chapitre 8 Introduction au métabolisme 175
par des gènes. Une mutation, c’estàdire un changement permanent dans un gène, peut entraîner la production d’une protéine dont un ou plusieurs acides aminés ont été modifiés.
Dans le cas d’une enzyme, si les acides aminés modifiés se
trouvent dans le site actif ou dans une autre zone cruciale, l’enzyme peut exercer une activité différente ou se lier à un autre
substrat. Dans des conditions environnementales où les nouvelles fonctions sont avantageuses pour l’organisme, la sélection naturelle tend à favoriser la forme mutée du gène, de sorte
qu’il persiste dans la population. C’est de cette façon qu’on
explique généralement l’apparition d’une multitude d’enzymes
au cours des quelques milliards d’années de l’histoire de la vie.
Des chercheurs ont recueilli des données à l’appui de ce
modèle en utilisant une technique de laboratoire qui imite
l’évolution dans les populations naturelles. Un groupe de
chercheurs a tenté de vérifier si le fonctionnement de la
bgalactosidase, une enzyme, pouvait changer avec le temps
dans des populations de bactéries Escherichia coli (E. coli). La
bgalactosidase dégrade le disaccharide lactose en sucres
simples : le glucose et le galactose. Les chercheurs ont eu recours
à des techniques moléculaires pour introduire des mutations
aléatoires dans les gènes des bactéries E. coli. Ensuite, ils ont
testé la capacité de ces bactéries de dégrader un disaccharide
légèrement différent (contenant du fucose plutôt que du
galactose). Ils ont ensuite sélectionné les bactéries mutantes
qui y parvenaient le mieux et les ont exposées à une autre
phase de mutation et de sélection. Après sept phases successives, l’enzyme « évoluée » s’est liée 100 fois plus fortement
au nouveau substrat et l’a dégradé de 10 à 20 fois plus rapidement que l’enzyme originale.
Les chercheurs qui ont mené cette expérience ont découvert que l’enzyme transformée comportait six acides aminés
modifiés. Deux de ces acides aminés se trouvaient dans le site
actif, deux autres à proximité du site actif et les deux derniers à la surface de la protéine (figure 8.18). Cette expérience
et d’autres de ce type ont conforté l’idée que quelques changements peuvent effectivement modifier le fonctionnement
enzymatique.
retour sur le ConCept 8.4
1. De nombreuses réactions spontanées se produisent
très lentement. Pourquoi les réactions spontanées
ne sontelles pas toutes instantanées ?
2. Pourquoi les enzymes agissentelles seulement
sur des substrats très spécifiques ?
3.
et sI ?
Le malonate est un inhibiteur de
l’enzyme succinatedéshydrogénase. Comment
détermineriezvous si le malonate est un inhibiteur
compétitif ou non compétitif ?
4. FaItes des lIens Dans la nature, quelles conditions
pourraient faire en sorte que la sélection naturelle
favorise des bactéries dotées d’enzymes capables
de dégrader les disaccharides contenant du fucose,
comme celles que nous venons de mentionner.
(Voir le texte sur la sélection naturelle, concept 1.2,
p. 15 et 16.)
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
8.5
La régulation de l’activité
enzymatique contribue à la régulation
du métabolisme
Lorsqu’une série de réactions métaboliques aboutit à un carrefour, la cellule doit être en mesure de « décider » quelle voie
emprunter. Si toutes les voies métaboliques d’une cellule fonctionnaient simultanément, il en résulterait un chaos chimique
indescriptible. La capacité de la cellule de régler rigoureusement le fonctionnement de toutes ses voies métaboliques est
essentielle à la vie. La cellule détermine le moment et l’endroit
où ses différentes enzymes sont actives. Par exemple, certaines
enzymes comme la pepsine sont sécrétées sous une forme
inactive par les cellules gastriques, qui se protègent ainsi de
leur action potentiellement destructrice, la pepsine ne devenant active que dans la lumière de l’estomac. Mais la cellule
coordonne l’activité enzymatique principalement en activant
ou en inhibant les gènes qui codent pour des enzymes spécifiques (comme nous le verrons dans la troisième partie du
manuel), ou en régulant l’activité des enzymes existantes ; le
deuxième type de régulation étant, chez les Eucaryotes, beaucoup plus rapide que le premier.
La régulation allostérique
des enzymes
Dans de nombreux cas, les molécules qui régulent naturellement l’activité enzymatique dans une cellule agissent comme
des inhibiteurs non compétitifs réversibles (voir la figure 8.17c).
Elles modifient la forme et le fonctionnement du site actif
d’une enzyme en se liant de façon non covalente à un site se
trouvant ailleurs sur la molécule d’enzyme. Dans la régulation allostérique, la fonction d’un des sites d’une protéine
m Figure 8.18 Expérience imitant l’évolution d’une enzyme.
tiond’unsucredifférentdulactose.Cemodèleenrubanmontreunedessous-unitésdel’enzymemodifiée;onytrouvesixacidesaminésmodifiés.
Deux acides aminés modifiés
se trouvent près du site actif.
Site actif
Deux acides aminés modifiés
se trouvent dans le site actif.
Deux acides aminés modifiés se
trouvent à la surface de la protéine.
par des gènes. Une mutation, c’estàdire un changement permanent dans un gène, peut entraîner la production d’une protéine dont un ou plusieurs acides aminés ont été modifiés.
Dans le cas d’une enzyme, si les acides aminés modifiés se
trouvent dans le site actif ou dans une autre zone cruciale, l’enzyme peut exercer une activité différente ou se lier à un autre
substrat. Dans des conditions environnementales où les nouvelles fonctions sont avantageuses pour l’organisme, la sélection naturelle tend à favoriser la forme mutée du gène, de sorte
qu’il persiste dans la population. C’est de cette façon qu’on
explique généralement l’apparition d’une multitude d’enzymes
au cours des quelques milliards d’années de l’histoire de la vie.
Des chercheurs ont recueilli des données à l’appui de ce
modèle en utilisant une technique de laboratoire qui imite
l’évolution dans les populations naturelles. Un groupe de
chercheurs a tenté de vérifier si le fonctionnement de la
bgalactosidase, une enzyme, pouvait changer avec le temps
dans des populations de bactéries Escherichia coli (E. coli). La
bgalactosidase dégrade le disaccharide lactose en sucres
simples : le glucose et le galactose. Les chercheurs ont eu recours
à des techniques moléculaires pour introduire des mutations
aléatoires dans les gènes des bactéries E. coli. Ensuite, ils ont
testé la capacité de ces bactéries de dégrader un disaccharide
légèrement différent (contenant du fucose plutôt que du
galactose). Ils ont ensuite sélectionné les bactéries mutantes
qui y parvenaient le mieux et les ont exposées à une autre
phase de mutation et de sélection. Après sept phases successives, l’enzyme « évoluée » s’est liée 100 fois plus fortement
au nouveau substrat et l’a dégradé de 10 à 20 fois plus rapidement que l’enzyme originale.
Les chercheurs qui ont mené cette expérience ont découvert que l’enzyme transformée comportait six acides aminés
modifiés. Deux de ces acides aminés se trouvaient dans le site
actif, deux autres à proximité du site actif et les deux derniers à la surface de la protéine (figure 8.18). Cette expérience
et d’autres de ce type ont conforté l’idée que quelques changements peuvent effectivement modifier le fonctionnement
enzymatique.
retour sur le ConCept 8.4
1. De nombreuses réactions spontanées se produisent
très lentement. Pourquoi les réactions spontanées
ne sontelles pas toutes instantanées ?
2. Pourquoi les enzymes agissentelles seulement
sur des substrats très spécifiques ?
3.
et sI ?
Le malonate est un inhibiteur de
l’enzyme succinatedéshydrogénase. Comment
détermineriezvous si le malonate est un inhibiteur
compétitif ou non compétitif ?
4. FaItes des lIens Dans la nature, quelles conditions
pourraient faire en sorte que la sélection naturelle
favorise des bactéries dotées d’enzymes capables
de dégrader les disaccharides contenant du fucose,
comme celles que nous venons de mentionner.
(Voir le texte sur la sélection naturelle, concept 1.2,
p. 15 et 16.)
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
8.5
La régulation de l’activité
enzymatique contribue à la régulation
du métabolisme
Lorsqu’une série de réactions métaboliques aboutit à un carrefour, la cellule doit être en mesure de « décider » quelle voie
emprunter. Si toutes les voies métaboliques d’une cellule fonctionnaient simultanément, il en résulterait un chaos chimique
indescriptible. La capacité de la cellule de régler rigoureusement le fonctionnement de toutes ses voies métaboliques est
essentielle à la vie. La cellule détermine le moment et l’endroit
où ses différentes enzymes sont actives. Par exemple, certaines
enzymes comme la pepsine sont sécrétées sous une forme
inactive par les cellules gastriques, qui se protègent ainsi de
leur action potentiellement destructrice, la pepsine ne devenant active que dans la lumière de l’estomac. Mais la cellule
coordonne l’activité enzymatique principalement en activant
ou en inhibant les gènes qui codent pour des enzymes spécifiques (comme nous le verrons dans la troisième partie du
manuel), ou en régulant l’activité des enzymes existantes ; le
deuxième type de régulation étant, chez les Eucaryotes, beaucoup plus rapide que le premier.
La régulation allostérique
des enzymes
Dans de nombreux cas, les molécules qui régulent naturellement l’activité enzymatique dans une cellule agissent comme
des inhibiteurs non compétitifs réversibles (voir la figure 8.17c).
Elles modifient la forme et le fonctionnement du site actif
d’une enzyme en se liant de façon non covalente à un site se
trouvant ailleurs sur la molécule d’enzyme. Dans la régulation allostérique, la fonction d’un des sites d’une protéine
m Figure 8.18 Expérience imitant l’évolution d’une enzyme.
tiond’unsucredifférentdulactose.Cemodèleenrubanmontreunedessous-unitésdel’enzymemodifiée;onytrouvesixacidesaminésmodifiés.
Deux acides aminés modifiés
se trouvent près du site actif.
Site actif
Deux acides aminés modifiés
se trouvent dans le site actif.
Deux acides aminés modifiés se
trouvent à la surface de la protéine.