A computer program with the code name DYNAFIT was developed for fitting either the initial velocities or the time course of enzyme reactions to an arbitrary molecular mechanism represented symbolically by a set of chemical equations. Seven numerical tests and five graphical tests are applied to judge the goodness of fit. Experimental data on the inhibition of the dissociative dimeric proteinase from HIV were used in four test examples. A set of initial velocities was analyzed to see if a tight-binding inhibitor could bind to the HIV proteinase monomer. Three different sets of progress curves were analyzed (i) to determine the kinetic properties of an irreversible inhibitor, (ii) to investigate the dissociation and denaturation mechanism for the protease dimer, and (iii) to investigate the inhibition mechanism for a transient inhibitor. The program is available by anonymous ftp via uwmml.pharmacy.wisc.edu and on the World Wide Web via http://uwmml.pharmacy.wisc.edu.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTDetermination of kinetic constants for peptidyl prolyl cis-trans isomerases by an improved spectrophotometric assayJames L. Kofron, Petr Kuzmic, Vimal Kishore, Esther Colon-Bonilla, and Daniel H. RichCite this: Biochemistry 1991, 30, 25, 6127–6134Publication Date (Print):June 25, 1991Publication History Published online1 May 2002Published inissue 25 June 1991https://pubs.acs.org/doi/10.1021/bi00239a007https://doi.org/10.1021/bi00239a007research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views2970Altmetric-Citations420LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

Significance Covalent kinase inhibition strategies are reemerging, but critical gaps in the understanding of molecular determinants of potency still persist. A kinetic approach is developed to describe the components of overall inhibitor potency (reversible binding and chemical reactivity). Detailed kinetic descriptions of EGFR covalent drugs are provided. Reversible interactions of covalent inhibitors are found to be essential to biochemical and cellular potency. A dynamic linkage between available affinity and necessary reactivity is proposed. Cysteine oxidation is an emerging type of posttranslational modification. Specific oxidation of the EGF receptor cysteine nucleophile causes highly variable effects on inhibitor potency. Two mechanisms of drug resistance are identified (reversible cysteine–inhibitor warhead interactions and specific cysteine oxidation) as well as a rational framework for understanding and designing covalent inhibitors.

Abstract Irreversible (covalent) enzyme inhibitors cannot be unambiguously ranked for biochemical potency by using IC 50 values determined at a single point in time, because the same IC 50 value could originate either from relatively low initial binding affinity accompanied by high chemical reactivity, or the other way around. To disambiguate the potency ranking of covalent inhibitors, here we describe a data-analytic procedure relying on two separate IC 50 values, determined at two different reaction times. In the case of covalent inhibitors following the two-step kinetic mechanism E + I ⇌ E · I → EI , the two IC 50 values alone can be used to estimate both the inhibition constant ( K i ) as a measure of binding affinity and the inactivation rate constant ( k inact ) as a measure of chemical reactivity. In the case of covalent inhibitors following the one-step kinetic mechanism E + I → EI , a simple algebraic formula can be used to estimate the covalent efficiency constant ( k inact / K i ) from a single experimental value of IC 50 . The two simplifying assumptions underlying the method are (1) zero inhibitor depletion, which implies that the inhibitor concentrations are always significantly higher than the enzyme concentration; and (2) constant reaction rate in the uninhibited control assay. The newly proposed method is validated by using a simulation study involving 64 irreversible inhibitors with covalent efficiency constants spanning seven orders of magnitude.

Abstract SARS-CoV-2 has demonstrated extraordinary ability to evade antibody immunity by antigenic drift. Small molecule drugs may provide effective therapy while being part of a solution to circumvent SARS-CoV-2 immune escape. In this study we report an α-ketoamide based peptidomimetic inhibitor of SARS-CoV-2 main protease (M pro ), RAY1216. Enzyme inhibition kinetic analysis established that RAY1216 is a slow-tight inhibitor with a K i of 8.6 nM; RAY1216 has a drug-target residence time of 104 min compared to 9 min of PF-07321332 (nirmatrelvir), the antiviral component in Paxlovid, suggesting that RAY1216 is approximately 12 times slower to dissociate from the protease-inhibitor complex compared to PF-07321332. Crystal structure of SARS-CoV-2 M pro :RAY1216 complex demonstrates that RAY1216 is covalently attached to the catalytic Cys145 through the α-ketoamide warhead; more extensive interactions are identified between bound RAY1216 and M pro active site compared to PF-07321332, consistent with a more stable acyl-enzyme inhibition complex for RAY1216. In cell culture and human ACE2 transgenic mouse models, RAY1216 demonstrates comparable antiviral activities towards different SARS-CoV-2 virus variants compared to PF-07321332. Improvement in pharmacokinetics has been observed for RAY1216 over PF-07321332 in various animal models, which may allow RAY1216 to be used without ritonavir. RAY1216 is currently undergoing phase III clinical trials ( https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05620160 ) to test real-world therapeutic efficacy against COVID-19.

Abstract This report describes a double-exponential algebraic equation for the time course of irreversible enzyme inhibition following the two-step mechanism E + I ⇌ E·I → EI , under the steady-state approximation. Under the previously invoked rapid-equilibrium approximation [Kitz & Wilson (1962) J. Biol. Chem . 237 , 3245] it was assumed that the rate constant for the reversible dissociation of the initial noncovalent complex is very much faster than the rate constant for the irreversible inactivation step. The steady-state algebraic equation reported here removes any restrictions on the relative magnitude of microscopic rate constants. The resulting formula was used in heuristic simulations designed to test the performance of the standard rapid-equilibrium kinetic model. The results show that if the inactivation rate constant is significantly higher than the dissociation rate constant, the conventional “ k obs ” method is incapable of correctly distinguishing between the two-step inhibition mechanism and a simpler one-step variant, E + I → EI , even for inhibitors that have very high binding affinity in the reversible noncovalent step.

Abstract This paper describes an objective statistical approach that can be used to decide between two alternate kinetic mechanisms of covalent enzyme inhibition from kinetic experiments based on the standard “ k obs ” method. The two alternatives are either a two-step kinetic mechanism, which involves a reversibly formed noncovalent intermediate, or a one-step kinetic mechanism, proceeding in a single bimolecular step. Recently published experimental data [Hopper et al. (2020) J. Pharm. Exp. Therap. 372 , 331–338] on the irreversible inhibition of Bruton tyrosine kinase (BTK) and tyrosine kinase expressed in hepatocellular carcinoma (TEC) by ibrutinib (PCI-32765) and acalabrutinib are used as an illustrative example. The results show that the kinetic mechanism of inhibition was misdiagnosed in the original publication for at least one of the four enzyme/inhibitor combinations. In particular, based on the available k obs data, ibrutinib behaves effectively as a one-step inhibitor of the TEC enzyme, which means that it is not possible to reliably determine either the inhibition constant K i or the inactivation rate constant k inact , but only the covalent efficiency constant k eff = k inact / K i . Thus, the published values of K i and k inact for this system are not statistically valid.