10 – CINÉTIQUES DES SYSTÈMES MULTI-ENZYMATIQUES
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En résumé, la coopérativité des interactions rétroactives est, en effet, essentielle
pour une régulation efficace, mais il n'est pas suffisant de dire qu'elle permet une
régulation efficace du flux par la demande ; nous devons dire qu'elle permet une
régulation efficace du flux par la demande tout en maintenant l'homéostasie.
10.9. MÉCANISMES DE RÉGULATION
Dans une large mesure, l'analyse du contrôle métabolique prend en compte les
propriétés des enzymes individuels telles qu'elles sont, considérant une explication
mécanique de ces propriétés comme en dehors de son domaine. De plus, nous
avons déjà discuté les mécanismes principaux de régulation dans le chapitre 9 de
ce manuel et il n'est pas nécessaire de revenir sur ce sujet. Néanmoins, en plus de
ceux discutés auparavant, il existe trois mécanismes de régulation qui impliquent
plusieurs enzymes et qui nécessitent une discussion plus complète : il s'agit de la
canalisation 5 d'intermédiaires entre plusieurs enzymes, des cascades d'enzymes
convertibles impliquant des modifications covalentes et de l'amplification des
effets de petites variations de la concentration d'ATP par l'adénylate kinase.
10.9.1. Canalisation de métabolites
La canalisation implique l'idée que le métabolite partagé par deux enzymes consécutifs dans une voie peut être transféré directement d'un enzyme vers l'autre sans
être libéré sous forme libre dans la solution ou au moins sans atteindre un équilibre
avec le métabolite présent dans la solution. Il existe plusieurs variations sur ce
thème (voir le schéma 1 de OVÁDI, 1991), mais les points essentiels sont présentés
dans la figure 10.4a, qui est basée sur le mécanisme proposé par GUTFREUND
(1965). Ceci peut être considéré comme une combinaison entre une canalisation
pure (figure 10.4b) et un mécanisme ordinaire de libre diffusion (figure 10.4c).
Bien qu'il existe au moins un cas, celui de l'enzyme multifonctionnel dénommé
tryptophane synthétase, pour lequel les preuves d'une canalisation (de l'indole) sont
abondantes et généralement acceptées (voir YANOFSKY, 1989), la canalisation reste
controversée en général, du moins pour les enzymes qui forment des complexes
« dynamiques », c'est-à-dire des complexes qui existent seulement transitoirement
pendant le transfert du métabolite.
Les enzymes malate déshydrogénase et citrate synthétase illustrent le type de difficultés qui surviennent lorsque l'on essaye de prouver le phénomène de canalisation.
LINDBLADH et al. (1994) ont construit une « protéine fusion » avec ces deux
enzymes issus de la levure, c'est-à-dire qu'ils ont utilisé les techniques de génie
5. En anglais, channeling.
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En résumé, la coopérativité des interactions rétroactives est, en effet, essentielle
pour une régulation efficace, mais il n'est pas suffisant de dire qu'elle permet une
régulation efficace du flux par la demande ; nous devons dire qu'elle permet une
régulation efficace du flux par la demande tout en maintenant l'homéostasie.
10.9. MÉCANISMES DE RÉGULATION
Dans une large mesure, l'analyse du contrôle métabolique prend en compte les
propriétés des enzymes individuels telles qu'elles sont, considérant une explication
mécanique de ces propriétés comme en dehors de son domaine. De plus, nous
avons déjà discuté les mécanismes principaux de régulation dans le chapitre 9 de
ce manuel et il n'est pas nécessaire de revenir sur ce sujet. Néanmoins, en plus de
ceux discutés auparavant, il existe trois mécanismes de régulation qui impliquent
plusieurs enzymes et qui nécessitent une discussion plus complète : il s'agit de la
canalisation 5 d'intermédiaires entre plusieurs enzymes, des cascades d'enzymes
convertibles impliquant des modifications covalentes et de l'amplification des
effets de petites variations de la concentration d'ATP par l'adénylate kinase.
10.9.1. Canalisation de métabolites
La canalisation implique l'idée que le métabolite partagé par deux enzymes consécutifs dans une voie peut être transféré directement d'un enzyme vers l'autre sans
être libéré sous forme libre dans la solution ou au moins sans atteindre un équilibre
avec le métabolite présent dans la solution. Il existe plusieurs variations sur ce
thème (voir le schéma 1 de OVÁDI, 1991), mais les points essentiels sont présentés
dans la figure 10.4a, qui est basée sur le mécanisme proposé par GUTFREUND
(1965). Ceci peut être considéré comme une combinaison entre une canalisation
pure (figure 10.4b) et un mécanisme ordinaire de libre diffusion (figure 10.4c).
Bien qu'il existe au moins un cas, celui de l'enzyme multifonctionnel dénommé
tryptophane synthétase, pour lequel les preuves d'une canalisation (de l'indole) sont
abondantes et généralement acceptées (voir YANOFSKY, 1989), la canalisation reste
controversée en général, du moins pour les enzymes qui forment des complexes
« dynamiques », c'est-à-dire des complexes qui existent seulement transitoirement
pendant le transfert du métabolite.
Les enzymes malate déshydrogénase et citrate synthétase illustrent le type de difficultés qui surviennent lorsque l'on essaye de prouver le phénomène de canalisation.
LINDBLADH et al. (1994) ont construit une « protéine fusion » avec ces deux
enzymes issus de la levure, c'est-à-dire qu'ils ont utilisé les techniques de génie
5. En anglais, channeling.