CHMI 2227F Biochimie I Enzymes: Régulation CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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 Asp Carbomoyl phosphate CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 1. Allostérie - ATCase CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 1. Allostérie - ATCase CTP ATCase CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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 Adénylate Cyclase Phosphodiestérase AMP Caféine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 3 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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 3 Régulation de l’activité enzymatique 3. Régulation par phosphorylation  Adrénaline Adrénaline a b g Protéine G Récepteur de l’adrénaline Adénylate cyclase ATP AMPc Protéine Kinase A (inactive) ↑Glucose intracellulaire PKA-cAMP (active) ↑Energie Cours vite vite! Glycogène (entrepôt de glucose) Phosphorylase kinase Kinase-PO4 Phosphorylase-PO4 Intérieur de la cellule Extérieur de la cellule CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 4 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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 4 Régulation de l’activité enzymatique 4. Régulation de la stabilité de l’enzyme Enzyme Ub E1 E2 E3 Ubiquitine: 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); CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 4 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: Contient plusieurs sous-unités avec activités protéases (i.e. qui hydrolysent les liens peptidiques); 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 Ub dégradée Protéasome CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 5. Protéolyse limitée CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Régulation de l’activité enzymatique 5. Protéolyse limitée Petit intestin Sécrétées par le pancréas CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

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 (a1-antitrypsine, inhibe l’élastase), endommage gravement les poumons et mène à l’emphysème. La fumée de cigarette oxyde un acide aminé important de l’a1-antitrypsine, menant à son inactivation et à l’emphysème. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.