176 DeUXiÈMe partie La cellule
est modifiée par la liaison d’une molécule régulatrice à un
autre site (allo signifie « autre »). La régulation allostérique
peut aboutir à l’inhibition ou à la stimulation de l’activité enzymatique et constitue un moyen de gérer le métabolisme avec
précision et rapidité.
L’activation et l’inhibition
allostériques
La plupart des enzymes qu’on sait régulées par allostérie ont
une structure quaternaire constituée de deux ou de plusieurs
sousunités, chacune composée d’une chaîne polypeptidique
qui possède son propre site actif. Le complexe entier oscille
entre deux formes : l’une est active du point de vue catalytique,
l’autre inactive (figure 8.19a). Dans la régulation allostérique
la plus simple, un effecteur, c’estàdire une molécule activatrice ou inhibitrice, se lie à un site de régulation (parfois appelé
site allostérique) souvent situé à l’endroit où les sousunités
se joignent. Lorsqu’il se lie à un site de régulation, un activateur stabilise la configuration qui a des sites actifs fonctionnels.
Par contre, quand un inhibiteur s’unit à un site de régulation,
il stabilise la forme inactive de l’enzyme. Les sousunités d’une
enzyme allostérique s’articulent de telle sorte qu’un changement qui se produit dans la forme d’une sousunité se transmet à toutes les autres sousunités. Grâce à cette interaction,
la fixation d’une seule molécule d’activateur ou d’inhibiteur
à un site de régulation modifie tous les sites actifs de l’enzyme.
Les fluctuations de la concentration de régulateurs peuvent
entraîner un enchaînement complexe dans l’activité des
enzymes cellulaires. Par exemple, les produits de l’hydrolyse
de l’ATP (ADP et P i ) contribuent, par leurs effets sur des
enzymes clés, à la bonne circulation sur les voies anaboliques
et cataboliques. La liaison allostérique de l’ATP à certaines
enzymes cataboliques réduit l’affinité de ces enzymes avec le
substrat et, par le fait même, inhibe leur activité. L’ADP,
cependant, agit comme activateur de ces mêmes enzymes. Ce
phénomène est logique, car les fonctions du catabolisme
consistent à régénérer l’ATP. Si la production d’ATP est trop
lente par rapport à son utilisation, l’ADP s’accumule et active
les enzymes clés qui accélèrent le catabolisme. Par contre,
si la formation d’ATP excède la demande, le catabolisme
ralentit à mesure que l’ATP s’accumule ; la liaison de l’ATP
aux enzymes du catabolisme les inhibe. (Nous verrons des
exemples plus précis de ce type de régulation lorsque nous
étudierons la respiration cellulaire au chapitre suivant.) L’ATP,
l’ADP et d’autres molécules associées ont également des effets
sur les enzymes clés des voies anaboliques. Ainsi, les enzymes
allostériques régulent la vitesse des réactions clés dans les
deux types de voies métaboliques.
Il existe un autre mécanisme d’activation allostérique dans
lequel une molécule de substrat (plutôt qu’une molécule activatrice) liée à un des sites actifs d’une enzyme possédant plusieurs sousunités peut stimuler le pouvoir catalytique de cette
enzyme en influant sur les autres sites actifs (figure 8.19b). Si
une enzyme possède deux ou plusieurs sousunités, l’ajustement induit qu’une molécule de substrat entraîne dans une
de cellesci déclenche un ajustement dans toutes les autres.
En d’autres termes, la présence d’une molécule de substrat fait
en sorte que l’enzyme accepte plus facilement d’autres molécules de substrat. Ce mécanisme, appelé coopérativité, accroît
donc la réponse de l’enzyme au substrat. La coopérativité est
considérée comme une régulation allostérique parce que la
liaison du substrat à un site actif influe sur la catalyse dans
un autre site actif.
Même si l’hémoglobine – la protéine de transport de l’oxygène chez les vertébrés – n’est pas une enzyme, ce sont des
études devenues classiques sur la liaison coopérative dans
m Figure 8.19 La régulation allostérique de l’activité
enzymatique.
Enzyme allostérique
à quatre sous-unités
Forme active
Forme active stabilisée
Forme inactive
Forme inactive
Forme inactive
stabilisée
Forme active
stabilisée
Site de
régulation
(un des quatre)
Activateur
Inhibiteur
Substrat
Site actif
(un des quatre)
Site
actif non
fonctionnel
Oscillation
L’activateur allostérique
stabilise la forme active.
La fixation d’une molécule de substrat au site
actif d’une sous-unité incite toutes les autres
sous-unités à adopter la même forme active.
L’inhibiteur allostérique
stabilise la forme inactive.
(a) Activateurs et inhibiteurs allostériques
(b) Coopérativité : autre type d’activation allostérique
À faibles concentrations, les activateurs et les inhibiteurs
se dissocient de l’enzyme, qui peut alors osciller à nouveau.
La forme inactive (à gauche) oscille entre les deux formes (active
et inactive) quand la forme active n’est pas stabilisée par le substrat.
est modifiée par la liaison d’une molécule régulatrice à un
autre site (allo signifie « autre »). La régulation allostérique
peut aboutir à l’inhibition ou à la stimulation de l’activité enzymatique et constitue un moyen de gérer le métabolisme avec
précision et rapidité.
L’activation et l’inhibition
allostériques
La plupart des enzymes qu’on sait régulées par allostérie ont
une structure quaternaire constituée de deux ou de plusieurs
sousunités, chacune composée d’une chaîne polypeptidique
qui possède son propre site actif. Le complexe entier oscille
entre deux formes : l’une est active du point de vue catalytique,
l’autre inactive (figure 8.19a). Dans la régulation allostérique
la plus simple, un effecteur, c’estàdire une molécule activatrice ou inhibitrice, se lie à un site de régulation (parfois appelé
site allostérique) souvent situé à l’endroit où les sousunités
se joignent. Lorsqu’il se lie à un site de régulation, un activateur stabilise la configuration qui a des sites actifs fonctionnels.
Par contre, quand un inhibiteur s’unit à un site de régulation,
il stabilise la forme inactive de l’enzyme. Les sousunités d’une
enzyme allostérique s’articulent de telle sorte qu’un changement qui se produit dans la forme d’une sousunité se transmet à toutes les autres sousunités. Grâce à cette interaction,
la fixation d’une seule molécule d’activateur ou d’inhibiteur
à un site de régulation modifie tous les sites actifs de l’enzyme.
Les fluctuations de la concentration de régulateurs peuvent
entraîner un enchaînement complexe dans l’activité des
enzymes cellulaires. Par exemple, les produits de l’hydrolyse
de l’ATP (ADP et P i ) contribuent, par leurs effets sur des
enzymes clés, à la bonne circulation sur les voies anaboliques
et cataboliques. La liaison allostérique de l’ATP à certaines
enzymes cataboliques réduit l’affinité de ces enzymes avec le
substrat et, par le fait même, inhibe leur activité. L’ADP,
cependant, agit comme activateur de ces mêmes enzymes. Ce
phénomène est logique, car les fonctions du catabolisme
consistent à régénérer l’ATP. Si la production d’ATP est trop
lente par rapport à son utilisation, l’ADP s’accumule et active
les enzymes clés qui accélèrent le catabolisme. Par contre,
si la formation d’ATP excède la demande, le catabolisme
ralentit à mesure que l’ATP s’accumule ; la liaison de l’ATP
aux enzymes du catabolisme les inhibe. (Nous verrons des
exemples plus précis de ce type de régulation lorsque nous
étudierons la respiration cellulaire au chapitre suivant.) L’ATP,
l’ADP et d’autres molécules associées ont également des effets
sur les enzymes clés des voies anaboliques. Ainsi, les enzymes
allostériques régulent la vitesse des réactions clés dans les
deux types de voies métaboliques.
Il existe un autre mécanisme d’activation allostérique dans
lequel une molécule de substrat (plutôt qu’une molécule activatrice) liée à un des sites actifs d’une enzyme possédant plusieurs sousunités peut stimuler le pouvoir catalytique de cette
enzyme en influant sur les autres sites actifs (figure 8.19b). Si
une enzyme possède deux ou plusieurs sousunités, l’ajustement induit qu’une molécule de substrat entraîne dans une
de cellesci déclenche un ajustement dans toutes les autres.
En d’autres termes, la présence d’une molécule de substrat fait
en sorte que l’enzyme accepte plus facilement d’autres molécules de substrat. Ce mécanisme, appelé coopérativité, accroît
donc la réponse de l’enzyme au substrat. La coopérativité est
considérée comme une régulation allostérique parce que la
liaison du substrat à un site actif influe sur la catalyse dans
un autre site actif.
Même si l’hémoglobine – la protéine de transport de l’oxygène chez les vertébrés – n’est pas une enzyme, ce sont des
études devenues classiques sur la liaison coopérative dans
m Figure 8.19 La régulation allostérique de l’activité
enzymatique.
Enzyme allostérique
à quatre sous-unités
Forme active
Forme active stabilisée
Forme inactive
Forme inactive
Forme inactive
stabilisée
Forme active
stabilisée
Site de
régulation
(un des quatre)
Activateur
Inhibiteur
Substrat
Site actif
(un des quatre)
Site
actif non
fonctionnel
Oscillation
L’activateur allostérique
stabilise la forme active.
La fixation d’une molécule de substrat au site
actif d’une sous-unité incite toutes les autres
sous-unités à adopter la même forme active.
L’inhibiteur allostérique
stabilise la forme inactive.
(a) Activateurs et inhibiteurs allostériques
(b) Coopérativité : autre type d’activation allostérique
À faibles concentrations, les activateurs et les inhibiteurs
se dissocient de l’enzyme, qui peut alors osciller à nouveau.
La forme inactive (à gauche) oscille entre les deux formes (active
et inactive) quand la forme active n’est pas stabilisée par le substrat.