Le Métabolisme une Introduction. Régulation métabolique

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1 Le Métabolisme une Introduction Régulation métabolique

2 Régulation du métabolisme Les voies métaboliques sont fortement régules Tous les différentes réactions sont coordonnées Les cellules ne dégradent pas une substance dont ils ont besoin! Les enzymes qui accélèrent des réactions peuvent être arrêté!

3 Régulation du métabolisme Les points de régulation sont des réactions hors équilibre. Dans l'exemple nous avons regardé il y en a 6. Modification de l'activité de ces enzymes dans la cellule changera le flux métabolique. Import HXT1/2 Hexokinase Phosphoglucoisomerase Phosphofructokinase Aldolase Triose phosphare isomerase Glyceraldehyde 3 phosphate deshydrogenase Phosphoglycerate kinase Phosphoglyceromutase Enolase Pyruvate Kinase Pyruvate decarboxylase Alcool deshydrogenase

4 Régulation des réactions Trois stratégies différentes... Modifier les taux des enzymes (leur quantité) Modifier l'activité des enzymes présentes (leurs vitesse) Modifier l'accessibilité des enzymes. Pas forcement une seule a la fois. Différentes méthodes s'opèrent a des vitesses différentes.

5 Régulation des réactions Variations des taux d'enzyme Expression des gènes et dégradation des protéines. Lente (une petite heure) Variation de l'activité de l'enzyme Modification chimique Liaison d'un inhibiteur Rapide (secondes) Variation de l'accessibilité Modification des transporteurs (leur taux ou leur activité).

6 Régulation de l'activité enzymatique Activation du substrat Import HXT1/2 Hexokinase Phosphoglucoisomerase Phosphofructokinase Récupération d'énergie Élimination des déchets Fructose 6 Phosphate HO H H CH 2 OH C O C H C OH C OH 2 CH 2 OPO 3 ATP Phosphofructokinase Fructose 1,6 bis HO H H Phosphate 2 CH 2 OPO 3 C O C H C OH C OH 2 CH 2 OPO 3 ADP

7 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes Vitesse de réaction [ATP] faible [ATP] fort Le substrat (ATP) est un inhibiteur [Fructose 6 Phosphate]

8 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes Vitesse de réaction [ATP] + [AMP] [ATP] fort Le AMP détruit cet effet. [Fructose 6 Phosphate]

9 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes 2 O 3 POH 2 C H O OH OPO 3 2 Fructose 2,6 bis phosphate est un régulateur H OH H CH 2 OH

10 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes Vitesse de réaction [F26BP] fort [F26BP] faible [Fructose 6 Phosphate]

11 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes ATP Fructose 6 Phosphate Phosphofructokinase2 ADP Fructose 2,6 bis Phosphate Pi H 2 O

12 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes Phosphofructokinase2 Enz Fructose 6 Phosphate Fructose 2,6 bis Phosphate Enz P

13 Régulation de l'activité enzymatique Taux des enzymes Activité des enzymes Accès aux substrats des enzymes Phosphofructokinase2 Enz Fructose 6 Phosphate Fructose 2,6 bis Phosphate Enz P Signal externe...

14 Régulation de l'activité enzymatique Phosphofructokinase2 Enz Signal externe ATP Fructose 6 Phosphate Enz P Fructose 2,6 bis Phosphate Phosphofructokinase Fructose 1,6 bis Phosphate ATP AMP

15 Régulation de l'activité enzymatique ATP Fructose 6 Phosphate Fructose 1,6 bis Phosphate Phosphofructokinase2 Enz Enz P Phosphofructokinase Signal externe Fructose 2,6 bis Phosphate ATP AMP Régulation par: Énergie, Substrats Environnement de la cellule

16 Régulation des taux d'enzyme Dans la levure plusieurs transporteurs... HXT1 17 GAL2 SNF3 RGT2 Dans la famille MFS (Major facilitator superfamilly) Saccharomyces très riche en transporteurs MFS.

17 Régulation des taux d'enzyme Régulation d'une transporteur passive! Transport passive mais horséquilibre. Système de régulation complexe des multiples transporteurs Régulation transcriptionelle des gènes. Régulation de l'activité Régulation de la stabilité. Import HXT1/2 Hexokinase Phosphoglucoisomerase Phosphofructokinase Aldolase Triose phosphare isomerase Glyceraldehyde 3 phosphate deshydrogenase Phosphoglycerate kinase Phosphoglyceromutase Enolase Pyruvate Kinase Pyruvate decarboxylase Alcool deshydrogenase

18 Régulation des taux d'enzyme HXT1 transporteur a basse affinité (100mM) HXT3 transporteur a moyen affinité (50mM) HXT2,6 et 7 transporteurs à haut affinité (1 2mM) HXT4 transporteur a moyen affinité (10mM). Les autres? HXT1 HXT3 HXT4 HXT2,6 et 7

19 Régulation des taux d'enzyme Plusieurs voies de régulation chevauchant Plusieurs autres protéines Rgt1 Co represseurs Tup1, Ssn6 Transmetteur Grr1 Senseurs Rgt2 et Snf3. La voie de Rgt1 Sans glucose le facteur de transcription Rgt1 se lie aux promoteurs et reprime l'expression des genes. Ssn6 Tup1 Rgt1 hxt1 4

20 Régulation des taux d'enzyme Plusieurs voies de régulation chevauchant Plusieurs autres protéines Rgt1 Co represseurs Tup1, Ssn6 Transmetteur Grr1 Senseurs Rgt2 et Snf3. La voie de Rgt1 Avec un peu de glucose le facteur de transcription Rgt1 ne se lie plus aux promoteurs et les genes sont exprimés. Rgt1 Snf3 Grr1 Ssn6 Tup1 hxt1 4

21 Régulation des taux d'enzyme Plusieurs voies de régulation chevauchant Plusieurs autres protéines Rgt1 Co represseurs Tup1, Ssn6 Transmetteur Grr1 Senseurs Rgt2 et Snf3. La voie de Rgt1 Avec un beaucoup de glucose le facteur de transcription Rgt1 se lie encore au promoteur hxt1 et active le gene. Rgt1 Rgt2 Grr1 hxt1

22 Régulation des taux d'enzyme Le mechanisme de Grr1 n'est pas claire, c'est une modificateur de protéines. Snf3 et Rgt2 fonctionnent comme sensors. Rgt1 est une regulateur typique de type doigt de Zn. (Cys 6 Zn 2 ) La voie de Rgt1 Rgt2 Snf3 Grr1 Grr1 Rgt1 hxt1 4

23 Régulation des taux d'enzyme Plusieurs voies de régulation chevauchant Plusieurs autres protéines Avec beaucoup de glucose le Mig1, la forme phosphorylé facteur est de transcription Mig1 cytoplasmique. reprime l'expression des genes Proteine kinase Snf1 hxt2 et hxt4. Corepresseurs Tup1 et Ssn6 Reg1 Transporteur Hxt? et HXK2 La voie de Mig1 Ssn6 Tup1 Mig1 Hxt?/HXK2 Snf1 Reg1 hxt2/4

24 Régulation par glucose externe Signalisation du glucose Détecteur Transmission du signal Effecteurs Dans la levure il existe un système de détection de glucose en plus de celui déjà vu même en absence du métabolisme. Stockage des Glucides Snf1 Résistance au stress Reg1 Glucose Levure Croissance Longeur de vie Diffférentiation Tpk123 Grr1

25 Régulation par glucose externe Récepteur à 7 hélices transmembranaires (Gpr1) Glucose Protéines G hétérotrimériques (Gpr2+?) Génération d'un messager secondaire (camp) β γ Gpr2 α Gpr1 GDP Rgs2 Gpr2 α Gpr1 GTP Activation de PKA (Bcy1, Tpk1 3) Modification des enzymes Ras1/2 Cyr1 Modification du métabolisme camp Modification de la physiologie

26 Régulation par glucose externe Récepteur à 7 hélices transmembranaires (Gpr1) Protéines G hétérotrimériques (Gpr2+?) Génération d'un messager secondaire (camp) Activation de PKA (Bcy1, Tpk1 3) Modification des enzymes Modification du métabolisme R Bcy1 C Tpk1 Ras1/2 R Bcy1 C Tpk1 Gpr2 α camp GTP Cyr1 R Bcy1 C Tpk1 Modification de la physiologie

27 Oscillations dans le métabolisme! Si on regarde la concentration de NADH dans des cellules, ou extraits de cellule, qui font une fermentation elle oscille! C'est la result du système de régulation et de sa dynamique. Des différences des échelles de temps! Illustration! Relaxation oscillations.

28 Oscillations dans le métabolisme! Différentes types d'oscillation sont possibles. C'est la result du système de régulation et de sa dynamique. Des différences des échelles de temps! Illustration! sinusoidal oscillations.

29 Oscillations dans le métabolisme! Trois origines sont proposés: PFK,Inhibition par son substrate ATP, activation par les produits AMP et FBP. Régulation distribué. Les transporteurs ATP, autocatalyse de la voie. PFK regulation

30 Oscillations dans le métabolisme! Trois origines sont proposés: PFK,Inhibition par son substrate ATP, activation par les produits AMP et FBP. Régulation distribué. Les transporteurs ATP, autocatalyse de la voie. Sites de régulation

31 Oscillations dans le métabolisme! Trois origines sont proposés: PFK,Inhibition par son substrate ATP, activation par les produits AMP et FBP. Régulation distribué. Les transporteurs ATP, autocatalyse de la voie. Effects of substrate rate on relaxation oscillations

32 Oscillations dans le métabolisme! Trois origines sont proposés: PFK,Inhibition par son substrate ATP, activation par les produits AMP et FBP. Régulation distribué. Les transporteurs ATP, autocatalyse de la voie. Autocatalysis view.

33 PFK et les oscillations in vitro... Dans les extraits les oscillations viennent de la PFK. L'activité de PFK donne des trioses phosphates Qui donnent de l'atp. Qui arrete l'activité Jusqu'au moment ou la concentration d'atp est basse (phase lente). Renouvellement d'activité qui baisse les niveaux d'atp plus. Figure 6 ex article

34 Oscillations in vivo toujours pas compris... PFK très important. Régulation de phase par NAD+/NADH Synchronisation de la culture par Acetaldehyde.

35 Métabolisme et Régulation Régulation a plusieurs niveaux: Genes Protéines Métabolites. Régulation est un processus dynamique. Régulation par plusieurs facteurs: Interieur Extérieur. Points spécifiques de régulation. Importance de la signalisation.