Embedding a simple Michaelis-Menten enzyme in a gel slice may allow the catalysis of not only scalar processes but also vectorial ones, including uphill transport of a substrate between two compartments, and may make it seem as if two enzymes or transporters are present or as if an allosterically controlled enzyme/transporter is operating. The values of kinetic parameters of an enzyme in a partially hydrophobic environment are usually different from those actually measured in a homogeneous aqueous solution. This implies that fitting kinetic data (expressed in reciprocal co-ordinates) from in vivo studies of enzymes or transporters to two straight lines or a sigmoidal curve does not prove the existence of two different membrane mechanisms or allosteric control. In the artificial transport systems described here, a functional asymmetry was sufficient to induce uphill transport, therefore, although the active transport systems characterised so far correspond to proteins asymmetrically anchored in a membrane, the past or present existence of structurally symmetrical systems of transport in vivo cannot be excluded. The fact that oscillations can be induced in studies of the maintenance of the electrical potential of frog skin by addition of lithium allowed evaluation of several parameters fundamental to the functioning of the system in vivo (e.g., relative volumes of internal compartments, characteristic times of ionic exchanges between compartments). Hence, under conditions that approach real biological complexity, increasing the complexity of the behaviour of the system may provide information that cannot be obtained by a conventional, reductionist approach. To cite this article: M. Thellier et al., C. R. Biologies 326 (2003).
La fixation d'enzymes michaeliennes dans une lame de gel peut suffire a les rendre aptes a catalyser des processus, non seulement scalaires, mais egalement vectoriels, y compris le transport actif d'un substrat entre deux compartiments, et a les faire se comporter comme le feraient un double mecanisme enzymatique ou de transport ou un processus allosterique. Dans un environnement partiellement hydrophobe, les parametres cinetiques apparents n'ont en general rien a voir avec les veritables parametres caracteristiques du comportement de la meme proteine en solution aqueuse. Reciproquement, lorsque l'on observe (en coordonnees inverses) que des systemes enzymatiques ou de transport in vivo s'ajustent mieux a deux approximations lineaires ou a une courbe sigmode qu'a une seule droite, ceci ne prouve pas qu'interviennent deux systemes enzymatiques ou de transport differents ou un processus allosterique. Avec les systemes de transport etudies ici, il est apparu qu'une asymetrie fonctionnelle pouvait suffire a induire un transport a contre-gradient en l'absence de toute asymetrie structurale ; aussi, bien que tous les systemes de transport actif isoles jusqu'ici correspondent a des proteines a structure asymetrique par rapport a la membrane ou elles sont inserees, on ne peut pas exclure que des systemes de transport a structure symetrique existent ou aient existe au cours de l'evolution. Avec des systemes reels, tel que celui qui maintient le potentiel electrique de la peau de grenouille, augmenter la complexite du comportement du systeme par l'induction d'oscillations electriques par addition de lithium a permis d'atteindre des donnees sur ce systeme qu'il n'aurait pas ete possible d'obtenir par l'approche reductionniste traditionnelle. Pour citer cet article : M. Thellier et al., C. R. Biologies 326 (2003).