Exemples de contrôle de voies métaboliques

1. Exemples de contrôle de voies métaboliques Contrôle: une seule enzyme ou plusieurs?

2. Aspartate transcarbamoylase bactérienne ZOOM: +ATP Controle +ATP Controle +CTP +CTP Début de la synthèse des bases puriques: (d)CTP, UTP, dTTP; Inhibé lorsque les purines sont disponibles; activé lorsque les pyrimidines ( (d)ATP, (d)GTP ) sont disponibles

4. Prokaryotes: opéron « lac » Eucaryotes: activité multi enzymatique (Exemple: synthèse d’acides gras)

5. Régulation coordonnée de la synthèse et de la dégradation du glycogène par l’AMPc: Glycogène Glucose P

6. Régulation coordonnée de la synthèse et de la dégradation du glycogène par le glucose: (Glycogène +Pi)  Glucose-P UDP-glucose  glycogène

7. Régulation de la glycolyse et du cycle de Krebs: Glucose

8. La vision: Cellules cones (couleurs) et bâtonnet (vision crépusculaire) Disques contenant la rhodopsine Guanylate cyclase cGMP GTP Na+K+ ATPase Disques « en construction » Canaux (Na+, Ca++) ouverts par cGMP Noyau Membrane dépolarisée Synapse (  vers nerf optique)

9. La rhodopsine, un récepteur de la lumière, couplé aux protéines G…

10. A l’obscurité: • La rhodopsine est inactive. • La transducine est donc inactive. • La guanylate cyclase synthétise du cGMP. • Le cGMP ouvre des canaux Ca++ et maintient le taux de Ca++ élevé, donc la cellule dépolarisée. • Le Ca++ active la GCAP (Guanylate Cyclase Activating Protein), qui active la Guanylate cyclase. Boucle de rétroaction positive! • Le Ca++ active la recoverine, qui inactive partiellement la rhodopsine kinase et augmente sa spécificité pour la métarhodopsine II (active) • Le Ca++ active l’adénylate cyclase. L’AMPc active la PKA, qui phosphoryle et inactive la phosducine.

11. Contrôles: récupération à faible luminosité • La Métarhodopsine II est instable: pert son rétinal, qui est rapidement réduit en « tout trans rétinol ». Il doit être capté par une des cellules de la base de la rétine pour être converti en 11-cis rétinol, puis en 11-cis rétinal, puis retransporté vers la cellule en batonnet (ou cone) pour régénérer la rhodopsine. • La métarhodopsine II active une kinase spécialisée, la « rhodopsine kinase », qui la phosphoryle. La métarhodopsine II phosphorylée active puis reconnaît l’arrestine (un inhibiteur compétitif) plutôt que la transducine… • La transducine TαGTP est une GTPase: elle hydrolyse le GTP en GDP, puis interagit avec avec Tβγ plutôt qu’avec la phosphodiestérase… Cette interaction permet à la fois d’inactiver la transducine, et de l’amener à proximité de la rhodopsine pour un éventuel nouveau cycle d’activation-désactivation. • Des protéines spécialisées (« RGS ») augmentent l’activité GTPase de la transducine et facilitent son inactivation

12. Après un « flash » lumineux: • Le taux de Ca++ diminue suite à la fermeture des canaux. Suite à cette diminution: • L’adénylate cyclase est inactive. La phosducine est alors déphosphorylée par des phosphatases. Elle reconnaît la sous-unité Tβγ et la dissocie de la membrane. Le complexe TαGDPne peut plus se réassocier à la membrane, et ne peut donc plus être activé par la rhodopsine. • La recoverine est inhibée, et ne reconnaît plus la rhodopsine kinase. Cette dernière devient peu sélective, et phosphoryle aussi bien la rhodopsine (non encore activée) que la métarhodopsine II (active). • La CGAP est activée, et l’activité guanylate cyclase augmente (transitoirement) • En cas d’éblouissement prolongé: le Na+ chute également. La CGAP est alors inactivée, et la guanylate cyclase est inhibée par la sous-unité Tβγ. Ceci permet d’éviter un cycle futile synthèse-dégradation du cGMP.

13. Quelques exemples de contrôle : • « Opérons » bactériens • Synthèse d’acides gras • Synthèse et utilisation du glycogène • Glycolyse et néoglucogénèse • Cycle Krebs • Vision • Etc…  La règle: contrôle « partagé », réparti à plusieurs niveaux. Pourquoi?