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Production de domaines recombinants PRODH en vue de l'analyse structurale & Caractérisation de la région 51-160 de la protéine KIN17 humaine par RMN et Modélisation Moléculaire

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par Ludovic Carlier
Université de Rouen - Doctorat de biologie structurale 2006
  

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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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