Module 5

Question 1

Complétez. Les sentiers métaboliques du glucose fournissent, dans la _______, l’énergie essentielle pour contrecarrer les forces entropiques tandis que dans la _______, ils fournissent les ______ biosynthétiques et une forme de stockage de l’énergie métabolique.

Answer 1

Les sentiers métaboliques du glucose fournissent, dans la « direction catabolique », l’énergie essentielle pour contrecarrer les forces entropiques tandis que dans la « direction anabolique », ils fournissent les précurseurs biosynthétiques et une forme de stockage de l’énergie métabolique.

Question 2

Vrai ou faux. Les cellules et les organismes sont dans un état dynamique ou en homéostasie.

Answer 2

Faux. Les cellules et les organismes sont dans un état stationnaire dynamique ou en homéostasie.

Question 3

Par quoi la vitesse de réaction catalysée par une enzyme peut-elle être ajustée ?

Answer 3

La vitesse d’une réaction catalysée par une enzyme peut être ajustée en changeant le nombre de molécules d’une enzyme ou l’activité catalytique de chacune des molécules d’enzyme déjà présentes.

Question 4

Qu’est-ce qu’un signal extracellulaire ?

Answer 4

Les signaux extracellulaires peuvent être des hormones, des neurotransmetteurs, des facteurs de croissance et des cytokines.

Question 5

Nommer trois hormones importantes dans le contrôle du métabolisme énergétique des sucres.

Answer 5

Il s’agit de l’insuline, du glucagon et de l’épinéphrine (adrénaline).

Question 6

Vrai ou faux. La voie de l’adénylate cyclase, la voie de l’inositol phosphate et la voie de la tyrosine kinase sont des sentiers qui entraînent la production de seconds messagers qui activent généralement par allostérie certaines kinases ou phosphatases (second effecteur). Les kinases et les phosphatases activées sont responsables de la régulation par modification covalente.

Answer 6

Vrai.

Question 7

Qu’est-ce que l’insuline et quel est son rôle suite à un repas ?

Answer 7

L’insuline est une hormone polypeptidique (51 acides aminés) sécrétée par les cellules β du pancréas lorsque la concentration du glucose dans le sang est élevée. Suite à un repas, l’insuline signale aux cellules hépatiques, musculaires et adipeuses de capter le glucose sanguin qui est alors entreposé sous la forme de glycogène dans le foie et les muscles et sous la forme de triglycérides (TAGs) dans les cellules adipeuses et le foie

Question 8

Qu’est-ce que le glucagon et où est-il sécrété ?

Answer 8

Le glucagon est aussi une hormone polypeptidique (29 acides aminés) produite par les cellules α du pancréas. Il agit également sur les tissus adipeux en stimulant la libération des acides gras mis en réserve sous forme de TAGs. Une fois libérés, les acides gras sont transportés au foie et à d’autres tissus pour servir de carburant en remplacement du glucose, épargnant ainsi ce dernier pour le cerveau. Le glucagon n’agit pas au niveau du muscle.

Question 9

Quel est le rôle du glucagon ?

Answer 9

Il est secrété lorsque la concentration de glucose dans le sang est faible. Le glucagon augmente durant le jeune, quand la gluconéogenèse et la dégradation du glycogène sont requises pour remplacer le glucose devenu rare (Tableau 5.3). Dans le foie, le glucagon stimule la libération du glucose à partir du glycogène ou à partir d’autres précurseurs (gluconéogenèse).

Question 10

Qu’est-ce que l’épinéphrine ?

Answer 10

l’épinéphrine permet à l’organisme d’utiliser toutes ses réserves énergétiques pour faire face à des situations de vie ou de mort. Lorsqu’un animal est confronté à un stress qui nécessite une activité accrue – combattre ou fuir dans un cas extrême – le cerveau signale aux médullosurrénales de relâcher de l’épinéphrine et de la norépinéphrine.

Question 11

Quel est le rôle de l’épinéphrine ?

Answer 11

elle active la libération du glucose à partir du glycogène, ce qui augmente la conversion du glycogène hépatique en glucose sanguin, le carburant indispensable pour effectuer un travail musculaire en anaérobiose. Dans le muscle, l’épinéphrine active la dégradation du glycogène, ce qui stimule la glycolyse et la formation d’ATP. L’épinéphrine active aussi la mobilisation des acides gras entreposés dans les tissus adipeux pour leur utilisation éventuelle comme carburant (Module 8). Finalement, elle stimule la synthèse du glucagon et inhibe la sécrétion d’insuline, ce qui favorise davantage la mobilisation des carburants.

Question 12

Où l’épinéphrine agit-il ?

Answer 12

L’épinéphrine agit principalement au niveau des muscles, des cellules adipeuses et du foie

Question 13

Par quoi la vitesse de synthèse d’une enzyme peut-elle être modulée ?

Answer 13

Facteurs de transcription qui, lorsqu’activées, se lient à des séquences spécifiques d’ADN (appelés éléments de réponse) localisées près des promoteurs des gènes afin d’en contrôler l’expression.

Question 14

Comment les facteurs de transcription peuvent-ils être activés ?

Answer 14

Les facteurs de transcription peuvent être activés par phosphorylation/déphosphorylation ou encore par liaison à un ligand spécifique

Question 15

Vrai ou faux. Un signal unique, qui active un facteur de transcription particulier, peut seulement activer la transcription de tous les gènes d’un même sentier.

Answer 15

Faux. Un signal unique, qui active un facteur de transcription particulier, peut réprimer ou activer la transcription de tous les gènes d’un même sentier.

Question 16

Complétez. Le contrôle génique constitue une réponse relativement ______ aux changements externes.

Answer 16

Le contrôle génique constitue une réponse relativement lente aux changements externes.

Question 17

Vrai ou faux. Une façon de modifier l’activité d’une enzyme est de séquestrer l’enzyme et son substrat dans des compartiments cellulaires différents.

Answer 17

Vrai

Question 18

Complétez.

Toutes les enzymes sont sensibles à ______ de leur(s) _______.

Answer 18

Toutes les enzymes sont sensibles à la concentration de leur(s) substrat(s) [S]

Question 19

Vrai ou faux. la concentration cellulaire des substrats est souvent similaire ou plus grande que la Km

Answer 19

Faux. La concentration cellulaire des substrats est souvent similaire ou plus faible que la Km

Question 20

Par quoi l’activité d’une enzyme peut-elle être augmentée ou diminuée ?

Answer 20

L’activité d’une enzyme peut être augmentée ou diminuée par un effecteur allostérique (un métabolite ou un cofacteur) qui se lie de façon réversible à l’enzyme.

Question 21

Quelle type de courbe forme une enzyme allostérique réagissant au changement de concentration d’un substrat?

Answer 21

Une courbe sigmoïdale.

Question 22

Quelles conformations une enzyme allostérique peut-elle adopter ?

Answer 22

Les structures cristallines de différentes enzymes allostériques liées ou non à des effecteurs ont révélé que ces protéines adoptent deux conformations appelées état T (inactif ou presque inactif) et état R (actif).

Question 23

Qu’est-ce que l’effet homotropes ?

Answer 23

Les effets des substrats sur les enzymes allostériques via leur fixation au site actif sont appelés effets homotropes. Une enzyme allostérique est généralement plus sensible à une fluctuation de la concentration de son substrat qu’une enzyme classique. Cependant, l’ampleur de l’effet homotrope varie selon l’enzyme.

Question 24

Que signifie le coefficient de Hill ?

Answer 24

Le coefficient de Hill est une expression de la coopérativité d’une enzyme allostérique. Une enzyme classique a un coefficient de Hill de 1. Si on compare cette enzyme avec une enzyme allostérique ayant un coefficient de Hill de 4, pour que l’activité de l’enzyme passe de 10 à 90 %, la concentration du substrat doit augmenter de 81 fois pour l’enzyme classique, mais seulement de 3 fois pour l’enzyme allostérique

Question 25

Qu'est-ce que l'effet hétérotrope ?

Answer 25

Les effets des modulateurs (activateurs ou inhibiteurs) sur une enzyme allostérique sont appelés effets hétérotropes. Les activateurs allostériques stabilisent la forme R, alors que les inhibiteurs stabilisent la forme T.

Question 26

Que permet l'allostérie ?

Answer 26

L’allostérie permet de changer rapidement l’activité d’une enzyme en réponse aux changements locaux de concentration d’une petite molécule qui peut être le substrat de cette réaction, un produit du sentier ou encore un métabolite ou un cofacteur clé indiquant l’état métabolique de la cellule

Question 27

Que permettent les modifications covalentes ? Donnez un exemple.

Answer 27

Les modifications covalentes permettent une réponse dans les secondes ou minutes suivant le signal (Mécanisme9, Figure 5.1). La modification la plus fréquente est la phosphorylation/déphosphorylation.

Question 28

Pourquoi dit-on que la phosphorylation peut affecter positivement ou négativement l'activité d'une enzyme ? (4)

Answer 28

1. Elle peut altérer les propriétés électrostatiques du site actif. Le groupement phosphoryle porte une charge négative. 2. Elle peut causer l’expulsion d’une région inhibitrice (une boucle par exemple) hors du site actif. 3. Elle peut altérer l’interaction d’une enzyme avec d’autres protéines. 4. Elle peut provoquer un changement conformationnel qui va modifier la Vmax ou la Km.

Question 29

Nommez une famille de protéines qui catalyse la déphosphorylation.

Answer 29

Une famille de protéines appelées phosphoprotéines phosphatases catalyse la déphosphorylation.

Question 30

Vrai ou faux. Les kinases transfèrent le groupement phosphoryle de l’ATP sur les groupements hydroxyle des chaines latérales de certains résidus Ser, Thr, et/ou Tyr.

Answer 30

Vrai.

Question 31

Complétez. Plusieurs enzymes interagissent avec une ou des _______ . Dans ces cas, non seulement l’activité, mais également la ______de l’enzyme peut être modulée.

Answer 31

Plusieurs enzymes interagissent avec une ou des protéines régulatrices). Dans ces cas, non seulement l’activité, mais également la spécificité de l’enzyme peut être modulée.

Question 32

Qu'est-ce que la régulation métabolique et le contrôle métabolique ?

Answer 32

􏰄 Le terme régulation métabolique réfère au mécanisme capable de moduler l’activité d’une enzyme spécifique via une interaction moléculaire. Il s’agit de mécanismes permettant de maintenir l’homéostasie au niveau moléculaire, c’est-à-dire de maintenir un ou des paramètres cellulaires (concentration d’un métabolite, par exemple) à un niveau constant dans le temps, même si le flot des métabolites dans un sentier est modifié. 􏰄 Le terme contrôle métabolique est utilisé lorsqu’un régulateur à un effet direct sur le flux à travers tout le sentier. Bref, la régulation est une propriété locale influençant l’activité d’une seule enzyme. Tandis que le contrôle est une propriété locale affectant le flux dans tout le réseau métabolique.

Question 33

Pourquoi dit-on que l'ATP est rarement limitant dans la cellule ?

Answer 33

Plusieurs enzymes qui utilisent l’ATP ont des valeurs de Km entre 0,1 et 1 mM et la [ATP] intracellulaire est de 5 à 10 mM.

Question 34

Pourquoi dit-on que l'AMP est un indicateur de l'état énergétique encore plus sensible que la [ATP] ?

Answer 34

En temps normal, la [ATP] intracellulaire est beaucoup plus grande que celle d’AMP . Quand un processus cellulaire (par exemple, la contraction musculaire) consomme de l’ATP, l’AMP est produit en deux étapes. Premièrement, l’hydrolyse de l’ATP produit de l’ADP, puis l’adénylate kinase produit de l’AMP Si 10 % de l’ATP est utilisé (0,5 mM) et transformé en AMP, la concentration d’AMP passera de 0,1 mM à 0,6 mM ce qui donne une augmentation relative de 600 %. C’est pourquoi l’AMP est un régulateur allostérique plus efficace que l’ATP.

Question 35

Comment fonctionne l'AMPK ?

Answer 35

L’un des médiateurs les plus importants de la régulation allostérique par l’AMP est l’AMP- activated protein kinase (AMPK). Une augmentation de la concentration d’AMP active cette kinase qui phosphoryle plusieurs enzymes métaboliques clés et régule ainsi leur activité. L’AMPK augmente le transport du glucose, active la glycolyse et l’oxydation des acides gras, tout en supprimant les processus qui consomment de l’énergie telle que la synthèse des acides gras, du cholestérol et des protéines. Alors que l’AMP est un activateur allostérique de l’AMPK, l’ATP est un inhibiteur allostérique de cette même enzyme.

Question 36

Vrai ou faux. Dans la plupart des sentiers, le contrôle du flux est distribué à une enzyme et que sa contribution varie selon les circonstances.

Answer 36

Faux. Dans la plupart des sentiers, le contrôle du flux est distribué entre plusieurs enzymes et que la contribution de chacune varie selon les circonstances.

Question 37

Qu'est-ce que le coefficient de contrôle de flux (C) ?

Answer 37

Ce coefficient exprime la contribution relative de chaque enzyme au flux (J) d’un sentier entier. C a une valeur de 0 pour une enzyme qui n’a pas d’impact sur le flux et de 1 pour une enzyme qui détermine à elle seule le flux d’un sentier. Normalement pour les sentiers linéaires non branchés, le contrôle du flux est distribué entre plusieurs enzymes dont les coefficients ont des valeurs entre 0 et 1. Avec des voies branchées, certaines enzymes peuvent avoir des coefficients de contrôle de flux négatifs ou encore supérieurs à 1. La somme des coefficients de contrôle de flux pour toutes les enzymes d’une voie métabolique sera approximativement égale à 1. C n’est pas une constante et n’est pas non plus intrinsèque à une seule enzyme; c’est une fonction du système en entier, et sa valeur dépend de la concentration des substrats et des effecteurs.

Question 38

Qu'est-ce que le coefficient d’élasticité (ε)?

Answer 38

La réponse d’une enzyme spécifique à un changement dans la concentration d’un substrat ou d’un modulateur (inhibiteur ou activateur). Cette mesure est déterminée par les propriétés cinétiques intrinsèques de l’enzyme. Pour une enzyme classique, à faible concentration de substrat (0,1 Km), l’augmentation de la vitesse est directement proportionnelle à celle de la concentration de substrat (ε ≈ 1), alors que lorsque la concentration de substrat est élevée (10 Km), une augmentation de la concentration du substrat a peu d’effet sur la vitesse puisque l’enzyme est saturée de substrat (ε ≈ 0).

Question 39

Vrai ou faux. Les différents coefficients d’élasticité d’une enzyme allostérique peuvent dépasser 1 mais ne peuvent excéder le coefficient de Hill de cette enzyme qui est typiquement entre 1 et 4.

Answer 39

Vrai.

Question 40

Qu'est-ce que le coefficient de réponse (R) ?

Answer 40

mesurer l’impact d’un facteur externe (hormone ou facteur de croissance), qui n’est ni un métabolite ni une enzyme, sur le flux d’un sentier.

Question 41

Quels liens peut-on faire entre le coefficient de réponse, le coefficient d'élasticité et le coefficient de contrôle de flux ?

Answer 41

La réponse (R) d’un sentier à un facteur externe (qui affecte une enzyme particulière) est fonction de (1) la sensibilité du sentier aux changements de l’activité de l’enzyme en question (le coefficient de contrôle du flux C) et de (2) de la sensibilité de l’enzyme aux changements dans la concentration du facteur régulateur externe (le coefficient d’élasticité ε) : R=C·ε

Question 42

Qu'est-ce que l'analyse du contrôle métabolique permet ? (4)

Answer 42

(1) de concevoir la régulation en termes quantitatifs; (2) d’interpréter les propriétés régulatrices de chaque enzyme d’un sentier; (3) d’identifier les étapes qui affectent le plus le flux à travers un sentier et (4) de distinguer entre les mécanismes régulateurs qui maintiennent constantes les concentrations des métabolites et les mécanismes du contrôle métabolique qui modifient le flux au travers du sentier complet.