La modification de la concentration d’un intermédiaire dans un sentier affecte-t-il directement ou indirectement le flot de métabolites dans toutes les étapes de ce sentier?
Les 2
Que fournissent les sentiers métaboliques du glucose dans la direction catabolique?
L’énergie essentielle pour contrecarrer les forces enthropiques.
Que fournissent les sentiers métaboliques du glucose dans la direction anabolique?
Les précurseurs biosynthétiques et une forme de stockage de l’énergie métabolique.
Quel est le rôle des mécanismes régulateurs?
Ajuster le flux des métabolites à l’intérieur des sentiers quand les circonstances changent, et ce, sur des échelles de temps différents.
Qu’est-ce que l’homéostasie/ l’état stationnaire dynamique?
Régulation des modifications internes suite à l’ingestion ou l’évacuation d’une substance.
La concentration du substrat (S), varie-t-elle avec la vitesse (v) du flux métabolique?
Non, elle demeure constante.
S’il y a 2 étapes à une voie métabolique, comment assure-t-on que [S] demeure constante?
v1 = v2
A -> S -> P
Qu’est-ce que l’homéostasie au niveau moléculaire?
Maintien des concentrations de composés chimiques.
Que peut causer une défaillance des mécanismes homéostatiques?
Ils peuvent être à l’origine de maladies chez les humains.
Qu’est-ce que la différentiation?
Une cellule qui est appelée à se transformer en un autre type de cellule via des protéines.
Suite à des perturbations externes passagères ou à une différenciation, comment l’organisme peut-il atteindre un nouvel état stationnaire?
Il doit faire des réallocations significatives et durables de l’énergie et des précurseurs biosynthétiques.
Donnez un exemple de problème de régulation.
Le diabète: tous les sentiers sont fonctionnels mais le corps ne sécrète pas assez d’insuline ou reconnaît mal le message envoyé par ce dernier.
À quels niveaux est-ce que l’organisme doit assurer son homéostasie?
Moléculaire
Cellulaire
Organisme entier
Vrai ou faux? Une enzyme est contrôlée par plusieurs mécanisme de régulation plutôt qu’une seule.
Vrai
Comment peut-on ajuster le flux d’une réaction catalysée par une enzyme?
Changer le nombre de molécules de l’enzyme ou l’activité catalytique de chaque molécule d’enzyme déjà présente.
Comment est déclenché le contrôle allostérique de l’activité des enzymes?
Variations dans la concentration locale d’une petite molécule.
Quels types de molécules peuvent modifier le contrôle allostérique de l’activité des enzymes?
Substrat du sentier auquel appartient l’enzyme
Produit du sentier
Métabolite clé ou cofacteur
Comment sont générés les seconds messagers à l’intérieur d’une cellule?
En réponse à des signaux extracellulaires.
Quel est le rôle des seconds messagers?
Médiateurs plus lents de la régulation allostérique.
Quels sont les signaux extracellulaires possibles des seconds messagers?
Hormones
Neurotransmetteurs
Facteurs de croissance
Cytokines
Quelles sont les hormones les plus importantes dans le contrôle du métabolisme énergétique des sucres?
Insuline
Glucagon
Épinéphrine
Quelles voies sont activées par l’insuline, le glucagon et l’épinéphrine?
Voie de l’adénylate cyclase
Voie de l’inositol phosphate
Voie de la tyrosine kinase
Quelles enzymes/second effecteurs sont fréquemment activées par les seconds messagers produits par le voie de contrôle du métabolisme énergétique des sucres?
Kinases
Phosphatases
Quelles cellules sécrètent l’insuline?
Cellules ß du pancréas lorsque la concentration en glucose sanguin est élevée.
Quel est le signal donné par l’insuline?
Suite à un repas, l’insuline signale aux cellules hépatiques, musculaire et adipeuses de capter le glucose sanguin qui est alors entreposé sous la forme de glycogène dans le foie et les muscles et sous forme de triglycérides dans les cellules adipeuses et le foie.
Quelles cellules sécrètent le glucagon?
Cellules alpha du pancréas lorsque la concentration de glucose dans le sang est faible.
Quel est le signal donné par le glucagon?
Il augmente durant le jeune, quand la gluconéogenèse et la dégradation du glycogène sont requises pour remplacer le glucose.
Quelles cellules sécrètent l’épinéphrine?
Glandes surrénales lors d’activité musculaire ou lors de son anticipation.
Quel est l’effet de l’épinéphrine?
Cette hormone permet de s’assurer que les muscles auront accès à suffisamment de sucres pour fournir l’énergie nécessaire à une fuite.
De quoi dépend le nombre de molécules d’une enzyme donnée?
La vitesse relative de synthèse et de dégradation de cette enzyme.
La stabilité de l’ARN messager transcrit, soit sa résistance à la dégradation par les ribonucléases.
Séquestrer l’enzyme et son substrat dans des compartiments cellulaires différents.
Comment modifie-t-on la vitesse de synthèse d’une enzyme?
Avec des facteurs de transcription qui sont des protéines nucléaires qui, lorsqu’activées, se lient à des éléments de réponse (segments spécifiques d’ADN) localisées près des promoteurs des gènes afin d’en contrôler l’expression.
Donnez des exemples de modes d’activation des éléments de réponse.
Phosphorylation/déphosphorylation
Liaison à un ligand spécifique
Vrai ou faux? Les groupes de gènes codant pour les protéines/enzymes d’un seul sentier partagent souvent le même élément de réponse reconnu par le même facteur de transcription.
Vrai
Le contrôle génique de la vitesse d’un sentier engendre-t-il une réponse lente ou rapide aux changements externes?
Plutôt lente
La vitesse de dégradation des enzymes est-elle constante parmi toutes les enzymes?
Non, elle diffère d’une protéine à l’autre et dépend aussi des conditions cellulaires.
Pourquoi dit-on que l’augmentation de la transcription n’est pas toujours proportionnelle à l’augmentation du nombre de protéines produites au final?
Parce que la vitesse à laquelle un ARNm est traduit ainsi que la demi-vie d’un ARNm et de la protéine produite varient.
Si le contrôle de la quantité d’enzymes se fait grâce à la séparation cellulaire de l’enzyme et du substrat, comment peut-on initier la réaction par la suite?
Le substrat et l’enzyme se retrouvent dans le même compartiment soit en facilitant le transport du substrat, soit en permettant la libération de l’enzyme dans le compartiment contenant le substrat.
Comment peut-on réguler l’activité d’une enzyme?
Régulation de la concentration des enzymes, des substrats, la présence d’effecteurs allostériques, des modifications covalentes ou la liaison à une protéine de régulation.
Est-ce que toutes les enzymes sont sensibles à la concentration de leur(s) substrat(s)?
Oui
Quand dit-on que la vitesse initiale de la réaction atteint la moitié de sa vitesse maximale?
Lorsque la [substrat], [S], est égale au Km (vitesse de transport est à la moitié de sa vitesse maximale).
Quand est-ce que l’activité/vitesse de l’enzyme diminue?
Quand la [S] diminue.
Quel est l’équivalent du Km chez un transporteur?
Kt, concentration à laquelle la vitesse de transport est à la moitié de sa vitesse maximale.
Les différentes formes (isozymes) d’une enzyme réagissent-elle de la même manière suite à un changement de [S]?
Non, elles sont affectées différemment par ces changements.
Que nous indique le fait que la [cofacteurs] tels que l’ATP, le NADH et le NADPH est souvent bien au-dessus de la Km?
La concentration de ces cofacteurs n’est généralement pas un facteur limitant dans ces réactions et que ces enzymes opèrent à vitesse maximale.
Qu’est-ce qu’un effecteur allostérique?
Un métabolite ou un cofacteur qui se lie de façon réversible à l’enzyme.
Comment est-ce qu’un effecteur allostérique réagit à un changement de [S]?
Il forme un courbe sigmoïde de variation.
Qu’est-ce que K 0,5?
Valeur indiquant la concentration à laquelle la vitesse de l’enzyme est à la moitié de sa vitesse maximale.
Quelles sont les 2 conformations adoptées par les enzymes allostériques liées ou non à des effecteurs?
T : inactif ou presque inactif
R : actif
Les enzymes allostériques sont-elles majoritairement en état T ou R?
Elles existent sous la forme d’un équilibre entre ces 2 formes.
L’état T a-t-il un Km faible ou élevé?
Élevé
Qu’arrive-t-il à l’équilibre entre l’état T et R lorsqu’on augmente la [S]?
L’équilibre se déplace de T vers R, ce qui aboutit à une augmentation rapide de l’activité catalytique par rapport à la concentration de substrat.
Qu’est-ce que l’effet homotrope?
L’effet des substrats sur les enzymes allostériques via leur fixation au site actif.
L’activation d’une enzyme se fait-elle de façon graduelle ou rapide lors de l’augmentation de la [S]?
Cela se fait rapidement, soit dans une zone étroite de concentration de substrat qui correspond en général avec les conditions physiologiques.
En général, est-ce qu’une enzyme allostérique est plus sensible à une fluctuation de la [S] qu’une enzyme classique?
Oui
Qu’est-ce que le coefficient de Hill?
Expression de la coopérativité d’une enzyme allostérique.
Ex: enzyme classique = 1 et enzyme allostérique = 4
Qu’exprime le coefficient de Hill?
Que lors de l’augmentation de l’activité d’une enzyme, la [S] requise par une enzyme classique est beaucoup plus grande que celle requise par une enzyme allostérique.
Qu’est-ce qu’un modulateur?
Un effecteur allostérique activateur ou inhibiteur qui modifie également la sensibilité de l’enzyme aux variations de substrat.
Qu’est-ce que l’effet hétérotrophe?
L’effet des modulateurs sur une enzyme allostérique.
Quel est l’effet des activateurs allostériques?
Ils stabilisent la forme R.
Quel est l’effet des inhibiteurs allostériques?
Ils stabilisent la forme T.
Qu’est-ce qu’un modification covalente?
Modification moléculaire qui permet une réponse sur l’activité des enzymes.
Quelle est la modification covalente la plus commune?
Phosphorylation
Déphosphorylation
La phosphorylation affecte-t-elle positivement ou négativement l’activité enzymatique?
Les 2
Quels sont les effets de la phosphorylation?
1) Altérer les propriétés électrostatiques du site actif (charge -)
2) Causer l’expulsion d’une région inhibitrice hors du site actif
3) Altérer l’interaction d’une enzyme avec d’autres protéines
4) Provoquer un changement conformationnel qui modifie la Vmax ou Km
Pourquoi est-il important que la phosphorylation cellulaire soit réversible?
Cela permet de restaurer le niveau catalytique original.
Quelles protéines catalysent la déphosphorylation?
Les phosphoprotéines phosphatases
Les phosphoprotéines phosphatases et les kinases sont-elles régulées? Si oui, comment?
Oui, surtout par des hormones
Comment fonctionnent les kinases?
Elles transfèrent le groupement phosphoryle de l’ATP sur les groupements hydroxyles des chaines latérales de certains résidus Ser, Thr, et/ou Tyr.
Les réactions des kinases sont-elles spécifiques ou générales?
Spécifiques à certaines protéines
Quel est l’effet des protéines régulatrices?
Elles modifient l’activité et la spécificité des enzymes.
Les différents mécanismes permettant de modifier le flux d’une étape d’un sentier métabolique sont-ils mutuellement exclusifs?
Non
Quel est l’intérêt de combiner différents mécanisme pour modifier l’activité enzymatique?
Cela permet de répondre de façon plus efficace et rapide à une grande variété de perturbations possibles.
Qu’est-ce que la régulation métabolique?
Mécanisme capable de moduler l’activité d’une enzyme spécifique via une interaction moléculaire.
Qu’est-ce que le contrôle métabolique?
Effet direct d’un régulateur si le flux à travers tout le sentier métabolique.
Quelles réactions forment les points de contrôle des sentiers métaboliques?
Les réactions loin de l’équilibre.
L’équilibre de réactions qui forment le(s) point(s) de contrôle est-elle indépendante des autres réactions du sentier?
Non, l’activité des enzymes de tous les sentiers interconnectés doit être ajustée afin de garder l’étape critique loin de l’équilibre.
Après la protection de l’ADN, quel est le processus biologique le plus important?
Maintenir la [ATP] intracellulaire constante puisque cette dernière ne doit pas être limitante.
Qu’arriverait-il si la [ATP] venait à diminuer significativement?
La vitesse de centaines de réactions utilisant l’ATP seraient affectées par l’effet cinétique avec comme conséquence la mort cellulaire. Il y aurait aussi un effet thermodynamique important pour la variation du ratio [ATP]/[ADP]. Même chose pour [NADH]/[NAD+] et [NADPH]/[NADP+].
Lequel est le meilleur indicateur de l’état énergétique, AMP, ADP ou ATP?
AMP car normalement la [ATP] est beaucoup plus grande que celle de l’AMP donc une augmentation minime de la quantité d’AMP peut créer des augmentations relatives de plus de 600% (0,1 mM -> 0,6 mM = 600% pour l’AMP/ 5,0 mM -> 4,5 mM = 10% pour ATP)
Quelles 2 étapes produisent de l’AMP lors de la consommation d’ATP?
1) Hydrolyse de l’ATP en ADP
2) Adénylate kinase déphosphoryle l’ADP et produit l’AMP
Quel est l’un des médiateurs les plus importants de la régulation allostérique par l’AMP?
L’AMP-activated protein kinase (AMPK)
Comment est activée l’AMPK et quel est son rôle?
Elle est activée par l’augmentation de [AMP] et elle phosphoryle plusieurs enzymes métaboliques clés, ce qui régule leur activité.
Dans quels processus est-ce que L’AMPK est directement associée?
Le transport du glucose, l’activation de la glycolyse, l’oxydation des acides gras, annulation de la synthèse d’acides gras, du cholestérol et des protéines.
Quelle est la différence entre L’AMP-activated protein kinase (AMPK) et la cyclic AMP-dependent protein kinase (PKA)?
La PKA est activée en présence d’AMPc produit par l’adénylate cyclase activée par le glucagon et l’épinéphrine.
Qui est l’activateur et l’inhibiteur allostérique de l’AMPK?
Activateur: AMP
Inhibiteur: ATP
Quelles pressions sélectives ont influencé à la sélection de mécanismes de régulation?
1) maximiser l’efficacité de l’utilisation de carburant en prévenant le fonctionnement simultané de sentier opposés (ex: glycolyse et gluconéogenèse)
2) Bien répartir les métabolites entre 2 sentiers alternatifs (ex glycolyse et voie des pentoses phosphate)
3) Utilise le bon carburant selon les besoins immédiats (ex: glucose, glycogène, lipides ou acides aminés)
4) Diminuer le flux d’un sentier lorsque les produits s’accumulent (ex: rétroinhibition)
Qu’est-ce qu’une enzyme régulée?
Une enzyme loin de l’équilibre.
Quel est l’intérêt de comprendre ce qui limite le flux d’un sentier donné?
Pour comprendre l’action des hormones ou des drogues ainsi que les maladies résultant d’un problème de régulation métabolique (comme le diabète).
Comment peut-on tester sur des cellules ou organismes entiers comment le changement de l’activité d’une enzyme peut affecter le flux métabolique d’un sentier particulier?
En ajoutant de inhibiteurs ou des activateurs spécifiques à certaines enzymes ou augmenter la production d’une enzyme/produire une enzyme qui est moins efficace que l’originale.
Quels 3 paramètres permettent de décrire adéquatement la réponse d’un sentier à des changements métaboliques?
Coefficient de contrôle de flux (C)
Coefficient d’élasticité (epsilon)
Coefficient de réponse (R)
Qu’est-ce que le coefficient e contrôle de flux?
Il exprime la contribution relative de chaque enzyme au flux (J) d’un sentier entier. (C = 0 si aucun impact et 1 si elle détermine à elle seule le flux)
Quand est-ce qu’une enzyme peut avoir un C négatif ou supérieur à 1?
Lorsqu’il y a plusieurs voies branchées.
La somme des C d’un sentier donnent quelle valeur approximativement?
1
De quoi dépend le coefficient de Hill, C?
La concentration des substrats et des effecteurs.
Vrai ou faux? C est une constante et elle est intrinsèque à une seule enzyme.
Faux, elle n’est pas une constante et elle n’est pas intrinsèque à une seule enzyme.
Qu’est-ce que le coefficient d’élasticité?
Réponse d’une enzyme spécifique à un changement dans la concentration d’un substrat ou d’un modulateur (inhibiteur ou activateur).
Qu’est-ce que détermine le coefficient d’élasticité?
Les propriétés cinétiques intrinsèques de l’enzyme.
Qu’utilise-t-on pour calculer les coefficients d’élasticité?
Les graphiques de vitesse en fonction de la concentration du substrat.
Comment se fait l’augmentation de vitesse chez les enzymes classiques?
À faible [S], l’augmentation est directement proportionnelle à celle de la concentration de substrat. À [S] élevée, une augmentation de substrat a peu d’effet sur la vitesse puisque l’enzyme est saturée.
Quelles sont les valeurs du coefficient d’élasticité habituelles des enzymes allostériques?
Elles peuvent dépasser 1 mais ne peuvent excéder le coefficient de Hill de cette enzyme qui est typiquement entre 1 et 4.
Qu’est-ce que le coefficient de réponse (R)?
Le changement d’un flux du sentier quand un facteur externe/paramètre (P) varie.
Quelle est la relation entre le trois coefficients?
La réponse (R) d’un sentier à un facteur externe est fonction de 1) la sensibilité du sentier aux changements de l’activité de l’enzyme en question, soit C et de 2) de la sensibilité de l’enzyme aux changements dans la [facteur régulateur externe], soit l’élascticité.
Quel est le but de connaître les valeurs de 3 coefficients lors d’un changement dû à un facteur externe?
Prédire les variations du flux d’un sentier quand il y a un changement dans la concentration de un ou plusieurs facteurs externes contrôlant le sentier.
Quelle est l’utilité de l’analyse du contrôle métabolique?
1) Concevoir la régulation en termes quantitatifs
2) Interpréter les propriétés régulatrices de chaque enzyme d’un sentier
3) Identifier les étapes qui affectent le plus le flux à travers un sentier
4) Distinguer entre les mécanisme régulateurs qui maintiennent constantes les concentrations des métabolites et les mécanismes du contrôle métabolique qui modifient le flux au travers le sentier complet.
Qu’est-ce qui contrôle le flux lors de la synthèse du glycogène?
Quand le glucose sanguin augmente, l’insuline agit 1) en augmentant le transport du glucose par GLUT4, 2) en induisant la synthèse de l’hexokinase ce qui augmente la concentration de G6P et 3) activant la glycogène synthase par modification covalente. Les 2 premiers effets de l’insuline augmentent le flux/contrôle dans la sentier alors que la 3e permet à la cellule d’adapter l’activité de la glycogène synthase de sorte que les niveaux de métabolites ne changent pas de façon dramatique suite à l’augmentation du flux/régulation.
