Métabolisme oxydatif du Pyruvate chez la levure Saccharomyces Cerevisiae : rôle des acétaldéhyde déshydrogénases

par Samira Boubekeur

Thèse de doctorat en Sciences biologiques et médicales. Biologie Santé

Sous la direction de Bernard Guérin.

Soutenue en 2000

à Bordeaux 2 .

mots clés

• Saccharomyces cerevisiae -- Métabolisme
• Métabolisme énergétique

Résumé

L'objectif de ce travail a consisté à mieux définir les voies d'oxydation du pyruvate dans la cellule de levure. Ce travail a été développé en utilisant différents niveaux cellulaires d'intégration du métabolisme énergétique : la mitochondrie isolée, le sphéroplaste perméabilisé et la cellule entière. Dans le premier chapitre de ce travail, nous avons utilisé le modèle expérimental qu'est la cellule perméabilisée. Nous avons pu montrer l'existence d'une nouvelle voie cytosolique et mitochondrdiale d'utilisation du pyruvate le "by-pass mitochondrial de la pyruvate déshydrogénase". Après décarboxylation du pyruvate dans le cytosol, l'acétaldéhyde formé pénètre dans la mitochondrie et est oxydé en acétate par l'acétaldéhyde déshydrogénase, le NADH formé étant réoxydé par la chaîne respiratoire. Le deuxième chapitre de ce mémoire a consisté à éclaircir le rôle potentiel des acétaldéhyde déshydrogénases dans le métabolisme énergétique de la levure S. Cerevisiae, durant la croissance sur substrats non fermentescibles. Nous nous sommes intéressés à la contradiction rencontrée dans la littérature concernant la capacité des souches affectées au niveau de l'acétaldéhyde déshydrogénase mitochondriale à croître sur éthanol. Nos résultats montrent que l'aptitude de ces mutants à croître sur éthanol dépend de la capacité de la forme cytosolique de l'acétaldéhyde déshydrogénase à compenser la perte de la forme mitochondriale. Dans le troisième chapitre, nous avons analysé les effets de l'absence d'activité pyruvate déshydrogénase mitochondriale sur le métabolisme énergétique. La diminution de la vitesse et du rendement de croissance n'est pas significative dans le cas de la perte de l'une de ces deux enzymes par contre une forte altération du métabolisme est notée dans le cas de la double délétion. Parallèlement au défaut du métabolisme oxydatif dans le double mutant, nous avons noté aussi une forte augmentation de l'activité citrate synthase péroxysomale. Cette augmentation survient en conséquence de l'altération du métabolisme mitochondrial qui se fait via un signal de la mitochondrie vers le noyau "réponse rétrograde". L'existence de ce système rend compte de l'adaptabilité remarquable de la cellule de levure.

Titre traduit

Pyruvate oxidation in Saccharomyces cerevisiae : role of acetaldehyde dehydrogenase

Résumé

The aim of this work was to investigate the pyruvate oxidation pathways in yeast cells under aerobic conditions. This work was performed at three levels : isolated yeast mitochondria, permeabised spheroplasts and whole cells. In the first part, we observed that the permeabilized spheroplasts oxidize pyruvate at high respiratory rate, whereas isolated mitochondria do not. We have shown that a cytosolic factor, pyruvate decarboxylase, is required for pyruvate oxidation by mitochondria. We therefore propose the existence of a mitochondrial pyruvate dehydrogenase bypass, where pyruvate is decarboxylated to acetaldehyde in the cytosol by the pyruvate decarboxylase and then oxidized by the mitochondrial acetaldehyde dehydrogenase. The second part of the thesis was to clarify the role of acetaldehyde dehydrogenases in Saccharomices cerevisiae metabolism during growth on nonfermentable carbon sources. Until now, there is little agreement about the ability of mutants lacking mitochondrial acetaldehyde dehyddrogenase to grow on ethanol. Therefore, we observed a relationship between enzymes content and growth of mutant on ethanol culture. Our results indicate that the lack of mitochondrial dehydrogenase can be compensated by the cytosolic acetaldehyde dehydrogenase only when the activity of the latter is high enough. In the third part of this work, we have analyzed the lactate metabolism in mutant laking pyruvate dehydrogenase or mitochondrial acetaldehyde dehydrogenase negatives. We observed that the lack of any one of them has no effect on energetic metabolism, but the absence of both pathways was accompanied by a decrease of growth rate and growth yield. At the same time, we have observed that the double inactivation was accompanied by an increase of citrate synthase activity. Previous studies had shown that this increase occured when the respiratory function was altered. This phenomenon has been termed "retrograde regulation" to indicate a signalling pathway from mitochondria to the nucleus.