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L’adénylate kinase est une enzyme domestique essentielle qui contrôle l’équilibre énergétique dans la cellule en catalysant la phosphorylation réversible de l’adénylate mono phosphate (AMP), en utilisant l’adénylate tri phosphate (ATP) comme donneur de phosphore. Si le donneur de phosphore, l’ATP, est remplacé par l’analogue guanosine tri phosphate (GTP), l’activité est réduite de deux ordres de grandeur. L’ATP et le GTP sont tous deux présents à des concentrations similaires dans les cellules : 3 mM et 0,5 mM pour l’ATP et le GTP respectivement. Cependant, l’ATP et le GTP ont des rôles très différents dans la cellule : l’ATP est le principal transporteur d’énergie de la cellule, tandis que le GTP joue des rôles spécifiques dans de nombreuses voies de signalisation. Par conséquent, la sélectivité d’Adk est très importante pour protéger le pool intracellulaire de GTP.
Par une étude combinant la RMN, la cristallographie aux rayons X et la synthèse organique, nous avons pu déterminer la base moléculaire de la sélectivité de l’ATP par rapport au GTP d’Adk. Nous avons montré que l’Adk se lie au GTP, presque aussi fortement que l’ATP. Cependant, elle se lie dans une conformation catalytiquement inhibée. La liaison à l’ATP, par contre, se fait dans une conformation qui induit un changement conformationnel important et activateur dans Adk. En outre, les surfaces de liaison qui médient à la fois la liaison productive à l’ATP et la liaison improductive au GTP sont constituées, en partie, des mêmes résidus d’acides aminés. En synthétisant de nouveaux analogues de l’ATP, nous avons également été en mesure d’identifier une seule interaction entre la partie adénosine de l’ATP et le squelette de l’enzyme qui est essentielle pour la différence de conformations de liaison de l’ATP et du GTP.
Nos résultats sont probablement de nature générale puisque, par exemple, toutes les familles de protéines kinases humaines partagent la même interaction vitale entre l’ATP et le squelette de la protéine que nous avons étudiée.