chapitre 1 Introduction : les thèmes de l’étude du vivant
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Or, ce travail n’est que le début d’une entreprise encore plus
vaste visant à comprendre comment les activités d’une
myriade de protéines codées par l’ADN sont coordonnées dans
les cellules et les organismes. Pour comprendre l’avalanche de
données émanant des projets de séquençage génomique et le
répertoire grandissant de fonctions pro téiques connues, les
scientifiques utilisent une approche systémique aux niveaux
moléculaire et cellulaire. Plutôt que d’enquêter sur un gène à
la fois, ces chercheurs étudient plutôt des ensembles complets
de gènes propres à une espèce ou comparent les génomes d’espèces différentes. Cette approche s’appelle la génomique.
L’approche génomique a vu le jour grâce à trois grandes
percées. La première est la technologie de haut débit, qui fait
appel à divers appareils permettant d’analyser très rapidement
du matériel biologique et d’obtenir d’énormes quan tités de
données. C’est le cas, par exemple, des séquenceurs d’ADN
utilisés pour réaliser le séquençage du génome humain (voir
informatique, un domaine qui réunit l’ensemble des utilisations de l’informatique pour stocker, organiser et
analyser la
masse de données produite par la technologie à haut débit.
Enfin, la troisième innovation est la création d’équipes de
recherche interdisciplinaires réunissant divers spécialistes issus
de différents champs d’activité : informaticiens, mathématiciens, ingénieurs, chimistes, physiciens et, bien sûr, biologistes.
thème : Les mécanismes de régulation
agissent sur les systèmes biologiques
Tout comme la gestion coordonnée de la circulation routière
dans une ville permet d’en assurer le bon fonctionnement, la
régulation des processus biologiques est essentielle au bon
fonctionnement des systèmes qui en dépendent. Vos muscles
constituent à cet égard un bon exemple. Lors d’activités physiques, vos fibres musculaires accélèrent la dégradation des
molécules de glucose, libérant ainsi l’énergie nécessaire à
l’accomplissement de leur travail de contraction. À l’inverse,
lorsque vous vous reposez, une autre chaîne de réactions
chi miques convertit le glucose excédentaire en substances
de réserve.
Comme la plupart des processus chimiques qui ont lieu
dans la cellule, les processus qui dégradent ou stockent le
glucose sont accélérés, ou catalysés, par des protéines spécialisées appelées enzymes. Chaque type d’enzyme catalyse une
réaction chimique spécifique. Souvent, ces réactions sont
liées à une même voie chimique, chaque réaction étant catalysée par sa propre enzyme. Comment la cellule arrive-t-elle à
coordonner ses diverses voies chimiques ? Dans le cas de l’utilisation du glucose, par exemple, comment la cellule fait-elle
dation du glucose et sa mise en réserve, et arriver ainsi à ajuster l’offre à la demande ? La clé réside dans la capacité de
nombreux processus biologiques de s’autoréguler par un mécanisme appelé rétroaction.
Dans la régulation par rétroaction, le produit d’un processus est le régulateur de ce même processus. Chez les êtres
vivants, la forme de régulation la plus répandue est la rétroinhibition, qui fait que l’accumulation du produit final d’un
processus ralentit ce même processus. Par exemple, la dégradation du glucose de la cellule produit de l’énergie chimique sous
duit plus d’ATP qu’elle peut en consommer, l’excédent « rétroagit » et inhibe une enzyme située au début de la voie chimique
(figure 1.13a).
Il existe également des processus biologiques dont la régulation se fait par rétroactivation ; ce type de régulation est
cependant moins courant que la rétro-inhibition. Dans la
rétroactivation, le produit final d’un processus biologique
m Figure 1.13 Les mécanismes de régulation.
Comment le système de régulation réagirait-il si l’enzyme 2
était absente ?
?
–
Rétro-inhibition
L’excès de D
bloque
une étape.
(a)
A
B
C
D
D
D
D
Enzyme 1
Enzyme 2
Enzyme 3
Rétro-inhibition. La voie biochimique en trois étapes convertit
la substance A en substance D. Une enzyme spécifique catalyse
chaque réaction chimique. L’accumulation du produit final (D) inhibe
la production de la première enzyme de la chaîne, ralentissant ainsi
la production de D.
+
Rétroactivation
L’excès de Z
stimule
une étape.
(b)
W
X
Y
Z
Z
Z
Z
Enzyme 4
Enzyme 5
Enzyme 6
Rétroactivation. Dans une voie biochimique régulée par la
rétroactivation, un produit stimule une enzyme de la chaîne de
réactions, ce qui accroît la vitesse de production de ce même produit.
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Or, ce travail n’est que le début d’une entreprise encore plus
vaste visant à comprendre comment les activités d’une
myriade de protéines codées par l’ADN sont coordonnées dans
les cellules et les organismes. Pour comprendre l’avalanche de
données émanant des projets de séquençage génomique et le
répertoire grandissant de fonctions pro téiques connues, les
scientifiques utilisent une approche systémique aux niveaux
moléculaire et cellulaire. Plutôt que d’enquêter sur un gène à
la fois, ces chercheurs étudient plutôt des ensembles complets
de gènes propres à une espèce ou comparent les génomes d’espèces différentes. Cette approche s’appelle la génomique.
L’approche génomique a vu le jour grâce à trois grandes
percées. La première est la technologie de haut débit, qui fait
appel à divers appareils permettant d’analyser très rapidement
du matériel biologique et d’obtenir d’énormes quan tités de
données. C’est le cas, par exemple, des séquenceurs d’ADN
utilisés pour réaliser le séquençage du génome humain (voir
informatique, un domaine qui réunit l’ensemble des utilisations de l’informatique pour stocker, organiser et
analyser la
masse de données produite par la technologie à haut débit.
Enfin, la troisième innovation est la création d’équipes de
recherche interdisciplinaires réunissant divers spécialistes issus
de différents champs d’activité : informaticiens, mathématiciens, ingénieurs, chimistes, physiciens et, bien sûr, biologistes.
thème : Les mécanismes de régulation
agissent sur les systèmes biologiques
Tout comme la gestion coordonnée de la circulation routière
dans une ville permet d’en assurer le bon fonctionnement, la
régulation des processus biologiques est essentielle au bon
fonctionnement des systèmes qui en dépendent. Vos muscles
constituent à cet égard un bon exemple. Lors d’activités physiques, vos fibres musculaires accélèrent la dégradation des
molécules de glucose, libérant ainsi l’énergie nécessaire à
l’accomplissement de leur travail de contraction. À l’inverse,
lorsque vous vous reposez, une autre chaîne de réactions
chi miques convertit le glucose excédentaire en substances
de réserve.
Comme la plupart des processus chimiques qui ont lieu
dans la cellule, les processus qui dégradent ou stockent le
glucose sont accélérés, ou catalysés, par des protéines spécialisées appelées enzymes. Chaque type d’enzyme catalyse une
réaction chimique spécifique. Souvent, ces réactions sont
liées à une même voie chimique, chaque réaction étant catalysée par sa propre enzyme. Comment la cellule arrive-t-elle à
coordonner ses diverses voies chimiques ? Dans le cas de l’utilisation du glucose, par exemple, comment la cellule fait-elle
dation du glucose et sa mise en réserve, et arriver ainsi à ajuster l’offre à la demande ? La clé réside dans la capacité de
nombreux processus biologiques de s’autoréguler par un mécanisme appelé rétroaction.
Dans la régulation par rétroaction, le produit d’un processus est le régulateur de ce même processus. Chez les êtres
vivants, la forme de régulation la plus répandue est la rétroinhibition, qui fait que l’accumulation du produit final d’un
processus ralentit ce même processus. Par exemple, la dégradation du glucose de la cellule produit de l’énergie chimique sous
duit plus d’ATP qu’elle peut en consommer, l’excédent « rétroagit » et inhibe une enzyme située au début de la voie chimique
(figure 1.13a).
Il existe également des processus biologiques dont la régulation se fait par rétroactivation ; ce type de régulation est
cependant moins courant que la rétro-inhibition. Dans la
rétroactivation, le produit final d’un processus biologique
m Figure 1.13 Les mécanismes de régulation.
Comment le système de régulation réagirait-il si l’enzyme 2
était absente ?
?
–
Rétro-inhibition
L’excès de D
bloque
une étape.
(a)
A
B
C
D
D
D
D
Enzyme 1
Enzyme 2
Enzyme 3
Rétro-inhibition. La voie biochimique en trois étapes convertit
la substance A en substance D. Une enzyme spécifique catalyse
chaque réaction chimique. L’accumulation du produit final (D) inhibe
la production de la première enzyme de la chaîne, ralentissant ainsi
la production de D.
+
Rétroactivation
L’excès de Z
stimule
une étape.
(b)
W
X
Y
Z
Z
Z
Z
Enzyme 4
Enzyme 5
Enzyme 6
Rétroactivation. Dans une voie biochimique régulée par la
rétroactivation, un produit stimule une enzyme de la chaîne de
réactions, ce qui accroît la vitesse de production de ce même produit.