Génie de la biocatalyse et génie des procédés « Enzymes

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Virtuelle de Tunis
Génie de la biocatalyse et génie des
procédés
« Enzymes allostériques »
Concepteur du cours:
Prof. Dr. Mohamed GARGOURI
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Enzymes allostériques
1. Comment l’allostérie s’inscrit-elle dans la coordination des activités
biochimiques dans la cellule ?
☺

Ce chapitre s’intéresse aux propriétés d’un certain nombre d’enzymes dont
l’activité est sujet à une régulation métabolique.

Depuis des dizaines d’années les chercheurs ont compris que chaque
produit final d’une séquence biosynthétique joue un rôle dans sa propre
synthèse. Dans ce sens, la synthèse de novo de différents acides aminés
à partir de glucose est stoppée quand ces acides aminés sont ajoutés au
milieu de culture cellulaire.

Ce phénomène revient à une inhibition d’une enzyme (souvent la première
de la voie) par le produit final.
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Enzymes allostériques

Les enzymes soumises à ce type de contrôle d’activité présentent des
caractéristiques communes :
o La relation entre l’activité enzymatique et la concentration du
substrat et la concentration d’un effecteur n’est pas de type
hyperbolique. Le contrôle de type allostérique donne des courbe
sigmoïdes.
o Ces enzymes peuvent être inhibées ou activées par des métabolites
autres que les substrats ou leurs analogues.
o La coopérativité au niveau de la courbe montre qu’au moins deux
molécules de substrat réagissent avec l’enzyme, et que la liaison
d’une molécule de substrat facilite relativement la fixation de la
seconde.
o Des intéractions coopératives sont également observées dans la
fixation d’effecteurs allostériques, ce qui suggère que les enzymes
allostériques renferment plus qu’un site allostérique par molécule.

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Puisque dans ce cas l’effecteur n’est pas un analogue stérique du substrat,
on l’appelle alors « effecteur (inhibiteur ou activateur) allostérique ». Le site
sur lequel se fixe l’effecteur est appelé « site allostérique ». Par analogie
les enzymes soumises à ce genre de contrôle sont appelées « enzymes
allostériques » ou « protéines allostériques ».
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Enzymes allostériques
Sur le plan physiologique, la réponse sigmoïde de l’activité enzymatique par
rapport aux concentrations croissantes de substrat ou d’effecteur est soumise
en pratique à un effet de « seuil » ; a concentrations faibles l’activité
enzymatique n’est pas altérée par les changements de concentrations de
substrat et d’effecteur. A partir d’un seuil, les changements de concentrations
de substrat et d’effecteur affectent de manière croissante l’activité
enzymatique.

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Nombreuses enzymes allostériques sont protégées de l’inactivation
thermique par leurs effecteurs allostériques. Un tel effet revient à
l’augmentation de la stabilité de la protéine par un changement de sa
conformation qui accompagne la fixation du ligand allostérique à son site
spécifique de manière réversible :
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Enzymes allostériques
2. Quel est le modèle qui explique le mieux la cinétique d’enzyme
allostérique en tenant compte de sa nature polymérique ?
☺

Le modèle qui explique le mieux le comportement des enzymes
allostériques est proposé par Monod, Wyman et Changeux en 1965. Il se
base sur les hypothèses suivantes :
o Les protéines allostériques sont des oligomères dont les protomères
sont associés de manière à occuper des positions équivalentes.
Ceci implique la présence dans la protéine d’au moins un axe de
symétrie.
o Sur chaque polymère (sous-unité) il existe un seul site capable de
former un complexe stéréospécifique avec un ligand donné. Il y a
donc, en plus, une symétrie de chaque groupe de sites
stéréospécifiques.
o La conformation de chaque protomère dépend de son interaction
avec les autres protomères.
o Il y a au moins deux états (R et T) en équilibre, sous lesquels les
oligomères allostériques peuvent exister. Ces états diffèrent au
niveau de la distribution et/ou l’énergie des liaisons interprotomères,
et par conséquent au niveau de la conformation. La transition est de
type tout ou rien : totalement R "relaxed" ou T "tight" (modèle
concerté).
o Suite à cela, l’affinité de un ou plusieurs sites stéréospécifiques au
ligand correspondant est modifiée en cas de transition d’un état à
l’autre.
o Durant ces transitions, la symétrie moléculaire et la symétrie des
contraintes conformationnelles sont conservées.
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On peut dire qu’en absence de tout ligand, Il y a un équilibre entre les
formes R0 et T0. Quand un ligand donné a une affinité plus importante pour
l’un des états, il se fixe de préférence dessus (R0 + F  R1 ou T0 + F 
T1). Ceci va déplacer l’équilibre vers l’un des états, ce qui facilitera
d’avantage la fixation d’autres molécules de ligand. Ceci explique la
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Enzymes allostériques
relation sigmoïde entre l’activité et la concentration du substrat (ou
effecteur).

On utilise L = T0/R0 : la constante d’équilibre ou la constante allostérique.
KR et KT : constantes de dissociation d’un ligand F lié à un site
stéréospécifique respectivement sous l’état R ou T. La molécule d’enzyme
possède « n » protomères (donc n sites homologues) et peut donc être
sous les formes R0, R1, R2… Rn ; T0, T1, T2… Tn :

En tenant compte de la probabilité de dissociation des complexes R 1,
R2… Rn et T1, T2… Tn, on peut écrire les équations d’équilibre suivantes :

On peut définir deux fonctions d’état

En utilisant
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:
et c, on peut écrire :
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
La coopérativité d’un ligand dépend des valeurs de L et de c :
3. Y a-t-il une méthode de linéarisation pour la cinétique allostérique ?
☺
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Hill a étudié en 1910 la fixation allostérique de l’oxygène sur l’hémoglobine.
Il a proposé une méthode de linéarisation empirique :
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