Regulation des enzymes

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

Cas des enzymes ALLOSTERIQUES il existe alors des modifications non covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Une régulation particulière : les isoenzymes

cinétique michaelienne

régulation de la production

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Cas des enzymes ALLOSTERIQUES il existe alors des modifications non covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

cinétique michaelienne

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

régulation de la production

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Modifications irréversibles

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Une hydrolyse partielle du précurseur inactif modifie la structure 3D de l'enzyme qui devient alors active. C'est un mécanisme irréversible

1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Les précurseurs inactifs sont appelés zymogènes,

Exemple: les enzymes digestives

Chymorypsinogène-----> Chymotrypsine

Exemples avec les enzymes digestives Trypsinogène-----> Trypsine Pepsinogène -----> Pepsine

Modification covalente réversible

De nombreuses enzymes sont régulés par des modifications covalentes au niveau de la structure protéique : L'activation se fait par addition d'un groupement chimique X, cette addition est réversible. il existe de nombreuses molécules impliquées (méthylation, adénylation,etc..) mais une des plus caractéristique concerne la phosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

mécanisme de phosphorylation / déphosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation de la voie de la glycogénolyse par la phosphorylation/déphosphorylation de la glycogène phosphorylase

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Rappel : la glycogénolyse voie de dégradation du glycogène en glucose dans le foie et les muscles

mécanisme de phosphorylation / déphosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation de la voie de la glycogénolyse par la phosphorylation/déphosphorylation de la glycogène phosphorylase

Rappel : la glycogénolyse voie de dégradation du glycogène en glucose

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Action de la glycogène phosphorylase

Info

Glycogène

Glycogène + n(glucose)

mécanisme de phosphorylation / déphosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation de la voie de la glycogénolyse par la phosphorylation/déphosphorylation de la glycogène phosphorylase

Caractéristiques structurales

C'est une enzyme dimérique qui existe :

• sous une forme déphosphorylée inactive ( glycogène phophorylase b)

• sous une forme phosphorylée active (glycogène phophorylase a)

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Modélisation de Glycogène phosphorylase a (avec le coenzyme Pyridoxal phosphate et les groupements phosphates sur chaque sous unité)

mécanisme de phosphorylation / déphosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation de la voie de la glycogénolyse par la phosphorylation/déphosphorylation de la glycogène phosphorylase

Mécanisme réactionnel

Le mécanisme de phosphorylation et de déphosphorylation de la glycogène phosphorylase implique deux enzymes

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

• La phosphorylase kinase qui permet sa phosphorylation

mécanisme de phosphorylation / déphosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation de la voie de la glycogénolyse par la phosphorylation/déphosphorylation de la glycogène phosphorylase

Mécanisme réactionnel

Le mécanisme de phosphorylation et de déphosphorylation de la glycogène phosphorylase implique deux enzymes

• La phosphorylase phosphatase qui permet la déphosphorylation

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

mécanisme de phosphorylation / déphosphorylation

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation de la voie de la glycogénolyse par la phosphorylation/déphosphorylation de la glycogène phosphorylase

2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

régulation de la production

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....

cinétique michaelienne

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

Cas des enzymes ALLOSTERIQUES il existe alors des modifications non covalentes et réversibles

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

cinétique michaelienne

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

régulation de la production

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....

Cas des enzymes ALLOSTERIQUES il existe alors des modifications non covalentes et réversibles

les enzymes allostériques

Les enzymes allostériques sont impliquées dans la régulation de voies métaboliques variées. Ces enzymes sont des enzymes clés, placées dans des réactions stratégiques permettant la régulation de la totalité de la voie: on parle de rétro-inhibition ( feed back négatif)

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

les enzymes allosteriques

Caractéristiques structurales

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Les enzymes allosteriques :

• sont des protéines oligomériques

• existent sous deux états conformationnels :

- un état pour lequel l'affinité pour le substrat est élevé ....état relaché (R)

- un état pour lequel l'affinité pour le substrat est faible ....état tendu (T)

• chaque protomère possède plusieurs sites de fixation : pour le susbtrat et pour les effecteurs

les enzymes allostériques

Caractéristiques cinétiques

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

• cinétique non michaélienne

• cinétique sigmoïdale

les enzymes allostériques

La cinétique sigmoïdale

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

• L'enzyme n'est active qu'à partir d'une certaine concentration en substrat ( A )

• La vitesse de catalyse est proportionnelle à la concentration en substrat ( B )

• La vitesse ralentit puis stagne, on est à la concentration saturante en substrat pour une vitesse maximale (C)

les enzymes allostériques

La cinétique sigmoïdale

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

On peut appliquer les mêmes constantes cinétiques qu'aux enzymes michaelienne

• la vitesse maximale Vmax
• Un paramètre proche du K

le K

M apparent

M apparent

La valeur de K permet de montrer que l'affinité d'une enzyme allostérique pour son substrat est plus faible

les enzymes allostériques

La coopérativité positive

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Homotrope

L'aspect sigmoïdal de la cinétique s'explique par l'effet de coopérativité positive

les enzymes allostériques

Les effecteurs allostériques

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Les enzymes allostériques possèdent des sites de fixations spécifiques pour les effecteurs. On parle d'effets hétérotropes positifs dans le cas d'activateurs On parle d'effets hétérotropes négatifs dans le cas d'inhibiteurs

les enzymes allostériques

Les effecteurs allostériques

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation d'une enzyme du cycle de Krebs : l'isocitrate deshydrogénase

les enzymes allostériques

Les effecteurs allostériques

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Exemple de la régulation d'une enzyme du cycle de Krebs : l'isocitrate deshydrogénase

les enzymes allostériques

Les effecteurs allostériques

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Effet de deux effecteurs ATP et ADP sur l'activité de l'isocitrate deshydrogénase

les enzymes allostériques

Les effecteurs allostériques K et V

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

les enzymes allostériques

La transition allostérique

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Le changement conformationnel entre les états R et T fait encore l'objet d'hypothèses

les enzymes allostériques

Résumé des effets allostériques

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

régulation de la production

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....

cinétique michaelienne

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

Cas des enzymes ALLOSTERIQUES il existe alors des modifications non covalentes et réversibles

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

cinétique michaelienne

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

régulation de la production

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....

les isoenzymes

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Ce sont des formes moléculaires multiples d'une enzyme. Ce sont des protéines enzymatiques différentes mais qui catalysent la même réaction

Il existe de nombreuses isoenzymes (Créatine Phosphokinase, Amylases (salivaire /pancréatique), LDH ,etc...

les isoenzymes

L'exemple de la LDH

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

LDH(Lactate Déshydrogénase) Enzyme tétramérique

les isoenzymes

L'exemple de la LDH

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

les isoenzymes

L'exemple de la LDH

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Mise en évidence par électrophorèse des 5 isoformes de la LDH (Lactate Deshydrogénase)

les isoenzymes

L'exemple de la LDH

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

les isoenzymes

L'exemple de la LDH

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

les isoenzymes

L'exemple de la LDH

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Caractéristiques des isoenzymes

Exemple de la LDH

• Protéines différentes

• 5 isoformes

(LDH1; LDH2; LDH3; LDH4; LDH5)

• Réaction enzymatique identique

• Pyruvate +NADH,H+--->Lactate + NAD+

• Activités enzymatiques différentes

• KM

> KM

(LDH 5 = M4)

(LDH 1 = H4)

(Affinité entre LDH et pyruvate plus forte dans le muscle)

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les isoenzymes

L'intérêt métabolique

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Dans le coeur, • LDH1 ( KM pour pyruvate élevé= affinité faible) • Bonne oxygénation -->Voie aérobie

les isoenzymes

L'intérêt métabolique

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Dans le muscle, • LDH5 ( KM pour pyruvate faible= Affinité forte) --> Voie anaérobie

les isoenzymes

L'intérêt métabolique

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

Dans le coeur, • LDH1 ( KM pour pyruvate élevé) • Bonne oxygénation -->Voie aérobie

Dans le muscle, • LDH5 ( KM pour pyruvate faible) --> Voie anaérobie

Contrôle de l'activité enzymatique in-vivo

Les cinq types de mécanisme pour réguler l'activité des enzymes

Cas des enzymes ALLOSTERIQUES il existe alors des modifications non covalentes et réversibles

Régulation par modification NON covalente de la structure de l'enzyme

• 1° cas: Activation permanente d'un précurseur inactif en enzyme activée

Régulation par modification covalente de la structure de l'enzyme

• 2° cas: Modifications covalentes et réversibles

Une régulation particulière : les isoenzymes

Cas de certaines enzymes capables de catalyser une même réaction mais à des vitesses ou /et des conditions différentes

cinétique michaelienne

Simple, basique : l'activité augmente si la concentration en substrat augmente Existence d'inhibiteurs ou activateurs chimiques réversibles

régulation de la production

Régulation de la TRADUCTION par action d'hormones, de facteurs de transcription, par les mécanismes d'induction-répression,etc....