identifier le mécanisme!

Tableau extrait de « Enzyme kinetics » de I. Segel (Wiley and sons, 1975):

Varied A Varied BMéchanism Product

inhibitor:Unsaturated with B

Saturated with B

Unsaturated with A

Saturated with A

Ordered

Uni-BiP MT

Q C

Ordered

Bi-UniP C C MT -

Iso Ordered

Uni-BiP MT MT

Q MT MT

Iso Ordered

Bi-UniP MT MT MT MT

Ordered

Bi-BiP MT UC MT MT

Q C C MT -

Ping Pong P MT - C C

Q C C MT -

Etc., etc., etc….

Page 27: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Exemple: réaction réversible uni-bi ordonnée :

1. ordonnée:Enzyme + S ES EQ + P E + Q + P

2. aléatoire: EQ + P E + Q + PEnzyme + S ES

EP + Q E + Q + P

Page 28: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

1. Uni-bi ordonnée:

Schémas à prendre en compte: dénominateur

numérateur

E

EA/EPQ

EQ

A P

Q

Page 29: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

QcoeffPAcoeffAcoeffQPcoeffPcoeffcst

EQEPQEAE

AkkQkkkkAkQkkQkk

E

EQ

PAkkAkkQPkkPkAkkAkPkQk

E

EPQEA

Pkkkkkk

E

E

Altman) et (King : ateurminDéno

QkPkkkkAk

Hanes) et (Wong Numérateur

QAPAPQP

tot

tot

tot

/

/

:

21321213132

213132213132

213132

321321

A P

Q

A P

Q

Page 30: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

3

1

32

21

2

21

32

321

321

321

k

k

kk

kk

coeff

coeff

coeff

coeffK

k

kk

kk

kkk

coeff

coeff

coeff

coeffK

kkk

kkk

coeff

cste

coeff

coeffK

Q P

P

roduitsP tous

Q saufroduitsP tousQM

Q P

Q

roduitsP tous

P saufroduitsP tousPM

A S tous

A saufS tousAM

QPcoeffQcoeffPcoeffPAcoeffAcoeffcste

QkPkkkkAkv

PQQPAPA

321321

1

32

321321max

32

32

321

321321max

kkk

kkk

coeff

kkkV

kk

kk

kkk

kkk

coeff

kkkV

Q P

A

"

Page 31: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Qi

PM

Qi

PM

Qi

QM

Pi

AM

AM

Qi

PM

AM

Q

QiAP

APi

Q

QPQQ

QPQ

PQQP

A

APAA

QPQ

QPQ

A

A

PQQPAPA

KK

QP

K

Q

KK

PK

KK

PA

K

A

KK

QPV

K

AV

v

coeff

csteK et

coeff

coeffK

QPcstecoeff

coeffcoeffQ

cste

coeffP

coeffcstecoeff

coeffcoeffcoeffPA

coeffcste

coeffcoeff

cste

Acoeff

QPcstecoeffcoeff

coeffcoeffkkkA

cstecoeff

coeffkkk

cste

QPcoeffQcoeffPcoeffPAcoeffAcoeffcste

cste

QkPkkkkAk

v

1

1

maxmax

321321

321321

"

Définitions des Ki? ad hoc:

Page 32: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Qi

PM

Qi

PM

Qi

QM

Pi

AM

AM

Qi

PM

AM

Q

QiAP

APi

Q

QPQQ

QPQ

PQQP

A

APAA

QPQ

QPQ

A

A

PQQPAPA

KK

QP

K

Q

KK

PK

KK

PA

K

A

KK

QPV

K

AV

v

coeff

csteK et

coeff

coeffK

QPcstecoeff

coeffcoeffQ

cste

coeffP

coeffcstecoeff

coeffcoeffcoeffPA

coeffcste

coeffcoeff

cste

Acoeff

QPcstecoeffcoeff

coeffcoeffkkkA

cstecoeff

coeffkkk

cste

QPcoeffQcoeffPcoeffPAcoeffAcoeffcste

cste

QkPkkkkAk

v

1

1

maxmax

321321

321321

"

Définitions des Ki? ad hoc:

Page 33: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Conclusion:

• Terme en « P » : Ks diminue

• Terme en « AP »: Vmax diminue

– KM = Vmax/KS change: P = mixte

• Terme en « Q », pas « AQ »: Vmax constant et KS

diminue donc KM augmente et Q = compétitif

Qi

PM

Qi

PM

Qi

QM

Pi

AM

AM

Qi

PM

AM

KK

QP

K

Q

KK

PK

KK

PA

K

A

KK

QPV

K

AV

v

1

maxmax

"

Page 34: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Pyruvate

E E∙NADH

E∙NADH∙Pyruvate/Lactate∙NAD+E∙NAD+

NADH

Lactate

NAD+

Est équivalent à:

Exemple: réaction bi-bi ordonnée

Page 35: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

]][...[]...[]...[]][...

]][][...[]][...[]][...[]][][...[

]][...[]...[]...[]][...[

]...[......]...[

BAQQBQEQ

PBABAPQBPQEAB

PAAAPQEA

PBE

E E∙A

E∙AB/PQE∙Q

A

B

P

Q

Page 36: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

]][...[]...[]...[]][...[

]][][...[]][...[]][...[]][][...[

]][...[]...[]...[]][...[

]...[......]...[

BAQQBQEQ

PBABAPQBPQEAB

PAAAPQEA

PBE

•Expérience: incubation avec les 2 substrats et un seul produit (soit P soit Q)

Page 37: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

• Termes P , AP, ABP :– P = inhibiteur mixte vis-à-vis de A et vis-à-vis de B

• Termes Q et BQ, pas AQ : – Q = inhibiteur mixte vis-à-vis de B,

– Q = inhibiteur compétitif vis-à-vis de A

• Si A saturant: tous les termes qui ne contiennent pas « A » vont disparaître (trop petits comparés aux autres). Il reste :– Termes (A)P et (A)BP donc P reste inh. mixte vis-à-vis B;

– Pas de termes AQ, donc levée d’inhibition par Q

• Si B saturant: même raisonnement– Termes A(B)P mais pas (B)P donc P devient incompétitif vis-à-

vis de A

– Termes (B)Q donc Q reste compétitif vis-à-vis A

Page 38: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Réaction bi-bi ordonnée

Microsoft Excel Worksheet

Qi

PM

Bi

Pi

BM

Ai

Qi

PM

Qi

BM

Ai

AM

PM

Ai

Qi

QM

BM

Ai

QM

PM

Qi

QM

BM

Ai

AM

Ai

QPBA

K

Q

K

P

K

B

K

P

K

B

K

A

K

Q

K

P

K

Q

K

B

K

K

K

P

K

A

K

K

K

B

K

A

K

Q

K

P

K

K

K

B

K

K

K

A

KK

QPV

KK

BAV

v iMMi

1

maxmax

"

Page 39: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Réaction uni-uni,uni-uni « ping pong »

QM

PM

Qi

BM

Ai

AM

Pi

Ai

BM

Ai

QM

Pi

PM

Pi

BM

Ai

AM

Ai

QPBA

K

Q

K

P

K

Q

K

B

K

K

K

P

K

A

K

B

K

A

K

Q

K

K

K

P

K

B

K

K

K

A

KK

QPV

KK

BAV

v iMMi

maxmax

Page 40: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

• Termes P, AP, pas BP :– P = inhibiteur mixte vis-à-vis de A, compétitif vis-à-vis

de B

• Termes Q, BQ, pas AQ : – Q = inhibiteur mixte ou non compétitif vis-à-vis de B,

compétitif vis-à-vis de A

• Si A saturant:– Termes AP donc P reste compétitif vis-à-vis B; pas

termes AQ donc l’inhibition par Q est levée

• Si B saturant:– Pas termes BP donc l’inhibition par P est levée;

termes BQ donc Q reste compétitif vis-à-vis A

Page 41: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Microsoft Excel Worksheet

QM

PM

Qi

BM

Ai

AM

Pi

Ai

BM

Ai

QM

Pi

PM

Pi

BM

Ai

AM

Ai

QPBA

K

Q

K

P

K

Q

K

B

K

K

K

P

K

A

K

B

K

A

K

Q

K

K

K

P

K

B

K

K

K

A

KK

QPV

KK

BAV

v iMMi

maxmax

Page 42: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Mécanismes complexes:

1. Si deux ou plusieurs réactions conduisant au même résultat: il suffit d’additionner les vitesses de ces réactions

2. Si deux voies alternatives coexistent: additionner tous les schémas possibles ne contenant pas de cycles fermés

3. Deux réactions conduisant au même résultat: grouper les réactions équivalentes en introduisant des facteurs statistiques

4. Cycles alternatifs (par exemple: 2 substrats2 produits): Multiplier la vitesse des réactions qui quittent le point de contact par la vitesse des réactions qui y arrivent

5. Si plusieurs états de l’enzyme sont à l’équilibre pendant la réaction, il suffit d’utiliser des constantes de vitesse pondérées

Page 43: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

k1A

k-1

k-2P

k2

E EA=EP

EPEAAEkk

PkAk

21

21 ][][

Enzyme Michaelienne:

PEEPEAAEk

k

k

k

2

2

1

1

Page 44: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Mécanismes complexes:

1. Si deux ou plusieurs réactions conduisant au même résultat: il suffit d’additionner les vitesses de ces réactions

2. Si deux voies alternatives coexistent: additionner tous les schémas possibles ne contenant pas de cycles fermés

3. Deux réactions conduisant au même résultat: grouper les réactions équivalentes en introduisant des facteurs statistiques

4. Cycles alternatifs (par exemple: 2 substrats2 produits): Multiplier la vitesse des réactions qui quittent le point de contact par la vitesse des réactions qui y arrivent

5. Si plusieurs états de l’enzyme sont à l’équilibre pendant la réaction, il suffit d’utiliser des constantes de vitesse pondérées

Page 45: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

15 schémas possibles contenant (n-1) lignes (n étant le nombre de formes enzymatiques), mais 4 sont éliminés car au moins 1 cycle fermé)

Page 46: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Mécanismes complexes:

1. Si deux ou plusieurs réactions conduisant au même résultat: il suffit d’additionner les vitesses de ces réactions

2. Si deux voies alternatives coexistent: additionner tous les schémas possibles ne contenant pas de cycles fermés

3. Deux réactions conduisant au même résultat: grouper les réactions équivalentes en introduisant des facteurs statistiques

4. Cycles alternatifs (par exemple: 2 substrats2 produits): Multiplier la vitesse des réactions qui quittent le point de contact par la vitesse des réactions qui y arrivent

5. Si plusieurs états de l’enzyme sont à l’équilibre pendant la réaction, il suffit d’utiliser des constantes de vitesse pondérées

Page 47: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

k2P

k4P

k1Ak-1

k3Ak-3

k1A k-1k2P k3A k-3 k4P

AE

E AE

AAE

Est équivalent à:

2k4P

2k2P

2k1A2k-1

E EA

2EA

2k3A 2k-3

Page 48: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

etc

2kPkA2kEA

2kEAEA

PkA2k : EAEA

2k : EEA

PkA2k : EAE

EAEAE

3-1

3-

3

1-

1

k

PkAk

k

PkAk

2

2

42

2

2

2

][2][2

2

][2][2

2

:

2

2

3

43

1

21

Page 49: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Mécanismes complexes:

1. Si deux ou plusieurs réactions conduisant au même résultat: il suffit d’additionner les vitesses de ces réactions

2. Si deux voies alternatives coexistent: additionner tous les schémas possibles ne contenant pas de cycles fermés

3. Deux réactions conduisant au même résultat: grouper les réactions équivalentes en introduisant des facteurs statistiques

4. Cycles alternatifs (par exemple: 2 substrats2 produits): Multiplier la vitesse des réactions qui quittent le point de contact par la vitesse des réactions qui y arrivent

5. Si plusieurs états de l’enzyme sont à l’équilibre pendant la réaction, il suffit d’utiliser des constantes de vitesse pondérées

Page 50: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

EA EB

EQ EP

E

:

)2()1(:

)2()1(:

etc

cycle

BE

cycle

E

E

EB même de

cycle

E

cycle

E

E

EEcrire

tot

tot

+ +

Page 51: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Pour trouver le dénominateur, identifier : tous les cycles ouverts menant au point de contact et tous les cycles ouverts qui le quittent:

+ + EE E E E E

EA EAEA

EP EP EP

+

+++

++

++

Page 52: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Ensuite : additionner les combinaisons: « matrice gauche*matrice droite » + « matrice droite*matrice gauche »

E + E + E

E + E

EA + EA

+ E

EA +

EP + EPEP +

*

* + E+ EE

+ E

+ EAEA

E + E

+ EA

EP + EP + EP

+

[Etot] ~

Page 53: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Le numérateur est obtenu en incluant un cycle complet par terme, avec un signe positif pour le cycle « forward » et un signe négatif pour le cycle « reverse »

++- *

++ + -*

Page 54: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Remarque: impasse?

EB

EQ EP

E

... équilibrel'à toujours définitionpar ste

k

k

E

EQ

donc

cycleE

kE

EQ

cycleE

k

cycleE

cycleE

E

E

ire, stationnaétatl'à :ntraisonneme même le fait on Si

Q

Q

Q

tot

Q

tot

)2(:

)2(

)2()1(:

Page 55: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Mécanismes complexes:

1. Si deux ou plusieurs réactions conduisant au même résultat: il suffit d’additionner les vitesses de ces réactions

2. Si deux voies alternatives coexistent: additionner tous les schémas possibles ne contenant pas de cycles fermés

3. Deux réactions conduisant au même résultat: grouper les réactions équivalentes en introduisant des facteurs statistiques

4. Cycles alternatifs (par exemple: 2 substrats2 produits): Multiplier la vitesse des réactions qui quittent le point de contact par la vitesse des réactions qui y arrivent

5. Si plusieurs états de l’enzyme sont à l’équilibre pendant la réaction, il suffit d’utiliser des constantes de vitesse pondérées

Page 56: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Exemple: effet du pH

E

E

E

E

0E

K

KHEEH et

K

KEE

:à égales sontHE etE de sproportion les donc ,HE

HE K

11

0

HE+ HE+HE+PHE+A

E0 E0E0PE0A

k2

k’1A

k’-1

k-3Pk-2k-1

k3

KE

k1A

k’2

k’-2 k’-3P

k’3

Page 57: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

AHK

EHkAHEk

et AHK

EKkAEk

E

E

E

11

10

1

''

Les constantes de vitesse peuvent s’écrire:

Et la vitesse d’association de A vaut:

AEk

AEHK

HkAE

HK

Kk

AHEkAEkv

H

EE

E

)(1

11

10

1

'

'

Page 58: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Est donc équivalent à:

E(H) E0E0PE0AAk H )(

1

)(

1

Hk

)(

2

Hk

)(2

Hk

Pk H )(3

)(3

Hk

avec des constantes de vitesse « pondérées » en fonction de [H+]

HE+ HE+HE+PHE+A

E0 E0E0PE0A

k2

k’1A

k’-1

k-3Pk-2k-1

k3

KE

k1A

k’2

k’-2 k’-3P

k’3

Page 59: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Un exemple de cinétique « non Michaelienne »:

la réaction bi-bi aléatoire:

Page 60: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

A B

A

P

Q

Q

P

B

EP

E

EB

EA

EAB

EQ

Page 61: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Etc.

A

A

B2

A2

B2 B2B2

A2

B2

Cinétique non Michaelienne:

Termes en A2, B2, P2 et Q2...

A2

Page 62: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

En pratique:

•De très nombreux termes supplémentaires apparaissent au

dénominateur et au numérateur si l’ordre de liaison des

substrats est aléatoire;

•La cinétique n’est plus « Michaélienne » et peut donner

l’apparence d’une réaction catalysée par deux enzymes

différentes.

•La déviation est cependant souvent non-détectable. En

effet, comme les concentrations de A, B sont faibles (<<

1M), les termes en A2, B2 deviennent négligeables devant

les termes en A, B (à moins que la voie qui donne

naissance à ces termes ne soit particulièrement

favorable)...

Page 63: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Réaction bi-bi aléatoire:si la liaison de A, B, P et Q est instantanément à l’équilibre,

la réaction peut sembler « Michaelienne »:

Qi

PM

BM

Ai

Qi

Pi

Bi

Ai

QPBA

K

Q

K

P

K

B

K

A

K

Q

K

P

K

B

K

A

KK

QPV

KK

BAV

v iMMi

1

maxmax

A l’équilibreA l’équilibre Lent

Microsoft Excel Worksheet

Page 64: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

• Cinétique de type « Michaelienne » si mécanisme ordonné;

• Cinétique peut-être visiblement « non Michaelienne » si ordre réactions aléatoire: peut donner l’impression que deux enzymes de KM et Vmax différentes participent à la réaction…

• Le profil d’inhibition par les produits peut servir à diagnostiquer le type de mécanisme: voir les exemples que nous avons étudié

Résumé: réactions à deux ou plusieurs substrats:

Page 65: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Résumé: les réactions à deux substrats que nous avons étudiées:

A B

Produit: B non saturant

B saturant A non saturant

A saturant

Ping Pong P

Q

Mixte

Comp

-

Comp

CompMixte

Comp -

Bi-Bi ordonné

P

Q

Mixte

Comp

Incomp Comp

Mixte

Mixte

Mixte

-

Bi-Bi

Aléatoire(liaison « instantannée » de A,B,P et Q sur E)

P

Q

Comp

Comp

-

-

Comp

Comp

-

-

Page 66: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

En conclusion:1. La réaction n’a lieu que si tous les substrats sont

présents

2. Cinétique « Michaélienne?

– Oui, si un seul cycle réactionnel possible: chaque substrat (ou

produit) n’intervient qu’une seule fois dans chaque terme.

– Non si plusieurs cycles utilisent le même substrat: des termes

du type «  [A]n  » vont vraisemblablement apparaître.

3. La Vmax apparente pour chaque substrat (vitesse

approchée lorsque la [A] tend vers l’infini) augmente avec la concentration des autres substrats

4. Le KM apparent de chaque substrat dépend de la

concentration des autres substrats

Page 67: Réactions complexes, en plusieurs étapes:

Remarques:

– Si le but est de déterminer le mécanisme de la réaction, il

n’est pas nécessaire de développer l ’équation complète (en

fait, toutes les équations décrivant les mécanismes les plus

classiques ont déjà été développées): un raisonnement

« topologique » suffit pour prédire les propriétés cinétiques

de la réaction pour chaque mécanisme…

– Plusieurs définitions de Ki sont en général possibles pour

chaque produit ou substrat: il faut choisir celle qui semble la

plus appropriée pour écrire l’équation de « v »

– La Vmax (mesurée en présence de concentrations saturantes

de tous les substrats) dépend uniquement des vitesses de

dissociation des produits!