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19.8 : Régulation enzymatique - Biologie

19.8 : Régulation enzymatique - Biologie


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Objectifs d'apprentissage

  1. Comparez brièvement le contrôle génétique de l'activité enzymatique chez les bactéries avec le contrôle de l'activité enzymatique par rétro-inhibition.
  2. Comparez brièvement un opéron inductible à un opéron répressible.
  3. Comparez brièvement l'inhibition compétitive avec l'inhibition non compétitive.

Dans les cellules vivantes, il existe des centaines d'enzymes différentes qui travaillent ensemble de manière coordonnée. Les cellules vivantes ne synthétisent ni ne décomposent plus de matière qu'il n'en faut pour un métabolisme et une croissance normaux. Tout cela nécessite des mécanismes de contrôle précis pour activer et désactiver les réactions métaboliques. Les enzymes peuvent être contrôlées ou régulées de deux manières : en contrôlant la synthèse de l'enzyme (contrôle génétique) et en contrôlant l'activité de l'enzyme (inhibition de la rétroaction).

Contrôle génétique

Le contrôle génétique de l'activité enzymatique fait référence au contrôle de la transcription de l'ARNm nécessaire à la synthèse d'une enzyme. Dans les cellules procaryotes, cela implique l'induction ou la répression de la synthèse enzymatique par des protéines régulatrices qui peuvent se lier à l'ADN et bloquer ou améliorer la fonction de l'ARN polymérase, l'enzyme nécessaire à la transcription. Les protéines régulatrices font partie soit d'un opéron soit d'un régulon. Un opéron est un ensemble de gènes transcrits sous la forme d'un message polycistronique contrôlé collectivement par une protéine régulatrice. Un régulon est un ensemble de gènes apparentés contrôlés par la même protéine régulatrice mais transcrits en unités monocistroniques. Les protéines régulatrices peuvent fonctionner soit comme répresseurs ou activateurs.

Contrôle génétique : répresseurs

Les répresseurs sont des protéines régulatrices qui bloquent la transcription de l'ARNm. Ils le font en se liant à une partie de l'ADN appelée l'opérateur qui se trouve en aval d'un promoteur. La liaison de la protéine régulatrice à l'opérateur empêche l'ARN polymérase de passer l'opérateur et de transcrire la séquence codante pour les enzymes. C'est ce qu'on appelle le contrôle négatif. Les répresseurs sont des protéines allostériques qui ont un site de liaison pour une molécule spécifique. La liaison de cette molécule au site allostérique du répresseur peut modifier la forme du répresseur qui, à son tour, affecte sa capacité à se lier à l'ADN. Cela peut fonctionner de l'une des deux manières suivantes :

Certains répresseurs sont synthétisés sous une forme qui ne peut pas par elle-même se lier à l'opérateur. La liaison d'une molécule appelée corépresseur, cependant, modifie la forme de la protéine régulatrice en une forme qui peut se lier à l'opérateur et bloquer la transcription.

Figure (PageIndex{1}) : Un opéron répressible en l'absence d'un corépresseur (l'opéron tryptophane). Étape 1 : Le gène régulateur code pour une protéine répresseur inactive. Étape 2 : La protéine répresseur inactivée est incapable de se lier à la région opérateur de l'opéron.

Un exemple de ce type de répression est la trp opéron dans E. coli qui code pour les cinq enzymes de la voie de biosynthèse du tryptophane, un acide aminé. Dans ce cas, la protéine répresseur, codée par un gène régulateur, ne se lie normalement pas à la région opérateur de la trp l'opéron et les cinq enzymes nécessaires à la synthèse de l'acide aminé tryptophane sont fabriqués (Figure (PageIndex{1}) et Figure (PageIndex{2})).

Figure (PageIndex{2}) : Un opéron répressible en l'absence d'un corépresseur (l'opéron tryptophane). Étape 3 : Étant donné que la protéine répresseur inactive est incapable de se lier à la région opérateur, l'ARN polymérase (l'enzyme responsable de la transcription des gènes) est maintenant capable de se lier à la région promotrice de l'opéron. Étape 4 : l'ARN polymérase est désormais capable de transcrire les cinq gènes enzymatiques en ARNm. Étape 5 : Avec la transcription de ces gènes, les cinq enzymes nécessaires à la bactérie pour synthétiser l'acide aminé tryptophane sont maintenant fabriquées.

Le tryptophane, le produit final de ces réactions enzymatiques, fonctionne cependant comme un corépresseur. Le tryptophane est capable de se lier à un site sur la protéine répresseur allostérique, changeant sa forme et lui permettant d'interagir avec la région opérateur. Une fois que le répresseur se lie à l'opérateur, l'ARN polymérase est incapable d'aller au-delà de l'opérateur et de transcrire les gènes pour la biosynthèse du tryptophane. Par conséquent, lorsqu'une quantité suffisante de tryptophane est présente, la transcription des enzymes permettant sa biosynthèse est désactivée (Figure (PageIndex{3}) et Figure (PageIndex{4})).

Figure (PageIndex{3}) : Un opéron répressible en présence d'un corépresseur (l'opéron tryptophane). Étape 2 : Si le corépresseur, le tryptophane, est présent, il se lie à la protéine répresseur inactive. Étape 3 : La liaison du corépresseur provoque l'activation de la protéine répresseur inactive. Étape 4 : La protéine répresseur activée se lie alors à la région opérateur de l'opéron.

Figure (PageIndex{4}) : Un opéron répressible en présence d'un corépresseur (l'opéron tryptophane). Étape 5 : Avec la protéine répresseur active liée à la région opérateur, l'ARN polymérase (l'enzyme responsable de la transcription des gènes) est incapable de se lier à la région promotrice de l'opéron. Étape 6 : Si l'ARN polymérase ne se lie pas à la région promotrice, les cinq gènes enzymatiques ne sont pas transcrits en ARNm. Étape 5 : Sans la transcription des cinq gènes, les cinq enzymes nécessaires à la bactérie pour synthétiser l'acide aminé tryptophane ne sont pas fabriquées.

D'autres répresseurs sont synthétisés sous une forme qui se lie facilement à l'opérateur et bloque la transcription. Cependant, la liaison d'une molécule appelée inducteur modifie la forme de la protéine régulatrice d'une manière qui bloque désormais sa liaison à l'opérateur et permet ainsi la transcription.

Un exemple de ceci est le lac opéron qui code pour les trois enzymes nécessaires à la dégradation du lactose par E. coli. E. coli ne synthétisera les trois enzymes nécessaires à l'utilisation du lactose que si ce sucre est présent dans l'environnement. Dans ce cas, le lactose fonctionne comme un inducteur. En l'absence de lactose, la protéine répresseur se lie à l'opérateur et l'ARN polymérase est incapable de dépasser l'opérateur et de transcrire les gènes d'utilisation du lactose et les trois enzymes de dégradation du lactose ne sont pas synthétisées (Figure (PageIndex{5} ) et Figure (PageIndex{6})).

Figure (PageIndex{5}) : Un opéron inductible en l'absence d'inducteur (l'opéron lactose). Étape 1 : Le gène régulateur code pour une protéine répresseur active.
Étape 2 : La protéine répresseur se lie alors à la région opérateur de l'opéron.

Figure (PageIndex{6}) : Un opéron inductible en l'absence d'inducteur (l'opéron lactose). Étape 3 : Avec la protéine répresseur active liée à la région opérateur, l'ARN polymérase (l'enzyme responsable de la transcription des gènes) est incapable de se lier à la région promotrice de l'opéron. Étape 4 : Si l'ARN polymérase ne se lie pas à la région promotrice, les trois gènes enzymatiques (Z, Y et A) ne sont pas transcrits en ARNm. Étape 5 : Sans la transcription des trois gènes enzymatiques, les trois enzymes nécessaires à l'utilisation du sucre lactose par la bactérie ne sont pas synthétisées.

Lorsque le lactose, l'inducteur, est présent, il se lie à la protéine répresseur allostérique et la fait changer de forme de telle manière qu'elle n'est plus capable de se lier à l'opérateur. Désormais, l'ARN polymérase peut transcrire les trois gènes nécessaires à la dégradation du lactose et la bactérie est capable de synthétiser les enzymes nécessaires à son utilisation (Figure (PageIndex{7}) et Figure (PageIndex{8})) .

Figure (PageIndex{7}) : Un opéron inductible en présence d'un inducteur (l'opéron lactose) Étape 1 : Le gène régulateur code pour une protéine répresseur active. Étape 2 : Le lactose, la molécule inductrice se lie à la protéine répresseur active. Étape 3 : La liaison de l'inducteur inactive la protéine répresseur. Étape 4 : La protéine répresseur inactivée est alors incapable de se lier à la région opérateur de l'opéron.

Figure (PageIndex{8}) : Un opéron inductible en présence d'un inducteur (l'opéron lactose)Étape 5 : Étant donné que la protéine répresseur inactive est incapable de se lier à la région opérateur, l'ARN polymérase (l'enzyme responsable de la transcription des gènes) est maintenant capable de se lier à la région promotrice de l'opéron. Étape 6 : L'ARN polymérase est maintenant capable de transcrire les trois gènes enzymatiques (Z, Y et A) en ARNm. Étape 7 : Avec la transcription de ces gènes, les trois enzymes nécessaires à la bactérie pour utiliser le sucre lactose sont maintenant synthétisées. (Le gène Z code pour la bêta-galactosidase, une enzyme qui décompose le lactose en glucose et galactose. Le gène Y code pour la perméase, une enzyme qui transporte le lactose dans la bactérie. Le gène A code pour la transacétylase, une enzyme qui est censée aide à la libération de galactosides.)

  • Le gène régulateur code pour une protéine répresseur active.
  • La protéine répresseur se lie alors à la région opérateur de l'opéron.
  • Avec la protéine répresseur active liée à la région opérateur, l'ARN polymérase (l'enzyme responsable de la transcription des gènes) est incapable de se lier à la région promotrice de l'opéron.
  • Si l'ARN polymérase ne se lie pas à la région promotrice, les trois gènes enzymatiques (Z, Y et A) ne sont pas transcrits en ARNm.
  • Sans la transcription des trois gènes enzymatiques, les trois enzymes nécessaires à l'utilisation du sucre lactose par la bactérie ne sont pas synthétisées.

  • Le gène régulateur code pour une protéine répresseur active.
  • Le lactose, la molécule inductrice se lie à la protéine répresseur active.
  • La liaison de l'inducteur modifie la forme du répresseur allostérique, le rendant inactivé.
  • La protéine répresseur inactivée est alors incapable de se lier à la région opérateur de l'opéron.
  • Puisque la protéine répresseur inactive est incapable de se lier à la région opérateur, l'ARN polymérase (l'enzyme responsable de la transcription des gènes) est maintenant capable de se lier à la région promotrice de l'opéron.
  • L'ARN polymérase est désormais capable de transcrire les trois gènes enzymatiques (Z, Y et A) en ARNm.
  • Avec la transcription de ces gènes, les trois enzymes nécessaires à la bactérie pour utiliser le sucre lactose sont maintenant synthétisées. Le gène A code pour la transacétylase, une enzyme qui est censée aider à la libération de galactosides.)

Contrôle génétique : activateurs

Les activateurs sont des protéines régulatrices qui favorisent la transcription de l'ARNm. Les activateurs contrôlent les gènes qui ont un promoteur auquel l'ARN polymérase ne peut pas se lier. Le promoteur est adjacent à un segment d'ADN appelé site de liaison à l'activateur. L'activateur est une protéine allostérique synthétisée sous une forme qui ne peut normalement pas se lier au site de liaison de l'activateur. En conséquence, l'ARN polymérase est incapable de se lier au promoteur et de transcrire les gènes (Figure (PageIndex{9})).

Figure (PageIndex{9}): Une protéine activatrice en l'absence d'inducteur

Cependant, la liaison d'une molécule appelée inducteur à l'activateur modifie la forme de l'activateur d'une manière qui lui permet désormais de se lier au site de liaison de l'activateur. La liaison de l'activateur au site de liaison de l'activateur, à son tour, permet à l'ARN polymérase de se lier au promoteur et d'initier la transcription (Figure (PageIndex{1})0 et Figure (PageIndex{1})1 ). C'est ce qu'on appelle le contrôle positif.

Figure (PageIndex{1})0: Une protéine activatrice en présence d'un inducteur, étape 1

Figure (PageIndex{11}) : Une protéine activatrice en présence d'un inducteur, étape 2

Les bactéries utilisent également contrôle translationnel de la synthèse enzymatique. Dans ce cas, les bactéries produisent un ARN antisens complémentaire de l'ARNm codant pour l'enzyme. Lorsque l'ARN antisens se lie à l'ARNm par appariement de bases complémentaires, l'ARNm ne peut pas être traduit en protéine et l'enzyme n'est pas fabriquée (Figure (PageIndex{12})).

Figure (PageIndex{12}) : ARN antisens. Lors du contrôle traductionnel de la synthèse enzymatique, les bactéries produisent un ARN antisens complémentaire de l'ARNm codant pour l'enzyme. Lorsque l'ARN antisens se lie à l'ARNm par appariement de bases complémentaires, l'ARNm ne peut pas être traduit en protéine et l'enzyme n'est pas produite.

La rétro-inhibition

L'activité enzymatique peut être contrôlée par inhibition compétitive et inhibition non compétitive. Avec l'inhibition non compétitive, l'inhibiteur est le produit final d'une voie métabolique capable de se lier à un deuxième site (le site allostérique) de l'enzyme. La liaison de l'inhibiteur au site allostérique modifie la forme du site actif de l'enzyme empêchant ainsi la liaison du premier substrat dans la voie métabolique. De cette façon, le chemin est désactivé (Figure (PageIndex{13})).

Figure (PageIndex{13}) : Inhibition non compétitive avec des enzymes allostériques. Lorsque le produit final (inhibiteur) d'une voie se combine avec le site allostérique de l'enzyme, cela modifie le site actif de l'enzyme de sorte qu'elle ne peut plus se lier au substrat de départ de la voie. Cela bloque la production du produit final.

Avec l'inhibition compétitive, l'inhibiteur est le produit final d'une réaction enzymatique. Ce produit final est également capable de réagir avec le site actif de l'enzyme et empêche l'enzyme de se lier à son substrat normal. En conséquence, le produit final n'est plus synthétisé (Figure (PageIndex{14})).

Figure (PageIndex{14}) : Inhibition compétitive de l'activité enzymatique. Le produit final (inhibiteur) d'une voie se lie au site actif de la première enzyme de la voie. En conséquence, l'enzyme ne peut plus se lier au substrat de départ de la voie.


Voir la vidéo: Immuniteetti (Juin 2022).


Commentaires:

  1. Yosef

    Quels mots nécessaires ... super, excellente idée

  2. Yigol

    Je suis fini, je m'excuse, mais tout ne se rapproche pas. Y a-t-il d'autres variantes?

  3. Wythe

    Sans équivoque, excellent message

  4. Ciardubhan

    Oui, c'est tout à fait

  5. Faeran

    Suivez le pouls de la blogosphère sur les blogs Yandex? Il s'avère que la journée de Tatiana arrive bientôt.



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