etudier ce syst` eme pour d´ eterminer les connaissances permettant la mod´ elisation

a la famille de la cellulose ; il est constitu´e de r´esidus glucoses reli´es par une liaisonβ(1-4). La

cellulose est le principal constituant des structures et des parois v´eg´etales. Elle est la mati`ere

organique la plus abondante sur Terre. Le cellobiose est g´en´er´e suite `a une d´egradation de

la cellulose. Le syst`eme de Ye et al. (2009) permet ainsi d’utiliser un compos´e pr´esent en

abondance pour g´en´erer de l’hydrog`ene. La premi`ere ´etape de la mod´elisation consiste `a

´

etudier ce syst`eme pour d´eterminer les connaissances permettant la mod´elisation.

2.1 Mod´elisation dynamique du syst`eme enzymatique

Contrairement `a un r´eseau m´etabolique dans un syst`eme cellulaire, chaque constituant d’un

SAB est connu et participe au m´etabolisme de production du produit d’int´erˆet, l’hydrog`ene

dans notre ´etude.Le nombre d’enzymes impliqu´ees dans un SAB est g´en´eralement beaucoup

plus petit que le nombre d’enzymes associ´ees `a un r´eseau m´etabolique cellulaire. Cette

di-minution d’´echelle et la connaissance de tous les agents du syst`eme permet d’obtenir plus

rapidement toutes les informations essentielles associ´ees au SAB `a repr´esenter. Le syst`eme de

Yeet al.(2009) contient uniquement les m´etabolites et les enzymes impliqu´es dans le syst`eme,

et le milieu tampon. Une recherche concernant le syst`eme a ´et´e effectu´ee pour produire un

mod`ele dynamique. Les donn´ees du mod`ele sont stock´ees sous le format SBML (Systems

Bio-logy Markup Language,Hucka et al.(2003)) qui est un standard pour repr´esenter les r´eseaux

biochimiques. Le format SBML utilise une architecture XML (eXtensible Markup Language)

adapt´ee pour contenir toutes les informations li´ees aux m´etabolites et aux r´eactions

biochi-miques. Le format adopt´e est compatible avec la plupart des logiciels de bioinformatique

utilis´e pour la mod´elisation et l’analyse de syst`eme biochimique

2.1.1 Identification des ´el´ements biochimiques du r´eseau

Le but de cette ´etape a ´et´e d’identifier les entit´es du syst`eme et de d´ecrire le maximum

d’in-teractions entre ces entit´es. Concr`etement les entit´es d’un syst`eme biochimique sont toutes

les esp`eces chimiques pr´esentes, `a savoir les m´etabolites, les enzymes et d’autres ´el´ements

participant `a un processus biochimique. Les r´eactions d’un r´eseau forment un ensemble

d’in-teractions au sein syst`eme. Un r´eseau biochimique peut avoir d’autres types d’interactions que

celles pr´esent´ees par les r´eactions. N´eanmoins, les r´eactions sont des interactions importantes

et essentielles `a repr´esenter pour d´ecrire le comportement d’un syst`eme biochimique.

Le syst`eme d´ecrit par Ye et al. (2009) est constitu´e de 13 enzymes et 19 m´etabolites, dont

le cellobiose et l’hydrog`ene. Le r´eseau comporte 14 r´eactions ; la septi`eme enzyme catalyse

2 r´eactions distinctes (voir la figure 2.1 et la table 2.1). La figure 2.1 repr´esente tous les

agents et les r´eactions qui leurs sont associ´ees. Le r´eseau artificiel est compos´e de 3 unit´es

enzymatiques :

ˆ une unit´e de phosphorylation. Le but majeur de l’unit´e de phosphorylation est de

convertir un polysaccharide complexe en glucose-1-phosphate qui est capable d’ˆetre

exploit´e par le syst`eme pour g´en´erer de l’hydrog`ene. Le syst`eme d´ecrit par Ye et al.

utilise le cellobiose comme polysaccharide de d´epart. La phosphorylation s’effectue par

l’enzyme 1 qui est la cellobiose phosphorylase. Cette unit´e est modulable, l’enzyme peut

ˆ

etre remplac´ee par une autre phosphorylase pour convertir un autre polysaccharide

complexe et g´en´erer du glucose-1-phosphate. Zhang et al. ont utilis´e une glygog`ene

phosphorylase pour avoir de l’amidon comme polysaccharide d’entr´ee.

ˆ une unit´e bas´ee sur la voie des pentoses-phosphates (¹,²). Cette unit´e comprend les

enzymes 2 `a 12 (voir la figures2.1, le tableau2.1). Le rˆole de cette unit´e est de g´en´erer

et de maintenir le NADPH qui est le cosubstrat essentiel `a la g´en´eration de H₂

ˆ la troisi`eme unit´e effectue directement la production directe d’hydrog`ene. Elle est

com-pos´e de l’enzyme 13 (voir la figure 2.1 et la table 2.1), l’hydrog´enase. La modification

de cette enzyme a un impact direct sur la production d’hydrog`ene.

Ces informations ont ´et´e regroup´ees dans la figure 2.1 et la table 2.1 et listent les agents du

syst`eme et les interactions issues des r´eactions. Cette ´etape pose les fondations du mod`ele en

indiquant sa composition en terme d’entit´es et de relations `a simuler. Les bases du mod`ele

sont pos´ees mais celles-ci d´efinissent un mod`ele statique.

1. http ://metacyc.org/META/NEW-IMAGE ?type=PATHWAYobject=PENTOSE-P-PWY

2. http ://www.genome.jp/dbget-bin/www bget ?map00030

Figure 2.1: Sch´ema d´etaill´e du syst`eme synth´etique mis en place par Ye et al.

(2009) pour produire du biohydrog`ene `a partir du cellobiose comme polysaccharide de

d´epart. Les abr´eviations sont : G1P, glucose-1-phosphate ; G6P, glucose-6-phosphate ;

6PG, 6-phosphogluconate ; Ru5P, ribulose-5-phosphate ; Pi, phosphate inorganique ; R5P,

ribose-5-phosphate ; X5P, xylulose-5-phosphate ; S7P, sedoheptulose-7-phosphate ; E4P,

´

erythrose-4-phosphate ; G3P, glyc´erald´ehyde-3-phosphate ; DHAP, dihydroxyac´etone

phos-phate ; F6P, fructose-6-phosphos-phate ; FDP, fructose-1,6-phosphos-phate. Les enzymes employ´ees

sont :#1, cellobiose phosphorylase ;#2, phosphoglucomutase ;#3, G-6-P dehydrogenase ;#4,

6-phosphogluconate dehydrogenase, #5 Phosphoribose isomerase ; #6, Ribulose 5-phosphate

epimerase ; #7, Transaldolase ; #8, Transketolase ; #9, Triose phosphate isom´erase ; #10,

Aldolase, #11, Phosphoglucose isom´erase : #12, Fructose-1, 6-bisphosphatase ; et #13,

Hy-drog´enase.