Chapitre 8 — Enzymologie : cinétique et régulation · Topic 2 : La glycogène phosphorylase · Leçon 2.2
La glycogène phosphorylase est l’exemple parfait d’une enzyme allostérique : son activité se règle finement selon les besoins énergétiques de la cellule. Cette leçon décrit ses deux états (R et T) et ses effecteurs — l’AMP qui l’active, l’ATP et le glucose 6-phosphate qui l’inhibent.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- justifier que la glycogène phosphorylase est allostérique ;
- décrire les états R et T et leur effet sur le site ;
- expliquer l’effet homotrope positif du substrat (Pi) ;
- distinguer l’activateur (AMP) des inhibiteurs (ATP, G6P) ;
- relier cette régulation à l’état énergétique de la cellule.
🧭 Plan de la leçon
- Une enzyme allostérique
- Les états R et T
- Les effecteurs : Pi, AMP, ATP, G6P
1. Une enzyme allostérique
La glycogène phosphorylase coche toutes les cases d’une enzyme allostérique :
- plusieurs sous-unités : elle en a 2 ;
- plusieurs sites de liaison : 2 sites de liaison du glycogène, et des sites allostériques pour des ligands (activateurs et inhibiteurs) ;
- une cinétique sigmoïde (courbe V₀ = f([S]) en S).
2. Les états R et T
Comme toute protéine allostérique, elle existe sous deux conformations qui modifient le site catalytique :
| État R | État T |
|---|---|
| Forte affinité / forte activité | Faible affinité / faible activité |
| Le phosphate de pyridoxal est dans une poche favorisant la fixation du Pi ; interactions entre Lys568 et Arg569 (chargées +) et le Pi (chargé −) | Conformation où l’Arg569 est remplacée par l’Asp283 (chargé −) au niveau du site, ce qui défavorise l’interaction avec le Pi (lui aussi chargé −) ⇒ défavorise la fixation du Pi |
État R = forte affinité/activité (le site favorise la fixation du Pi). État T = faible affinité/activité (un résidu chargé − repousse le Pi chargé −). Tout ce qui favorise R active l’enzyme ; tout ce qui favorise T l’inhibe.
3. Les effecteurs : Pi, AMP, ATP, G6P
La réaction régulée est : glycogène (n résidus) + Pi ⇌ glycogène (n−1 résidus) + glucose 1-phosphate.
Le substrat lui-même : un effet homotrope positif
La fixation du substrat Pi favorise sa propre fixation : la fixation d’un Pi sur une sous-unité favorise la fixation d’un autre Pi sur l’autre sous-unité. C’est un effet homotrope positif (d’où la courbe sigmoïde) : le Pi favorise la forme R.
Les effecteurs hétérotropes (glycogène phosphorylase musculaire)
| Activateur | Inhibiteurs |
|---|---|
| AMP | ATP et glucose 6-phosphate (G6P) |
| Favorise l’état R | Favorisent l’état T |
| Augmente l’affinité ⇒ K½ diminué ; courbe vers la gauche | Diminuent l’affinité ⇒ K½ augmenté ; courbe vers la droite |
Tout devient limpide si tu penses « niveau d’énergie de la cellule » : dans le muscle, une carence en ATP fait monter l’AMP → l’enzyme s’active → le glycogène est dégradé en glucose 1P (pour refaire de l’ATP). À l’inverse, un taux élevé d’ATP ou de G6P signale que la cellule a assez d’énergie → l’enzyme est inhibée → pas de dégradation inutile du glycogène.
C’est le couple Carl et Gerty Cori qui a découvert la glycogène phosphorylase et son rôle dans le métabolisme du glycogène : ils reçurent le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1947. Gerty Cori fut la première femme à recevoir ce prix Nobel — et seulement la troisième femme primée en sciences, après Marie Curie et Irène Joliot-Curie.
AMP = activateur (favorise R, K½ ↓). ATP et G6P = inhibiteurs (favorisent T, K½ ↑). Le Pi (substrat) a un effet homotrope positif. Logique : peu d’énergie (AMP ↑) → activation ; assez d’énergie (ATP/G6P ↑) → inhibition.
🧠 À retenir absolument
- Glycogène phosphorylase = allostérique : 2 sous-unités, plusieurs sites, cinétique sigmoïde.
- État R = forte affinité/activité (favorise le Pi) ; État T = faible affinité/activité (résidu − repoussant le Pi −).
- Pi (substrat) = effet homotrope positif ⇒ favorise R (coopérativité).
- AMP = activateur (favorise R, K½ ↓) ; ATP et G6P = inhibiteurs (favorisent T, K½ ↑).
- Logique énergétique : AMP ↑ (peu d’énergie) → activation ; ATP / G6P ↑ (assez d’énergie) → inhibition.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi la glycogène phosphorylase est-elle allostérique ?
Parce qu’elle comporte plusieurs sous-unités (deux), possède plusieurs sites de liaison (deux sites pour le glycogène et des sites allostériques pour des effecteurs) et présente une cinétique sigmoïde — les trois caractéristiques d’une enzyme allostérique.
Quelle est la différence entre l’état R et l’état T ?
L’état R a une forte affinité et une forte activité : le site favorise la fixation du Pi (interactions entre des résidus chargés positivement et le Pi chargé négativement). L’état T a une faible affinité et une faible activité : un résidu chargé négativement (Asp283) remplace l’Arg569 au site et défavorise la fixation du Pi.
Qu’est-ce que l’effet homotrope positif du Pi ?
C’est le fait que la fixation du substrat (le phosphate inorganique) favorise sa propre fixation : un Pi fixé sur une sous-unité favorise la fixation d’un autre Pi sur l’autre sous-unité, en stabilisant la forme R. C’est ce qui donne la courbe sigmoïde (coopérativité).
Quels sont l’activateur et les inhibiteurs de l’enzyme ?
L’AMP est l’activateur : il favorise l’état R, augmente l’affinité (K½ diminué) et déplace la courbe vers la gauche. L’ATP et le glucose 6-phosphate sont les inhibiteurs : ils favorisent l’état T, diminuent l’affinité (K½ augmenté) et déplacent la courbe vers la droite.
Quel est le sens physiologique de cette régulation ?
Elle adapte l’activité de l’enzyme au niveau d’énergie de la cellule. Une carence en ATP fait monter l’AMP : l’enzyme s’active et dégrade le glycogène pour produire de l’énergie. Au contraire, un taux élevé d’ATP ou de glucose 6-phosphate signale un niveau énergétique suffisant : l’enzyme est inhibée.
🚀 Pour aller plus loin
Il existe une seconde régulation, plus durable : la régulation covalente par cascade hormonale.
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.