PREMIERE PARTIE
Production de domaines recombinants
PRODH en vue de l'analyse structurale
Chapitre 1 : Introduction
CHAPITRE 1
Introduction
1) Contexte biologique
1.1) Le catabolisme de la proline
Parmi les vingt acides aminés qui composent les
protéines, la proline représente une classe unique d'acide
aminé. L'incorporation du noyau azote du groupement amine au sein d'une
structure cyclique la distingue des autres acides aminés et lui
confère des propriétés particulières (Figure
1.1). Cette topologie unique contribue aux propriétés
physiques et structurales de plusieurs métabolites essentiels comme le
collagène, une glycoprotéine riche
en résidus glycine et proline.
H O
H
N+ C
O-
Figure 1.1 : Structure de la
proline sous forme zwitterionique.
Au-delà de sa fonction de module
élémentaire pour la biosynthèse des protéines,
la proline, comme tout autre acide aminé, est également
utilisée comme source d'énergie, d'azote et de carbone
pour la biosynthèse d'intermédiaires métaboliques
majeurs. C'est un acide aminé glucoformateur, c'est-à-dire
susceptible d'être converti en glucose par le biais des cycles
métaboliques de l'organisme.
Comme le montre la Figure 1.2, le catabolisme de la
proline empreinte la voie de
l'á-cétoglutarate du cycle de l'acide
citrique, communément appelé cycle de Krebs (pour revues :
Adams & Frank, 1980 ; Phang, 1985). Le point de départ de ce flux
métabolique fait intervenir la proline déshydrogénase
PRODH qui oxyde la proline en P5C (Pyrroline-5- Carboxylate). Cet
intermédiaire cyclique se linéarise de manière
spontanée en glutamate-ã- semialdéhyde, qui est ensuite
dégradé en glutamate par la P5C déshydrogénase
P5CDH via la consommation d'un dinucléotide NAD+. Le
glutamate subit une désamination oxydative par
une aminotransférase conduisant à l'ion
ammonium NH4+, qui entre alors dans le cycle de
l'urée. Cette réaction est catalysée par la
glutamate déshydrogénase qui forme l'á-
cétoglutarate. L'entrée de ce dernier dans le cycle de l'acide
citrique donne lieu à une série de
réactions, qui aboutit à un transfert de
plusieurs électrons de haute énergie vers des
dinucléotides de type FAD et NAD. Leur oxydation dans
la chaîne respiratoire conduit à la formation d'ATP. Toutes les
réactions enzymatiques du catabolisme de la proline ont lieu
dans la mitochondrie chez les eucaryotes, et dans le cytosol chez
les procaryotes. Il est toutefois à noter que le cycle de
l'urée se termine dans le cytoplasme chez les eucaryotes.
H H
N+ COO-
H
PRODH N+ COO- non
enzymatique H
COO-
+
NH3
O
proline P5C glutamate-ã- semialdéhyde
NAD+
O
-O
COO-
- aminotransférase
- glutamate déshydrogénase
P5CDH
-O
NADH
COO-
+
NH3
O
á-cétoglutarate
NH4+
O
glutamate
citrate
succinyl-CoA
Cycle de l'acide
citrique
Cycle de
l'urée
oxaloacétate
fumarate
malate
Figure 1.2 : Vue d'ensemble du
catabolisme de la proline.
De par sa forte biodisponibilité, la proline est un des
acides aminés les plus efficaces
en terme de glucogenèse. Chez la levure Saccharomyces
Cerevisiae, l'oxydation de la proline
en glutamate permet de maintenir la croissance cellulaire lorsque
cet aminoacide contient la seule source d'azote disponible (Wang &
Brandiss, 1986). Chez certaines plantes, la proline
est la première source d'énergie utilisée
après un choc osmotique (Blum & Ebercon, 1976),
ou pour la fabrication du pollen (Hong-qi et al., 1982). C'est
également le cas chez certains
insectes où la proline est très rapidement
oxydée dans les muscles impliqués dans les
mécanismes du vol (Holden, 1973).
Dans les années 1980, les travaux de Hagedorn
et Phang ont mis en évidence la capacité de la
proline à catalyser les cycles métaboliques mitochondriaux
via un cycle de transfert de potentiel redox (Hagedorn et al., 1982
;Hagedorn & Phang, 1983 ; Hagedorn & Phang, 1986). En effet, il existe
une enzyme appelée P5C réductase qui, dans le cytoplasme, conduit
à la réduction du P5C en proline via la
consommation d'un dinucléotide NADPH (Figure 1.3). Les
mécanismes de régulation de PRODH et de la P5C
réductase n'étant pas liés, il est proposé que la
proline et le P5C forment un couple redox utilisé pour transférer
des équivalents réducteurs du cytoplasme vers la
mitochondrie. Selon cette hypothèse, le dinucléotide
NADPH, nécessaire à la réduction du P5C en
proline, pourrait être fourni par l'oxydation du glucose dans la
voie cytoplasmique du pentose phosphate. Le cycle de transfert de
potentiel redox du couple proline/P5C serait donc une voie alternative
de l'utilisation de la proline, et servirait à relier le cycle
mitochondrial de l'acide citrique à celui
du pentose phosphate cytoplasmique.
Mitochondrie
Cytoplasme
H H
N+ COO-
H H
N+ COO-
voie du pentose phosphate
proline proline
glucose
H ? PRODH
P5C
réductase
NADP+
NADPH
H
N+ COO-
H
N+ COO-
ribulose
P5C P5C
Figure 1.3 : Mise en
évidence de la capacité du couple redox proline/P5C à
transférer des
potentiels réducteurs du cytoplasme vers la
mitochondrie.
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