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1. Régulation des 3 étapes irréversibles de la glycolyse
a. Régulation de l'activité de l'hexokinase
b. Régulation de l'activité de la glucokinase
c. La phosphofructokinase-1
d. Régulation de l'activité de la pyruvate kinase
e. Les structures "coiled coil" et le domaine "leucine zipper" de certains facteurs de transcription
2. Régulation de l'activité de la phosphofructokinase-1 (PFK-1) 3. Rôle du fructose 2,6-bisphosphate
4. Structure de la [phosphofructokinase-2 / fructose 2,6-bisphosphatase]
5. Régulation de la [PFK-2/FBPase-2] par le glucagon
6. Rôle et structure de l'insuline
7. La charge énergétique adénylique 8. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la régulation de la glycolyse
9. Liens Internet et références bibliographiques
Ces réactions sont caractérisées par une variation d'énergie libre de Gibbs dans les conditions physiologiques très négatives : elles sont donc thermodynamiquement irréversibles.
Ces réactions sont catalysées par des enzymes à régulation allostérique.
La modulation de l'activité de ces enzymes est un moyen de contr�ler le flux global de la glycolyse.
a. Régulation de l'activité de l'hexokinase (E.C. 188.8.131.52) Il en existe 3 isoformes, C'est une enzyme de 102.000 Da chez les organismes multicellulaires et environ 50 kDa chez les bactéries.
L'hexokinase est inhibée par le produit de la réaction qu'elle catalyse : le glucose-6-phosphate.
Cette inhibition se fait de deux manières :
par inhibition compétitive au niveau du site actif
par effet allostérique au niveau d'un site effecteur La régulation de l'hexokinase n'est pas le point de contrôle majeur du flux de la glycolyse car une grande partie du glucose-6-phosphate provient de l'hydrolyse du glycogène : glycogène --> glucose 1-phosphate --> isomérisation en glucose 6-phosphate par la phosphoglucomutase.
En conséquence la réaction catalysée par l'hexokinase peut être contournée.
En revanche, la régulation de l'hexokinase est importante pour réverser la glycolyse et activer la néoglucogénèse quand la concentration en ATP est élevée.
b. Régulation de l'activité de la glucokinase (E.C. 188.8.131.52) C'est l'isoforme IV de l'hexokinase (mammifères) que l'on trouve dans le foie. C'est un monomère de 465 acides aminés d'environ 50 kDa.
Elle a un KM élevé pour le glucose et n'est donc active qu'à fortes concentrations de glucose (figure ci-contre) :
KMglucokinase = 10 mM
KMhexokinase = 0.1 mM
[glucose sanguin] = 5 mM
Le KM élevé de la glucokinase pour le glucose permet que le foie stocke celui-ci sous forme de glycogène quand le taux de glucose sanguin est élevé.
A l'inverse la glucose-6-phosphatase du foie (enzyme de la néoglucogénèse - E.C. 188.8.131.52) catalyse l'hydrolyse du glucose-6-phosphate et le glucose est relargué dans le sang ce qui maintient sa concentration circulante.
En conséquence, ces deux enzymes (glucokinase et glucose-6-phosphatase), que l'on ne trouve quasi exclusivement que dans le foie, permettent à celui-ci de contrôler le taux de glucose sanguin.
La transcription du gène codant la glucokinase est activé par l'insuline. La glucokinase n'est pas inhibée par le glucose-6-phosphate.
La glucokinase possède un motif de fixation de la [PFK-2/FBPase-2] : cette interaction stabilise la forme active de la glucokinase (Baltrusch & Tiedge, 2006). Le motif de fixation (SLKVWT) se situe dans le domaine phosphatase de la [PFK-2/FBPase-2]. La protéine de régulation de la glucokinase ou GKRP
La GKRP ("GlucoKinase Regulatory Protein") est située essentiellement dans le noyau des hépatocytes.
La localisation sub-cellulaire de la glucokinase dépend du statut métabolique de la cellule :
à des concentrations de glucose 5,5 mM, la glucokinase est surtout dans le noyau. La glucokinase ne possèdant pas de domaine de localisation nucléaire, la GKRP agit donc comme un "chaperon nucléaire" qui transporte la glucokinase dans le noyau.
en présence de glucose > 10 mM ou de fructose 50 - 1000 µM, la glucokinase est exportée vers le cytoplasme. Le retour vers le cytoplasme de la glucokinase (après dissociation de la GKRP) est contrôlé par une séquence signal d'export riche en leucine (300ELVRLVLLKLV310) de la glucokinase.
Ces observations suggèrent que la fixation de la GKRP à la glucokinase est nécessaire et participe directement à la distribution cellulaire de la glucokinase.
La localisation sub-cellulaire de la glucokinase est donc un autre mode de contrôle de son activité et la protéine de régulation GKRP agit comme un senseur métabolique.
Voir Shiota et al. (1999).
c. La phosphofructokinase-1 (E.C. 188.8.131.52)
Voir ci-dessous le paragraphe 2 pour un développement de la régulation de l'activité de la phosphofructokinase-1.
d. Régulation de l'activité de la pyruvate kinase La pyruvate kinase (E.C. 188.8.131.52) est un homotétramère d'une masse de 235.000 Da.
Elle est activée par le fructose 1,6-bisphosphate.
Or ce métabolite se situe en amont de la réaction catalysée par la pyruvate kinase : on appelle ce phénomène "feed - forward".
En revanche la pyruvate kinase est inhibée par l'ATP. La réaction catalysée par la pyruvate kinase est controlée dans le foie en partie par la modulation de la quantité de pyruvate kinase synthétisée.
De fortes concentrations de glucose induisent la délocalisation dans le noyau d'un facteur de transcription (ChREBP) qui active la transcription du gène codant la pyruvate kinase.
PP2A : protéine phosphatase 2A xylulose-5-phosphate-dépendante Source : "Biocarta"