10 – CINÉTIQUES DES SYSTÈMES MULTI-ENZYMATIQUES
359
Une très grande sensibilité est obtenue uniquement si plusieurs conditions sont
remplies (CÁRDENAS et CORNISH-BOWDEN, 1989) :
les interactions de l'effecteur avec les enzymes modifiants devraient être catalytiques plutôt que spécifiques (anti-compétitives plutôt que compétitives dans la
terminologie de l'inhibition) ;
la réaction d'inactivation devrait cesser d'opérer à des concentrations d'effecteur
beaucoup plus faibles que celles qui sont nécessaires pour stimuler la réaction
d'activation ;
les deux enzymes modifiants devraient fonctionner dans des conditions proches
de la saturation, une caractéristique particulièrement mise en évidence par
GOLDBETER et KOSHLAND (1981, 1982, 1984) sous le nom d' « ultra-sensibilité
d'ordre zéro ». Si toutes ces conditions sont satisfaites, la sensibilité accessible
avec le mécanisme de la figure 10.5 est considérablement plus grande qu'avec un
enzyme isolé ; même avec des contraintes sévères imposées aux paramètres
cinétiques des enzymes modifiants, nous pouvons facilement obtenir l'équivalent
d'un coefficient de HILL de 30 ou de 800 si nous relâchons les contraintes, tout en
restant dans la gamme de comportements communément observés avec les
enzymes réels (CÁRDENAS et CORNISH-BOWDEN, 1989).
Les deux premières de ces conditions impliquent que les expérimentateurs
devraient prendre un soin particulier à noter ce qui pourrait apparaître comme des
propriétés cinétiques insignifiantes des enzymes modifiants. Même si la composante anti-compétitive de l'inhibition d'un enzyme modifiant est un ordre de grandeur plus faible que la composante compétitive, elle peut encore être essentielle
pour un travail efficace du système. De la même manière, si nous observons que la
phosphatase impliquée dans un cycle est activée uniquement à des concentrations
apparemment non-physiologiques d'un effecteur, dix fois plus élevées que celles
qui sont efficaces pour inhiber la kinase, cela ne signifie pas que l'effecteur est sans
intérêt pour l'action de la phosphatase ; cela signifie que l'ensemble du système est
bien mis au point pour générer une sensibilité très élevée.
Puisque les systèmes d'enzymes convertibles peuvent générer une bien meilleure
sensibilité que des enzymes coopératifs, nous pouvons nous demander pourquoi ils
ne sont pas universellement utilisés dans la régulation métabolique. Contrairement
aux enzymes coopératifs, les systèmes d'enzymes convertibles consomment de
l'énergie, parce que les deux réactions de modification sont supposées être irréversibles ; ceci n'est uniquement possible que si elles impliquent des co-substrats
différents, par exemple l'activation peut être la phosphorylation par l'ATP, alors
que l'inactivation peut être l'hydrolyse par l'eau.
10.9.3. Le rôle métabolique de l'adénylate kinase
Le troisième mécanisme que nous considérerons ici est celui qui est le moins discuté
dans l'analyse du contrôle métabolique, probablement parce que son existence est
359
Une très grande sensibilité est obtenue uniquement si plusieurs conditions sont
remplies (CÁRDENAS et CORNISH-BOWDEN, 1989) :
les interactions de l'effecteur avec les enzymes modifiants devraient être catalytiques plutôt que spécifiques (anti-compétitives plutôt que compétitives dans la
terminologie de l'inhibition) ;
la réaction d'inactivation devrait cesser d'opérer à des concentrations d'effecteur
beaucoup plus faibles que celles qui sont nécessaires pour stimuler la réaction
d'activation ;
les deux enzymes modifiants devraient fonctionner dans des conditions proches
de la saturation, une caractéristique particulièrement mise en évidence par
GOLDBETER et KOSHLAND (1981, 1982, 1984) sous le nom d' « ultra-sensibilité
d'ordre zéro ». Si toutes ces conditions sont satisfaites, la sensibilité accessible
avec le mécanisme de la figure 10.5 est considérablement plus grande qu'avec un
enzyme isolé ; même avec des contraintes sévères imposées aux paramètres
cinétiques des enzymes modifiants, nous pouvons facilement obtenir l'équivalent
d'un coefficient de HILL de 30 ou de 800 si nous relâchons les contraintes, tout en
restant dans la gamme de comportements communément observés avec les
enzymes réels (CÁRDENAS et CORNISH-BOWDEN, 1989).
Les deux premières de ces conditions impliquent que les expérimentateurs
devraient prendre un soin particulier à noter ce qui pourrait apparaître comme des
propriétés cinétiques insignifiantes des enzymes modifiants. Même si la composante anti-compétitive de l'inhibition d'un enzyme modifiant est un ordre de grandeur plus faible que la composante compétitive, elle peut encore être essentielle
pour un travail efficace du système. De la même manière, si nous observons que la
phosphatase impliquée dans un cycle est activée uniquement à des concentrations
apparemment non-physiologiques d'un effecteur, dix fois plus élevées que celles
qui sont efficaces pour inhiber la kinase, cela ne signifie pas que l'effecteur est sans
intérêt pour l'action de la phosphatase ; cela signifie que l'ensemble du système est
bien mis au point pour générer une sensibilité très élevée.
Puisque les systèmes d'enzymes convertibles peuvent générer une bien meilleure
sensibilité que des enzymes coopératifs, nous pouvons nous demander pourquoi ils
ne sont pas universellement utilisés dans la régulation métabolique. Contrairement
aux enzymes coopératifs, les systèmes d'enzymes convertibles consomment de
l'énergie, parce que les deux réactions de modification sont supposées être irréversibles ; ceci n'est uniquement possible que si elles impliquent des co-substrats
différents, par exemple l'activation peut être la phosphorylation par l'ATP, alors
que l'inactivation peut être l'hydrolyse par l'eau.
10.9.3. Le rôle métabolique de l'adénylate kinase
Le troisième mécanisme que nous considérerons ici est celui qui est le moins discuté
dans l'analyse du contrôle métabolique, probablement parce que son existence est