Fiche de révision : Régulation allostérique des enzymes

📋 Plan du Cours

1. Principes de l’allostérie
2. Coopérativité et enzymes oligomériques
3. Équation et coefficient de Hill
4. Régulation allostérique de la glycolyse
5. Pyruvate kinase et états conformationnels
6. ATCase et régulation des pyrimidines

📖 1. Principes de l’allostérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Allostérie : Changement de conformation d’une protéine provoqué par la fixation d’un effecteur en dehors du site catalytique ou du site de liaison.

★ À maîtriser

• Un inhibiteur allostérique peut empêcher la fixation du ligand en modifiant la conformation de la protéine, tandis qu’un activateur allostérique peut rendre cette fixation possible.

Compléments

• Le modèle de Monod-Wyman-Changeux étend l’allostérie aux enzymes oligomériques dont le changement de conformation se transmet entre sous-unités. — Monod-Wymann-Changeux

💡 Astuce mémo

Un effecteur se fixe sur un site éloigné et déforme l’enzyme comme une charnière.

📖 2. Coopérativité et enzymes oligomériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Coopérativité : Modification de la constante de dissociation, ou de Km, d’une protéine pour un ligand après la liaison préalable d’un autre ligand.

★ À maîtriser

📌 La coopérativité n’est possible que si une protéine possède plusieurs sites de fixation pour le même composé, souvent dans une structure quaternaire oligomérique.

📌 La coopérativité est positive lorsque la fixation d’un ligand augmente l’affinité des autres sites et négative lorsqu’elle la diminue.

• Les enzymes allostériques possèdent généralement une structure quaternaire, ont une cinétique non michaelienne et changent globalement de conformation selon le taux d’occupation de leurs sites.

Compléments

• L’hémoglobine est un exemple de protéine oligomérique présentant un effet coopératif avec l’oxygène.

💡 Astuce mémo

Sites indépendants : chacun agit seul ; sites dépendants : un ligand modifie l’affinité des autres.

📖 3. Équation et coefficient de Hill

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficient de Hill : Pente expérimentale qui mesure la coopérativité et se distingue du nombre total de sites de fixation n.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’équation de Hill s’écrit $\frac{v}{V_{max}}=\frac{[S]^{n_H}}{K_M+[S]^{n_H}}$.

📌 Si nH vaut 1, il n’y a pas de coopérativité ; si nH est supérieur à 1, la coopérativité est positive ; si nH est inférieur à 1, elle est négative.

Compléments

📐 Formule — La forme logarithmique de l’équation de Hill s’écrit $\log\left(\frac{v}{V_{max}-v}\right)=n_H\log[S]-\log K_M$.

• La phosphofructokinase possède une valeur de nH proche de 3,8 à forte concentration d’ATP.

📐 Formule — Le rapport des concentrations de substrat permettant d’atteindre 0,9 Vmax et 0,1 Vmax permet de calculer nH selon $n_H=\frac{\log(81)}{\log([S_{0{,}9}]/[S_{0{,}1}])}$.

💡 Astuce mémo

Saturation → rapport des vitesses → pente de Hill → type de coopérativité.

📖 4. Régulation allostérique de la glycolyse

★ À maîtriser

📌 Les inhibiteurs allostériques de la 6-phosphofructokinase indiquent une charge énergétique élevée, tandis que ses activateurs indiquent un manque de ressources énergétiques.

• Les activateurs allostériques sont:
  • ADP
  • AMP
  • GDP
  • cAMP
  • fructose-2,6-bisphosphate

Compléments

• La 6-phosphofructokinase est une enzyme-clé de la glycolyse qui convertit le glucose en pyruvate.

💡 Astuce mémo

Charge énergétique élevée → inhibition ; manque d’énergie → activation.

📖 5. Pyruvate kinase et états conformationnels

★ À maîtriser

📐 Formule — La pyruvate kinase catalyse la réaction $\mathrm{phosphoénolpyruvate+ADP+H^+\rightarrow pyruvate+ATP}$.

• La pyruvate kinase est inhibée allostériquement par l’ATP et l’alanine, activée par le fructose-1,6-diphosphate et régulée par phosphorylation-déphosphorylation sous contrôle hormonal.

📌 L’allostérie homotrope résulte de la fixation du substrat, tandis que l’allostérie hétérotrope résulte de la fixation d’un métabolite différent du substrat.

📌 Dans la pyruvate kinase, la conformation R fermée possède une affinité supérieure pour le substrat à celle de la conformation T ouverte.

Compléments

• La pyruvate kinase est la dixième et dernière enzyme de la glycolyse et utilise un cation Mg2+ comme cofacteur.

💡 Astuce mémo

État T ouvert et peu affine ; état R fermé et plus affine.

📖 6. ATCase et régulation des pyrimidines

★ À maîtriser

• L’ATCase catalyse une réaction entre le carbamyl phosphate et l’aspartate dans la voie de biosynthèse des pyrimidines.

• L’ATCase d’Escherichia coli est composée de trois chaînes catalytiques et de deux chaînes régulatrices qui portent les sites de fixation des effecteurs ATP et CTP.

📌 Le CTP inhibe allostériquement l’ATCase en favorisant la forme T, tandis que l’ATP active la synthèse des pyrimidines en favorisant la forme R.

Compléments

• En absence de ligand, l’ATCase adopte préférentiellement la forme compacte T, et en présence de ligand elle adopte une structure relâchée R.

• Même en l’absence de substrat ou d’effecteurs hétérotropes, l’ATCase existe en équilibre entre les formes R et T avec un rapport [T]eq/[R]eq d’environ 200.

• La fixation de 0,8 mM de CTP augmente le K0,5 de l’ATCase pour l’aspartate, tandis que 0,6 mM d’ATP annule complètement cet effet.

💡 Astuce mémo

CTP favorise T et freine la voie ; ATP favorise R et stimule la synthèse.

📊 Tableaux de synthèse

Types de coopérativité

Effecteurs allostériques