Changements métaboliques induits par une carence en glucose dans les pointes de racines de maïs : caractérisation d'une endopeptidase et régulation de son expression par les sucres

• Auteur / Autrice : Franck James
• Direction : Philippe Raymond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques et médicales. Biologie-Santé
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Bordeaux 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies par carence

Maïs

Glucose

Plantes

Mots clés libres

Carence

Respiratoire, fonction

Substrat carbone

Metabolisme azote

Endopeptidase

Résumé

L'extrémité méristématique de la racine séminale de mais a été utilisée pour suivre les effets d'une carence en sucres sur le métabolisme carboné. Ces travaux ont montré qu'au cours de la carence en sucres, la chute de la respiration est surtout contrôlée par la fourniture en carbone, non à la respiration, mais aux processus utilisateurs d'ATP. L'analyse de l'intensité respiratoire au cours de la carence montre que les processus métaboliques déclenchés par la carence peuvent être inversés par l'addition de sucres exogènes jusquà 4 jours de carence. Au-delà de 4 jours, la perte de l'homéostasie, due à une dégradation des membranes limitantes, se traduit par une perte des métabolites dans le milieu et conduit à la mort des cellules. La substitution des sucres par les lipides et les protéines, pour la fourniture en substrats carbonés aux processus biosynthétiques et respiratoires, s'accompagne d'une modification coordonnée de l'équipement enzymatique. Ainsi la diminution des activités enzymatiques liées au métabolisme des sucres, concomitantes à l'augmentation des activités liées à la β-oxydation et à la protéolyse, est un indice de la sélectvité de la dégradation et de la synthèse des protéines pendant la carence. Les effets de la carence en sucres sur le métabolisme azoté montrent que les cellules de racines répondent à cette nouvelle situation en stockant l'azote issu des dégradations protéiques sous une forme non toxique : l'asparagine. Au cours de la carence, les activités des enzymes protéolytiques, endopeptidases et carboxypeptidases, augmentent tandis que celles des aminopeptidases diminuent. Nous avons purifié la protéase responsable de la majeure partie de l'activité endopeptidasique en condition de carence. Cette protéase à sérine monomérique, d'une masse moléculaire de 60 kDa est exclusivement localisée dans les vacuoles des systèmes racinaires. L'expression de l'enzyme est modulée par la teneur en sucres endogènes au niveau de la transcription. Nous mettons ainsi en évidence, pour la première fois chez les végétaux, un phénomène de répression catabolique analogue à celui décrit chez les levures. L'induction d'une telle protéase au cours d'un phénomène de carence pourrait contribuer à alimenter la respiration en substrats carbonés de nature protéique lorsque la teneur en sucres endogènes diminue.

Seminal maize root tip has been used to follow the effects of sugar starvation on carbon metabolism. This work has shown that resppiratory decline is mainly controlled by the carbon supply for ATP-utilizing processes and not for respiration. During starvation, the metabolic processes induced by carbon deprivation can be reversed up until 4 days by exogenous sugar. After 4 days, the loss of homeostasis, by membrane structure degradation leads to cell death. Substitution of sugars by lipids and proteins to supply carbon substrates for biosynthetic and respiratory processes is associated with a coordinated response to the enzymic equipment. Hence, the decrease in enzymic activities related with sugar metabolism while beta-oxydation and proteolytic activities increase, is an argument to assess selectivity of degradation and synthesis of proteins during starvation. Effects of sugar starvation on nitrogen metabolism have shown that root cells respond to this new situation by storing nitrogen from degraded proteins in a non toxic form : asparagine. During starvation, endopeptidase and carboxypeptidase activities increase while aminopeptidase activities decrease. We have purified the protease responsible for the major part of endopeptidase activity during starvation. This monomeric serine protease has a molecular mass of 60 kDa and is strictly localized in vacuoles of root tissues. The enzyme expression is modulated at the level of transcription by endogenous sugar content. For the first time in higher plants, we give evidence for a phenomenom of catabolic repression as already largely described in yeast. Induction of such a protease in sugar starvation condition could contribute to the alimentation of respiration with carbon proteic substrates when the endogenous sugar content decreases.