CHMI 2227E Biochemistry I

CHMI 2227F
Biochimie I
Enzymes:
-
Régulation
CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.
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Régulation de l’activité enzymatique


Dans tout organisme vivant, l’activité des enzymes est soumies à une régulation
trèes serrée afin que le produit de la réaction satisfasse aux besoins de la cellule:

Les enzymes peuvent être activés: la réaction est stimulée pour générer davantage de
produit;

Les enzymes peuvent être inactivés (i.e. inhibés): la réaction est ralentie pour diminuer la
quantité de produit formé;
Plusieurs stratégies sont utilisées pour moduler (i.e. activer ou inhiber) les enzymes:





1-Allostérie
Inhibition par le produit
Activation par le
substrat/cofacteur
2- Liaison d’une sous-unité
régulatrice
3- Modification covalente:

Phosphorylation sur
Ser/Thr/Tyr

4- Dégradation de l’enzyme

5- Protéolyse limitée
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Régulation de l’activité enzymatique
1. Allostérie


Fréquemment utilisée pour contrôler l’activité des
enzymes métaboliques:

Inhibition par le produit final de la voie métabolique;

Activation par un produit généré tôt dans la voie métabolique;
Basé sur le principe de coopérativité:

La liaison d’une petite molécule à l’enzyme modifie la structure
3-D de ce dernier et interfère avec son habileté à catalyser la
réaction;
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Régulation de l’activité enzymatique
1. Allostérie

Exemple: Aspartate transcarbomoylase (ATCase):

Impliqué dans la première d’une série de réactions menant à la synthèse du CTP;

CTP (le produit final de la voie métabolique) inhibe l’ATCase par allostérie;

ATP active ATCase, aussi par allostérie (compétitionne avec le CTP pour des sites
de liaison régulateurs sur l’ATCase);
ATCase
Carbomoyl
phosphate
Asp
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Régulation de l’activité enzymatique
1. Allostérie - ATCase
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Régulation de l’activité enzymatique
1. Allostérie - ATCase
CTP
ATCase
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Régulation de l’activité enzymatique
2. Sous-unités régulatrices
L’AMPc est produit à partir de l’ATP via l’action de
l’adénylate cyclase;

La liaison de l’AMPc à la sous-unité régulatrice
de la PKA libère la sous-unité catalytique, qui
devient alors pleinement active;
ATP
AMPc
Caféine
AMP
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AMPc
Phosphodiestérase
Adénylate
Cyclase

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Régulation de l’activité enzymatique
3. Régulation par modification covalente

Certaines chaînes latérales de plusieurs
enzymes sont la cible de modifications
covalentes, elles-mêmes catalysées par d’autres
enzymes;
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Régulation de l’activité enzymatique
3. Régulation par phosphorylation

L’ajout d’un groupe
phosphate
(phosphorylation) par des
protéines kinases et leur
élimination (par des
protéines phosphatases)
est une stratégie très
fréquemment utilisée pour
moduler l’activité des
enzymes;
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Régulation de l’activité enzymatique
3. Régulation par phosphorylation  Adrénaline
Récepteur de l’adrénaline
Adénylate cyclase
Adrénaline
Extérieur de la
cellule
Protéine G g
Glycogène
(entrepôt de glucose)
↑Glucose intracellulaire
↑Energie
Cours vite vite!
b
a
g
b
a
Intérieur de la cellule
a
AMPc
Phosphorylase
kinase
Glycogène
Phosphorylase-PO4
ATP
Protéine Kinase A
(inactive)
PKA-cAMP
(active)
Phosphorylase
Kinase-PO4
Glycogène
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Phosphorylase
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Régulation de l’activité enzymatique
4. Régulation de la stabilité de l’enzyme

Les protéines cellulaires sont constamment synthétisées et
détruites;

La régulation serrée de la synthèse et de la dégradation protéique
participe à la modulation de l’activité enzymatique;
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Régulation de l’activité enzymatique
4. Régulation de la stabilité de l’enzyme
Ub

E1

Ub
Enzyme
E1
E2

Ub
E2
E3
Ub
Ubiquitine:
E3

Protéine de 76 acides
aminés
Marque les protéines
ciblées pour leur
dégradation;
L’ubiquitine est attachée
à la protéine cible par
l’action consécutive de
trois enzymes (E1, E2
and E3);
Enzyme
Ub
Ub
Ub
Ub
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Régulation de l’activité enzymatique
4. Régulation de la stabilité de l’enzyme

Les protéines polyubiquitinylées sont
ciblées par une très grosse protéine
appelée protéasome:



Ub
Ub
Ub
Ub
Contient plusieurs sous-unités avec
activités protéases (i.e. qui hydrolysent les
liens peptidiques);
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Ub
Ub
Ub
Ub
La dégradation de l’enzyme résultera ainsi
en une diminution de la formation du
produit de la réaction catalysée par
l’enzyme;
Ce phénomène est extrèmement
important: le cycle cellulaire (croissance
cellulaire  synthèse d’ADN  mitose) est
régulé de façon très serrée par la
dégradation bien contrôlée d’une série de
protéines appelées cyclines.
Enzyme
Protéasome
Enzyme
dégradée
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Régulation de l’activité enzymatique
5. Protéolyse limitée

Plusieurs enzymes (particulièrement les
enzymes digestives) sont initialement
synthétisées en tant que précurseurs
inactifs (zymogènes / proenzymes);

L’activation de ces enzymes est possible
via l’hydrolyse d’un nombre limité de liens
peptidiques (généralement 2-3);

L’enzyme mature est donc formé de 2 à 3
chaînes, maintenues ensemble par des
ponts disulfures;
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Régulation de l’activité enzymatique
5. Protéolyse limitée
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Régulation de l’activité enzymatique
5. Protéolyse limitée
Petit intestin
Sécrétées par
le pancréas
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Régulation de l’activité enzymatique
5. Protéolyse limitée

L’inhibiteur de la trypsine
pancréatique inhibe la trypsine, et
prévient l’activation de la cascade
de protéolyse qui pourrait être
enclenchée dans le pancréas par
des traces de trypsine activée;

Une déficience héréditaire d’un
autre inhibiteur de protéase (a1antitrypsine, inhibe l’élastase),
endommage gravement les
poumons et mène à
l’emphysème.

La fumée de cigarette oxyde un
acide aminé important de l’a1antitrypsine, menant à son
inactivation et à l’emphysème.
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