LES ENZYMES

On appelle équipement enzymatique l’ensemble des enzymes présents à un instant donné dans la vie d’une cellule. Ils vont permettre de réaliser un certain nombre de réactions biochimiques en les catalysant. L’équipement enzymatique peut varier au cours du temps mais il peut aussi surtout varier d’une cellule à une autre par exemple dans le corps humain. Il peut aussi varier d’un individu à un autre.

I. Génotype et équipement enzymatique

Le génotype est l’ensemble des allèles d’une cellule ou d’un individu. Les humains possèdent tous le même génome, constitué de 20 à 25 000 gènes, mais chaque humain possède des génotypes différents. Ces génotypes sont responsables de nos différences interindividuelles, et il en va des enzymes comme du reste des protéines. L’équipement enzymatique est dépendant, puisque les protéines sont codées par des gènes, du génotype de l’individu. Ainsi, selon l’allèle porté pour le gène codant un enzyme, un individu pourra avoir un enzyme différent d'un autre individu.

Parfois les allèles vont être différents mais les enzymes vont réaliser le même travail. En revanche parfois des enzymes différents vont aboutir à des différences au niveau moléculaire ou au niveau cellulaire.

A. Diversité interindividuelle : cas des groupes sanguins

On a représenté ci-dessus de façon schématique, un globule rouge. Sur ce globule rouge, chaque individu va porter différents marqueurs qui constituent son groupe sanguin. Les marqueurs  A, B et O diffèrent par la zone qui se trouve à l’extérieur du globule rouge. Ce marqueur est constitué d’un précurseur,  représenté sous forme d’un bâtonnet, qui se trouve dans la membrane et qu’on appelle substance H. À ce précurseur est ajouté, ou non, un petit marqueur, représenté A ou B. L’ajout de ce marqueur sur la substance H dépend de l’équipement enzymatique de l’individu. L’enzyme qui réalise ce marquage est codé par un gène qui se trouve sur le chromosome 9, il en existe plusieurs versions. L’individu peut avoir l’enzyme A, ce qui donnera un groupe sanguin A, ou l’individu possédera l’enzyme B, on aboutira alors à des marqueurs B à la surface du globule rouge.

Il y a aussi un enzyme O, non fonctionnel, qui n’aboutit à rien en terme d’ajout au niveau du marqueur H. On a donc des globules rouges qui possèdent le marqueur H à nu. Cela va donner le groupe O.
Des individus peuvent posséder l’enzyme A et l’enzyme B puisque certaines personnes sont de groupe sanguin AB.

La diversité des allèles permettant de coder ces enzymes aboutit à une diversité des groupes sanguins. Donc la diversité des génotypes aboutit à une diversité de l’équipement enzymatique.

B. Dysfonctionnement métaboliques : cas de l'albinisme

L’albinisme est un problème au niveau de la peau qui est dû à une mauvaise, voire une non synthèse, de la mélanine. La mélanine est le pigment qui donne sa couleur à la peau. Chez les individus albinos, la peau est toute blanche, il peut aussi y avoir une rougeur au niveau des yeux et d’autres symptômes particuliers.

Dans le cas normal, au niveau des cellules de la peau qu’on appelle des mélanosomes, la tyrosine est transformée au cours de différentes étapes (grâce à différents enzymes E1, E2, E3, etc.) en une molécule de mélanine. Le premier enzyme qui est responsable de cette transformation est la tyrosinase. Chez les individus albinos la tyrosinase est dysfonctionnelle. De ce fait toute la suite de réactions se fait mal et il n’y a donc pas ou peu (l’albinisme est une maladie qui présente différentes formes) de mélanine. Selon la production ou non de cet enzyme, on va avoir des phénotypes, c’est-à-dire des apparences différentes.

II. Spécialisation cellulaire et équipement enzymatique

- Il existe des enzymes ubiquitaires, c’est-à-dire qu’on trouve dans toutes les cellules ou presque de notre organisme. C’est le cas de l’ADN polymérase qui est l’enzyme impliqué dans la réplication de l’ADN à l’intérieur du noyau des cellules.

- Il existe des enzymes spécifiques, c’est-à-dire qu’on va trouver uniquement dans certains organes ou certains tissus et qu’on ne trouvera quasiment pas ailleurs. C’est le cas de l’amylase, impliquée dans la digestion de l’amidon, enzyme caractéristique du tube digestif, qu’on ne trouve pas dans les neurones ou dans les cellules musculaires. C’est le cas aussi de la tyrosinase, impliquée dans la synthèse de mélanine. Cet enzyme tyrosinase est produite dans les mélanosomes, dans les cellules de la peau, mais pas ailleurs.

- A un substrat peuvent correspondre différents enzymes : un même substrat peut être transformé de différentes façon selon l’enzyme qui intervient et cela va dépendre de l’endroit, c’est-à-dire de l’organe ou du tissu dans lequel on se trouve dans le corps. Donc un substrat peut correspondre à différentes transformations, différentes catalyses, par différents enzymes, selon les cellules.

Dans l’exemple représenté ci-dessous, on part de deux cellules quasiment identiques, qu’on pourrait appeler cellules précurseurs, ce sont deux cellules  non différenciées de note organisme, par exemple au cours de la croissance d’un individu.

Ces cellules vont fabriquer différents enzymes en fonction de l’endroit et des stimulations qu’elles subissent qui peuvent être extérieures ou intérieures.

Elles vont exploiter leur patrimoine génétique différemment et produire par exemple à gauche trois enzymes E1, E2 et E3 et deux enzymes dans la cellule de droite, E4 et E5. Ces enzymes vont permettre la production de différents produits notés PA, PB, PC à gauche, qui ne seront pas les mêmes puisqu’on n’a pas les mêmes enzymes, à gauche et à droite. Ici, à droite on a représenté les produits PD, PE, PF. Ces produits, qui sont des molécules chimiques, vont pouvoir intervenir, mais de façon différente, dans l’évolution de la cellule et dans sa transformation progressive.

En partant de cellules précurseur on peut imaginer obtenir alors deux cellules différenciées (une cellule différenciée se caractérisant par une forme et un contenu spécifique, un contenu enzymatique et un contenu biochimique en général).

Sur le schéma, on a représenté en bas deux cellules de formes différentes, une cellule à forme allongée à gauche qui pourrait devenir par exemple un neurone, et une cellule de forme plus ovale qui pourrait devenir n’importe quelle autre cellule du corps. Dans cet exemple fictif, on aboutit, grâce à un équipement enzymatique différent, à deux types cellulaire différents. Ces cellules différenciées vont ensuite jouer des rôles différents au sein de l’organisme. On va dire que les fonctions cellulaires sont différentes. Et ces fonctions cellulaires différentes passeront à nouveau par l’utilisation d’enzymes différents. Grâce à l’utilisation d’enzymes différents, on aboutit à des formes et des cellules différenciées distinctes et, ensuite au sein de ces cellules différenciées distinctes on va exploiter à nouveau le génome, produire de nouveaux enzymes différents des premiers, mais aussi différents à gauche et à droite, à gauche on produit E6 et E7, à droite l’enzyme E8, et cela va donner à nouveau des produits biochimiques distincts, les produits PG et PH à gauche, le produit PI à droite.

Autrement dit, la différenciation cellulaire, qui permet au corps d’avoir différents tissus et différentes cellules différenciées dans différentes fonctions, repose sur une utilisation du patrimoine génétique qui permet entre autres de produire un panel d’enzymes très large et ensuite de jouer des rôles différents dans chacune de ces cellules. La différenciation et la spécialisation cellulaire reposent donc en partie sur l’équipement enzymatique.

Un exemple pour terminer, selon le type cellulaire, la tyrosine peut avoir différents devenir. Dans les mélanosomes, la tyrosine va être progressivement transformée en mélanine. Dans certains neurones, la tyrosine grâce à d’autres enzymes aura un devenir différent, elle sera transformée en un neurotransmetteur ou neuromédiateur qu’on appelle la noradrénaline. Cela se fera grâce à un autre enzyme, la tyrosine hydroxylase. Et enfin, dans la thyroïde, une glande qui se trouve dans notre cou, la tyrosine se voit greffée de l’iode par un troisième enzyme qu’on appelle la thyropéroxydase et ensuite cette tyrosine iodée est stockée au sein de la thyroïde. Avec la tyrosine, un même substrat, selon l’enzyme qu’elle rencontre, peut avoir différents devenirs. Tout cela est lié à la spécialisation cellulaire.