Chapitre 8 — Enzymologie : cinétique et régulation · Topic 2 : La glycogène phosphorylase · Leçon 2.3
En plus de la régulation allostérique (rapide), la glycogène phosphorylase connaît une seconde régulation, covalente et plus durable : la phosphorylation. Elle fait passer l’enzyme d’une forme b (inactive) à une forme a (active), au bout d’une cascade hormonale déclenchée par l’adrénaline ou le glucagon. C’est l’apothéose du cours : tout s’y rejoint.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- expliquer la phosphorylation de la sérine 14 ;
- distinguer les formes a et b de l’enzyme ;
- nommer les enzymes phosphorylase kinase et phosphatase ;
- décrire la cascade hormonale (de l’hormone à l’AMPc à l’enzyme) ;
- résumer le bilan dans le muscle et le foie.
🧭 Plan de la leçon
- La régulation covalente : phosphorylation de la sérine 14
- Les formes a et b
- La cascade hormonale
- Bilan : muscle et foie
1. La régulation covalente : phosphorylation de la sérine 14
En plus des états R et T (régulation allostérique), il existe 2 formes covalentes distinctes de la glycogène phosphorylase, selon qu’elle est ou non phosphorylée.
La modification est une phosphorylation du groupement hydroxyle de la chaîne latérale de la sérine 14 des deux sous-unités. Cette phosphorylation entraîne un changement de conformation qui fait prédominer la forme R (active).
La phosphorylation se fait sur la sérine — un des trois acides aminés à fonction alcool (−OH) phosphorylables vus au chapitre 4 (avec la thréonine et la tyrosine). On retrouve ici, en action, la régulation covalente annoncée alors !
2. Les formes a et b
| Glycogène phosphorylase b | Glycogène phosphorylase a | |
|---|---|---|
| Conformation | Déphosphorylée | Phosphorylée (sur la sérine 14) |
| État prédominant | T : faible activité (Asp283 au site) | R : forte activité (Arg569 au site) |
| Sensibilité allostérique | Pleinement sensible : peut être déplacée vers R par la régulation allostérique (AMP…) | Peu sensible : déjà en R, peu déplaçable vers T |
| Enzyme qui la produit | Phosphatase (retire le phosphate) | Phosphorylase kinase (ajoute le phosphate) |
Forme b = déphosphorylée, état T, inactive, sensible à l’allostérie. Forme a = phosphorylée (Ser14), état R, active. Phosphorylase kinase : b → a ; phosphatase : a → b.
3. La cascade hormonale
La phosphorylation de la glycogène phosphorylase est l’aboutissement d’une cascade enzymatique déclenchée par une hormone :
Les étapes :
- a. Un signal extracellulaire — catécholamines (adrénaline, noradrénaline ; stress ; surtout muscle) ou glucagon (hypoglycémie ; foie) — atteint un récepteur transmembranaire, ce qui entraîne la production de GTP ;
- b. le GTP active une adénylate cyclase, qui transforme l’ATP en AMP cyclique (AMPc) ;
- c. l’AMPc active la protéine kinase A (PKA) : sa forme inactive a 4 sous-unités (2 catalytiques + 2 régulatrices) ; l’AMPc se lie aux sous-unités régulatrices, libérant les sous-unités catalytiques ;
- d. la PKA active, par phosphorylation, la phosphorylase kinase (cette activation nécessite plusieurs étapes et la présence de Ca²⁺) ;
- e. la phosphorylase kinase active à son tour, par phosphorylation, la glycogène phosphorylase : passage de la forme b (inactive) à la forme a (active).
C’est précisément sur la glycogène phosphorylase qu’Edmond Fischer et Edwin Krebs ont découvert, dans les années 1950, la phosphorylation réversible des protéines : un phosphate ajouté (par une kinase) ou retiré (par une phosphatase) qui agit comme un interrupteur. Ce mécanisme universel — qui régule d’innombrables protéines — leur a valu le prix Nobel de physiologie ou médecine 1992. La boucle est bouclée avec les Cori, qui avaient découvert l’enzyme.
4. Bilan : muscle et foie
| Dans le muscle | Dans le foie |
|---|---|
| Enzyme surtout sous forme b inactive, sensible à la régulation allostérique. Ce n’est qu’en cas de fort stress (sécrétion de catécholamines) qu’elle passe en forme a ⇒ libération accrue de glucose et d’ATP. | Enzyme surtout sous forme b inactive. En réponse au glucagon et aux catécholamines, elle passe en forme a. |
Cascade : hormone (adrénaline / glucagon) → récepteur → GTP → adénylate cyclase → AMPc → protéine kinase A → phosphorylase kinase (+ Ca²⁺) → glycogène phosphorylase b → a (active). À chaque étage, le signal est amplifié.
🧠 À retenir absolument
- Régulation covalente = phosphorylation de la sérine 14 des 2 sous-unités ⇒ fait prédominer la forme R.
- Forme b : déphosphorylée, état T, inactive, sensible à l’allostérie. Forme a : phosphorylée, état R, active.
- Phosphorylase kinase fait b → a (active) ; phosphatase fait a → b.
- Cascade : hormone → récepteur → GTP → adénylate cyclase → AMPc → PKA → phosphorylase kinase (+ Ca²⁺) → glycogène phosphorylase.
- Hormones : catécholamines (stress, muscle) et glucagon (hypoglycémie, foie).
❓ Questions fréquentes
En quoi consiste la régulation covalente de la glycogène phosphorylase ?
En la phosphorylation du groupement hydroxyle de la sérine 14 des deux sous-unités. Cette phosphorylation modifie la conformation de l’enzyme et fait prédominer la forme R (active). Elle s’ajoute à la régulation allostérique.
Quelle est la différence entre les formes a et b ?
La forme b est déphosphorylée, majoritairement en état T, donc peu active, mais elle reste pleinement sensible à la régulation allostérique. La forme a est phosphorylée (sur la sérine 14), majoritairement en état R, donc active, et peu sensible à l’allostérie. La phosphorylase kinase convertit b en a ; une phosphatase fait l’inverse.
Quelles enzymes ajoutent ou retirent le phosphate ?
La phosphorylase kinase ajoute le phosphate (elle convertit la forme b inactive en forme a active). Une phosphatase retire le phosphate (elle ramène la forme a vers la forme b).
Comment se déroule la cascade hormonale ?
Une hormone (adrénaline/catécholamines ou glucagon) se fixe sur un récepteur transmembranaire, ce qui produit du GTP. Le GTP active une adénylate cyclase qui transforme l’ATP en AMPc. L’AMPc active la protéine kinase A (en libérant ses sous-unités catalytiques), qui active la phosphorylase kinase (avec du Ca²⁺), laquelle active enfin la glycogène phosphorylase (b → a).
Quelles hormones déclenchent cette cascade ?
Les catécholamines (adrénaline, noradrénaline), sécrétées en situation de stress et agissant surtout sur le muscle, et le glucagon, sécrété en cas d’hypoglycémie et agissant sur le foie. Dans les deux cas, l’enzyme passe de la forme b à la forme a.
🚀 Pour aller plus loin
Bravo : tu viens de terminer le dernier chapitre du cours sur les protéines ! Tu as parcouru tout le chemin, de l’acide aminé à l’enzyme régulée par cascade hormonale.
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.