Chapitre 4 — Le cycle cellulaire · Topic 1 : Notions et contrôle moléculaire · Leçon 1.3
Qu’est-ce qui fait avancer la cellule d’une phase à l’autre ? Le moteur du cycle : les complexes Cdk/cycline. Cette leçon — l’une des plus rentables au concours — décrit ces moteurs, leur régulation fine, et l’ordre d’apparition des cyclines au fil du cycle.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- définir une Cdk et le rôle de la cycline ;
- décrire l’activation (cycline + CAK) ;
- expliquer Wee1, Cdc25 et les CKI ;
- distinguer p15/p16 de p21/p27 ;
- donner l’ordre des cyclines (D, E, A, B).
🧭 Plan de la leçon
- Les Cdk, moteurs du cycle
- La régulation de l’activité Cdk/cycline
- L’ordre des cyclines au cours du cycle
1. Les Cdk, moteurs du cycle
Les moteurs du cycle (Cdk/cycline) ≠ les moteurs moléculaires du cytosquelette (kinésines, dynéines, myosines). Ce sont deux notions totalement différentes !
Une Cdk (kinase dépendante des cyclines) est une kinase = une enzyme qui phosphoryle d’autres protéines (ses substrats) : elle transfère le 3ᵉ phosphate de l’ATP sur le substrat. Elle est elle-même phosphorylable (par d’autres kinases) et déphosphorylable (par des phosphatases) : elle est active à certains moments, inactive à d’autres — tout est affaire de balance kinases/phosphatases dans la cellule.
Le repliement de la Cdk fait apparaître trois domaines : un domaine d’interaction avec la cycline, une boucle d’activation, et un domaine de liaison à l’ATP. Deux protéines se partagent le travail :
| Cdk | Porte l’activité enzymatique : elle phosphoryle les protéines cibles (substrats). |
| Cycline | Régule l’activité de la Cdk : sans cycline, la Cdk ne fonctionne pas. |
2. La régulation de l’activité Cdk/cycline
Le cycle dépend d’une balance entre activités kinase et phosphatase. L’activité de la Cdk dépend de plusieurs paramètres :
① Association à une cycline (obligatoire). Seule, la Cdk a sa boucle d’activation repliée : le site actif est bouché, l’enzyme est inactive. L’association à la cycline modifie sa structure mais ne suffit pas : l’activité reste faible.
② Phosphorylation. La CAK (Cdk Activating Kinase) phosphoryle le dimère Cdk/cycline (elle ne peut pas agir sur la Cdk seule) : l’activité kinasique devient totale, le dimère est stabilisé et le substrat bien positionné. À l’inverse, Wee1 peut inhiber le complexe en phosphorylant d’autres acides aminés que la CAK.
③ Déphosphorylation activatrice. La phosphatase Cdc25 réactive le complexe inhibé par Wee1, en retirant exactement les phosphates posés par Wee1 (spécificité de cible).
④ Présence/absence d’inhibiteurs (CKI). Les CKI (Cyclin-dependent Kinase Inhibitor) sont des protéines qui inhibent les Cdk — ce ne sont pas des kinases. Deux modes d’action :
| CKI | Cible | Mécanisme |
|---|---|---|
| p15 / p16 | Cdk seule (monomère) | Empêchent l’association à la cycline → la Cdk reste inactive. |
| p21 / p27 | Dimère Cdk/cycline | Inhibent le complexe même actif. Spécificité : p27 inactive Cdk2/cycline E mais pas Cdk4/cycline D. |
Enzyme et substrat doivent être proches pour agir, même si tous deux sont présents dans la cellule. Exemple : en prophase, la phosphorylation de Cdk1/cycline B entraîne son accumulation dans le noyau → phosphorylation des substrats cibles. Le complexe activé a pour effet de phosphoryler des protéines cibles.
3. L’ordre des cyclines au cours du cycle
Les Cdk sont présentes en quantité constante (constitutives) tout au long du cycle : seule leur activité kinasique varie. C’est l’ordre de synthèse des cyclines qui fixe l’ordre d’intervention des Cdk, et leur protéolyse (dégradation) qui met fin à leur activité. Chaque cycline suit le même schéma : augmentation → plateau → décroissance (par protéolyse).
Ordre d’apparition des cyclines : D → E → A → B.
| Couple | Période d’activité |
|---|---|
| Cycline D / Cdk4 ou 6 | Toute la phase G1 ; cycline D dégradée en fin de G1. |
| Cycline E / Cdk2 | Démarre en fin de G1, maximale à la transition G1/S, disparaît en S (protéolyse). |
| Cycline A / Cdk2 | Importante pour la synthèse de l’ADN ; active en phase S et en G2 ; cycline A protéolysée en mitose. |
| Cycline B / Cdk1 | Synthèse en fin de G2 ; activité Cdk1 exponentielle ; chute brutale à la transition métaphase/anaphase. (B s’associe uniquement à Cdk1.) |
Au tout début de G1, aucune Cdk n’est active ; en fin de cycle, il n’y a plus d’activité Cdk.
🧠 À retenir absolument
- Cdk = kinase (enzyme) qui phosphoryle ses substrats (3ᵉ P de l’ATP). Cycline = sous-unité régulatrice : sans cycline, pas d’activité.
- Activation : ① association cycline (obligatoire, faible activité) + ② phosphorylation par la CAK (sur le dimère → activité totale).
- Wee1 inhibe par phosphorylation ; Cdc25 (phosphatase) réactive en retirant les phosphates de Wee1.
- CKI (pas des kinases) : p15/p16 bloquent la Cdk seule (pas d’association cycline) ; p21/p27 inhibent le dimère (p27 : Cdk2/cycline E, pas Cdk4/cycline D).
- Ordre des cyclines : D (G1) → E (G1/S) → A (S-G2) → B (M, Cdk1). Cdk constantes, seule l’activité varie ; B chute à la transition métaphase/anaphase.
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre une Cdk et une cycline ?
La Cdk est l’enzyme : c’est une kinase qui phosphoryle des substrats. La cycline n’a pas d’activité enzymatique : c’est la sous-unité régulatrice qui active la Cdk. Sans cycline, la Cdk ne peut pas fonctionner.
Comment un complexe Cdk/cycline est-il pleinement activé ?
En deux temps : d’abord l’association à la cycline (obligatoire, mais activité faible), puis la phosphorylation activatrice par la CAK, qui n’agit que sur le dimère et confère l’activité kinasique totale. Wee1 peut l’inhiber par phosphorylation, et Cdc25 le réactive en retirant ces phosphates.
Quelle est la différence entre p15/p16 et p21/p27 ?
Ce sont tous des CKI (inhibiteurs des Cdk, mais pas des kinases). p15 et p16 agissent sur la Cdk seule, en empêchant son association avec la cycline. p21 et p27 agissent sur le dimère Cdk/cycline déjà formé : par exemple p27 inactive Cdk2/cycline E mais pas Cdk4/cycline D.
Dans quel ordre interviennent les cyclines ?
D, puis E, puis A, puis B. La cycline D (Cdk4/6) couvre G1 ; la cycline E (Cdk2) culmine à la transition G1/S ; la cycline A (Cdk2) agit en S-G2 ; la cycline B (Cdk1) gouverne la mitose et son activité chute brutalement à la transition métaphase/anaphase.
🚀 Pour aller plus loin
Voyons maintenant chaque phase en détail, en commençant par G1.
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.