Régulation de la glycolyse

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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

 

1. Régulation des 3 étapes irréversibles de la glycolyse

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 contrôler le flux global de la glycolyse.

a. Régulation de l'activité de l'hexokinase (E.C. 2.7.1.1)

Il en existe 3 isoformes, C'est une enzyme de 102.000 Da chez les organismes multicellulaires et environ 50 kDa chez les bactéries.

Reaction catalysee par l'hexokinase

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

Inhibition hexokinase

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. 2.7.1.2)

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.

Comparaison de la vitesse de catalyse hexokinase et glucokinase

A l'inverse la glucose-6-phosphatase du foie (enzyme de la néoglucogénèse - E.C. 3.1.3.9) 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.

Regulation hexokinase glucokinase glucose 6 phosphatase

  • 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).

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c. La phosphofructokinase-1 (E.C. 2.7.1.11)

Voir ci-dessous le paragraphe 2 pour un développement de la régulation de l'activité de la phosphofructokinase-1.

Reaction catalysee par la phosphofructokinase-1

d. Régulation de l'activité de la pyruvate kinase

La pyruvate kinase (E.C. 2.7.1.40) est un homotétramère d'une masse de 235.000 Da.

Reaction catalysee par la pyruvate kinase

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.

Regulation de la pyruvate kinase

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"

Regulation biosynthese pyruvate kinase ChREBP MLX glucose

ChREBP ("Carbohydrate Responsive Element Binding Protein") est un facteur de transcription de type [hélice-boucle-hélice] "fermeture éclair à leucine" basique ("basic helix-loop-helix/leucine zipper" - bHLH/ZIP) de la famille Mondo.

ChREBP est une grosse protéine (96 kDa) multi-domaines :

  • un domaine de signal d'export du noyau près de son extrémité N-terminale (domaine "Nuclear Export Signal" - NES)
  • un domaine de signal d'import dans le noyau près de son extrémité N-terminale (domaine "Nuclear Import Signal" - NLS)
  • des domaines poly-proline
  • un vrai domaine hélice-boucle-hélice "leucine zipper" (domaine bHLH/ZIP)
  • un domaine "leucine zipper-like" (domaine "ZIP-like")

Regulation biosynthese pyruvate kinase ChREBP MLX

Source : base de données "Reactome"

La déphosphorylation (Ser196) de ChREBP par la PP2A (voir "Régulation de la [PFK-2/FBPase-2] par le glucagon"), en réponse à des signaux associés à une nourriture abondante (fortes concentrations de glucose), lui permet d'entrer dans le noyau.

ChREBP ainsi activé se fixe aux motifs ChRE (séquence canonique "E box" 5'CACGTG3') de l'ADN près des gènes codant la pyruvate kinase, l'acide gras synthase et l'acétyl-CoA carboxylase.

L'excès de glucose est alors converti en pyruvate puis en acétyl-CoA, le principal précurseur de la synthèse des acides gras, qui est la forme de stockage de l'énergie à long terme.

La localisation sub-cellulaire de ChREBP dépend aussi de l'interaction d'une hélice (acides aminés 125 à 135) de ChREBP avec une protéine 14-3-3 qui maintient ChREBP dans le cytoplasme.

L'interaction avec la protéine 14-3-3 est facilitée par la phosphorylation de Ser140 et Ser196 adjacentes à cette hélice.

Regulation biosynthese pyruvate kinase ChREBP MLX

Source : Sakiyama et al. (2008)

Voir Ge et al. (2012) : structure cristallographique du complexe [ChREBP-14-3-3] à une résolution de 2,41 Å (PDB : 4GNT).

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e. Les structures "coiled coil" et le domaine "leucine zipper" de certains facteurs de transcription

Une structure dite "coiled coil" (bobine enroulée) est une structure des protéines, où les hélices alpha sont enroulées l'une dans l'autre comme les brins d'une corde tressée.

Ces hélices contiennent 3,5 résidus d'acides aminés par tour.

Les dimères et les trimères d'hélices sont les types les plus courants.

Cette structure a été proposée indépendamment par Linus Pauling et Corey, et par Crick en 1953.

Source : "Oregon state University"

coiled coil leucine zipper heptad repeat facteur transcription bZIP

Un domaine "leucine zipper" est une structure de type "coiled coil" : c'est une structure super-secondaire constituée de deux hélices alpha parallèles enroulées l'une dans l'autre sur la gauche ("left-handed parallel dimeric coiled-coil") et stabilisée par des résidus leucine.

Le domaine "leucine zipper" est le domaine de dimérisation des facteurs de transcription de la super-classe bZIP ("Basic helix-loop-helix/leucine zipper") des Eukaryotes.

Cette super classe contient les classes ou familles suivantes : "Leucine zipper factors", "Helix loop helix factors", "Helix loop helix/leucine zipper factors", "NF family", "RF-X family" et "bHSH family".

Les facteurs de transcription CREB ("cAMP response element-binding protein") et GCN4 ("General control protein GCN4") appartiennent également à la super-classe bZIP.

Visualisation du complexe [CREB-CRE] de Mus musculus à une résolution de 3 Å

Code PDB : 1DH3

La structure représente les acides aminés 285 à 339 de CREB lié à un désoxyribonucléotides de 21 nucléotides qui englobent l'élément de réponse AMPc de la somatostatine de 8 paires de base.

Pour faire apparaître de multiples fonctions du menu Jmol :

  • clic sur "Jmol" (Mac)
  • clic droit sur "Jmol" (PC)

Une structure "coiled coil" contient un motif répété de sept acides aminés ("heptad repeat") dont la nomenclature est (abcdefg)n, où a et d sont des acides aminés hydrophobes.

Au sein du domaine "leucine zipper", à chaque deuxième tour d'hélice une leucine est en contact direct avec une leucine de l'autre hélice.

Les hélices alpha des structures "coiled coil" sont dites amphipathiques :

  • les acides aminés aux positions a et d sont situés dans une zone interne hydrophobe qui participe à la dimérisation via des interactions entre les hélices alpha parallèles
  • les acides aminés aux positions b, c, e et f sont exposés à la surface de la protéine

coiled coil leucine zipper heptad repeat facteur transcription bZIP

Source : "The heptad repeat of the coiled-coil structure"

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2. Régulation de l'activité de la phosphofructokinase-1 ou PFK-1 (6-phosphofructokinase isoenzyme 1 / E.C. 2.7.1.11)

La PFK-1 de Escherichia coli est un homotétramère (4 sous-unités identiques : bleue, rose, verte et marron sans la figure ci-contre) de 320 acides aminés (sous-unité : 34.800 Da).

Figure ci-contre: structure de la PFK-1 de Escherichia coli (PDB : 1PFK) dans l'état conformationnel R. En rouge : fructose-1,6-bisphosphate et ADP.

La structure des PFK1 des Eucaryotes est beaucoup plus complexe : la PFK1 de Pichia pastoris est un dodécamère (αβγ)4 (un tétramère de trimères - symmétrie D2) d'une masse molaire de environ 106 Da. Ses dimensions sont 161 x 157 x 233 Å .

Structure de la phosphofructokinase-1

Shirakihara & Evans (1988)

La PFK-1 joue un rôle primordial dans la régulation du flux de la glycolyse.

En effet, l'activité de cette enzyme est régulée par la concentration de ces substrats (l'ATP et le fructose 6-phosphate) mais aussi par celles de de nombreux effecteurs liés à la production d'énergie (ATP) par la phosphorylation oxydative.

Ces effecteurs sont :

  • l'ATP lui-même (voir ci-après)
  • l'ADP
  • l'AMP
  • le phosphoénolpyruvate
  • le phosphate inorganique
  • le citrate
  • le NADH
 

Voir l'effet des effecteurs sur les courbes de saturation de la PFK-1

le phosphoenolpyruvate  et le phosphate inorganique

le citrate

NADH et NADPH

L'ATP est un cas particulier : c'est l'un des deux substrats de la PFK-1 mais c'est aussi un effecteur.

En effet la PFK-1 possède :

  • un site de fixation de l'ATP en tant que substrat (effet homotrope)
  • un site de fixation en tant qu'effecteur (effet hétérotrope)

Partie gauche de la courbe de saturation

Elle reflète l'effet de l'ATP sur la vitesse de la réaction enzymatique en tant que substrat.

L'allure hyperbolique de cette première partie de la courbe indique que la fixation de l'ATP aux 4 sites catalytiques (la PFK-1 est un homotétramère) s'effectue selon un mécanisme Michaelien (voir le cours).

Celà signifie qu'il n'y a pas d'effet coopératif dans la fixation des molécules d'ATP.

Partie droite de la courbe de saturation

A partir d'une certaine concentration, des molécules d'ATP se fixent sur un site qui n'est pas le site catalytique : ce site est lié à la régulation de l'activité catalytique.

C'est un site dit effecteur. Certaines molécules d'ATP n'agissent plus comme substrat mais comme effecteur :

  • La fixation de molécules d'ATP sur ce site induit un changement de conformation de certaines molécules d'enzyme.
  • Les sites catalytiques dans cette conformation (dite "tendue" ou "tense", T) ne fixe pas ou trés mal l'ATP.
  • Dans cette conformation T, l'enzyme n'est pas ou trés peu active.

Courbe de saturation de la PFK1 par l'ATP

En conséquence, une partie des molécules d'enzyme étant inactive, la concentration réelle de complexe enzyme - substrat ([ES]) est moindre que la concentration d'enzyme.

La vitesse de catalyse diminue puisque : vi = kcat x [ES].


Les différentes phosphofructokinases : nomenclatures et réactions catalysées
Les liens renvoient vers la base de données "Expasy".

EC Nomenclature Réaction catalysée
2.7.1.11
  • 6-phosphofructokinase
  • phosphohexokinase
  • phosphofructokinase I
ATP + D-fructose 6-phosphate ---> ADP + D-fructose 1,6-bisphosphate
2.7.1.56
  • 1-phosphofructokinase
  • fructose 1-phosphate kinase
ATP + D-fructose 1-phosphate ---> ADP + D-fructose 1,6-bisphosphate
2.7.1.90
  • diphosphate-fructose-6-phosphate 1-phosphotransferase
  • pyrophosphate-fructose-6-phosphate 1-phosphotransferase
  • 6-phosphofructokinase (pyrophosphate)
  • 6-phosphofructokinase (diphosphate)
  • pyrophosphate-dependent 6-phosphofructose-1-kinase
  • diphosphate-dependent 6-phosphofructose-1-kinase
diphosphate + D-fructose 6-phosphate ---> phosphate + D-fructose 1,6-bisphosphate
2.7.1.105
  • 6-phosphofructo-2-kinase
  • phosphofructokinase 2
ATP + D-fructose 6-phosphate <==> ADP + D-fructose 2,6-bisphosphate
2.7.1.146
  • ADP-specific phosphofructokinase
  • ADP-6-phosphofructokinase
  • ADP-dependent phosphofructokinase
ADP + D-fructose 6-phosphate ---> AMP + D-fructose 1,6-bisphosphate

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3. Rôle du fructose 2,6-bisphosphate

Le fructose 2,6-bisphosphate ou F2,6BP a été découvert en 1980 (Van Schaftingen, Hue & Hers (1980) Biochem. J. 192, 897 - 991).

On le trouve chez tous les organismes à l'exception des bactéries.

Reaction catalysee par la phosphofructokinase-2 - fructose 2,6-bisphosphatase

  • Le F2,6BP est formé à partir du fructose 6-phosphate par l'activité phosphofructokinase-2 (E.C. 2.7.1.105) de l'enzyme [phosphofructokinase-2 / fructose 2,6-bisphosphatase] ou [PFK-2/FBPase-2].
  • Inversement, le fructose 6-phosphate est formé à partir du F2,6BP par l'activité fructose 2,6-bisphosphatase (EC 3.1.3.46) de la même enzyme [PFK-2/FBPase-2].
  • Attention : ne pas confondre la PFK-2 (identique à phosphofructokinase-2, identique à 6-phosphofructo-2-kinase) avec la 6-phosphofructokinase isoenzyme 2 qui est l'isoforme 2 de la PFK-1.

Le F2,6BP est un puissant activateur de la PFK-1 (sauf chez certains protistes pour lesquels il est activateur de la pyruvate kinase).

Dans le foie, le F2,6BP est un inhibiteur de la fructose-1,6-bisphosphatase, une enzyme de la néoglucogénèse.

Role du fructose 2,6-bisphosphate

Le citrate est un intermédiaire du cycle de Krebs.

  • C'est un inhibiteur de la PFK-1.
  • C'est aussi un inhibiteur de la PFK-2 : il y a moins de F2,6BP synthétisé.

Or comme le F2,6BP est un activateur de la PFK-1, celà amplifie l'effet inhibiteur de la PFK-1 par le citrate.

Cycle de Krebs schematique

Effet du citrate sur ma PFK1

4. Structure de la [phosphofructokinase-2 / fructose 2,6-bisphosphatase]

La [PFK-2/FBPase-2] fonctionne sous la forme d'un homodimère.

La [PFK-2/FBPase-2] est donc une enzyme bi-fonctionnelle puisque chaque monomère contient 2 domaines ayant chacun une activté enzymatique distincte :

Par exemple, l'isoforme du coeur de la [PFK-2/FBPase-2] est une enzyme de 505 acides aminés chez l'Homme (Uniprot : O60825) :

  • le domaine à activité phosphofructokinase-2 ou PFK-2 qui forme le F2,6BP correspond aux acides aminés 2 à 248. Le domaine PFK-2 a une structure similaire à l'adénylate kinase.
  • le domaine à activité fructose 2,6-bisphosphatase ou FBPase-2 qui forme le fructose 6-phosphate correspond aux acides aminés 249 à 505. La séquence en acides aminés, le mécanisme catalytique et la structure du domaine FBPase-2 sont similaires à ceux de la famille des histidines phosphatases.

Visualisation de la [PFK-2/FBPase-2] de l'Homme à une résolution de 2,1 Å

Code PDB : 2AXN

Remarque : les 31 acides aminés N-terminaux et les 75 acides aminés C-terminaux ne sont pas représentés.

Pour faire apparaître de multiples fonctions du menu Jmol :

  • clic sur "Jmol" (Mac)
  • clic droit sur "Jmol" (PC)

Il existe plusieurs isoenzymes de la [PFK-2/FBPase-2] chez les mammifères.

Ci-contre, représentation des domaines de différentes [PFK-2/FBPase-2] :

  • S,T : résidus Ser et Thr phosphorylés
  • nbf : motif [G(X)4GKT/S] de fixation du nucléotide du domaine kinase (PFK-2)
  • H : histidine catalytique du domaine phosphatase (FBPase-2) au sein d'un motif RHG
  • L'extension N-terminale des isoenzymes du foie et des testicules et l'extension C-terminale de l'isoenzyme 1 du coeur sont responsables de la modulation de l'activité enzymatique

Source : Okar et al. (2001)

plusieurs isoenzymes de la PFK-2 - FBPase-2 chez les mammiferes

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5. Régulation de la [PFK-2/FBPase-2] par le glucagon

Dans le foie, la PFK-2 est sous le contrôle du glucagon.

Le glucagon est une hormone produite par le pancréas quand le taux de glucose sanguin baisse.

Le glucagon est synthétisé sous forme d'un précurseur : le proglucagon.

Le proglucagon est hydrolysé en 8 chaînes polypeptidiques :

  • Glycentine : polypeptide N-terminal de 69 acides aminés du proglucagon
  • GRPP : "glicentin-related pancreatic polypeptide"
  • Oxyntomoduline
  • Glucagon
  • GLP-1 : "glucagon-like peptide 1" (3 peptides différents)
  • GLP-2 : "glucagon-like peptide 2"

IP1 et IP2 : "intervening peptide" - MPGF : "major proglucagon fragment"

proglucagon glucagon precursor

Source : Drucker (2005) Nat. Clin. Prac. Endocrin. Metabol.

GLP-1 ("glucagon-like peptide 1") est une hormone peptidique de 30 acides aminés. Il potentialise la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et augmente la biosynthèse d'insuline via l'induction de l'expression du gène de l'insuline. GLP-1 stimule l'adénylate cyclase et la phospholipase C avec une activation subséquente de la protéine kinase A et de la protéine kinase C, ce qui conduit à une augmentation du taux de calcium cytosolique dans les cellules pancréatiques et non pancréatiques.

GLP-2 est un peptide de 33 acides aminés co-sécrété avec GLP-1, l'oxyntomoduline et la glicentine, par les cellules L entéroendocrines.

L'oxyntomoduline est un peptide de 37 acides aminés qui stimule la sécrétion d'insuline, ralentit la vidange gastrique, inhibe la sécrétion d'acide gastrique, stimule l'absorption intestinale du glucose et diminue la sécrétion des enzymes pancréatiques chez le rat.

Figure ci-contre : structure du glucagon de Bos taurus - (Code PDB 1KX6) - Braun et al. (2002)

Structure glucagon

Quand la concentration du glucagon augmente, la protéine kinase AMP cyclique dépendante (PKA) phosphoryle une sérine ou une thréonine de la [PFK-2/FBPase-2].

Exemples : foie de rat : Ser 32 - coeur de boeuf : Ser 84 - levure : Thr 157.

La déphosphorylation est catalysée par la protéine phosphatase 2A xylulose-5-phosphate-dépendante qui est activée par le glucose.

[PFK-2 / FBPase-2]-OH

PKA
----------------->
<-----------------
protéine phosphatase 2A

[PFK-2 / FBPase-2]-PO32-

activité PFK-2
 
activité FBPase-2

La phosphorylation :

  • réduit l'activité kinase de la [PFK-2 / FBPase-2] : la synthèse du F2,6BP est diminuée
  • augmente l'activité phosphatase de la [PFK-2 / FBPase-2] : le F2,6BP reforme du fructose 6-phosphate

Il en résulte une baisse de concentration du F2,6BP et la PFK-1 est moins activée.

Changement de la conformation de la phosphofructokinase-2 / fructose 2,6-bisphosphatase

K/B : rapport des activités PFK-2 / FBPase-2

HGP : production du glucose par le foie

Source : Okar et al. (2001)

En conséquence, la glycolyse est ralentie quand la concentration du glucagon augmente après une baisse du taux de glucose sanguin.

Remarque : voir plus haut le rôle de la protéine phosphatase 2A (PP2A) dans la régulation de la synthèse de la pyruvate kinase.

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6. Rôle et structure de l'insuline

Le glucose pénètre dans le muscle et le tissu adipeux par l'intermédiaire de transporteurs contrôlés par l'insuline.

Une carence en insuline (diabète insulino dépendant) a donc pour conséquence une élévation de la concentration du glucose sanguin.

  • Effet de l'insuline sur la glycolyse : l'insuline active la glucokinase, la PFK-1 et la pyruvate kinase.
  • Effet de l'insuline sur la glycogénogénèse : l'insuline active la glycogène synthétase et inhibe la glycogène phosphorylase.
  • Effet de l'insuline sur la néoglucogénèse : l'insuline stimule la synthèse protéique diminuant ainsi la quantité d'acides aminés disponibles pour la néoglucogénèse. L'effet net est une augmentation du stock de glycogène (foie) et une diminution de la production de glucose (muscle, tissu adipeux, foie).

L'insuline est synthétisée sous la forme d'un précurseur, la pré-pro-insuline, dans les cellules β des îlots de Langerhans.

Le peptide signal est clivé dans le réticulum endoplasmique.

pre-pro-insuline

Deux ponts disulfure inter-chaînes se forment dès la biosynthèse de la pro-insuline.

La chaîne C de la pro-insuline a pour rôle de positionner correctement les chaînes A et B.

Quand la pro-insuline est correctement repliée, le peptide C est éliminé et un pont disulfure intra-chaîne se forme.

L'insuline adopte sa forme fonctionnelle.

Maturation de la preproinsuline

Cette maturation par l'élimination du peptide C retarde l'apparition de l'activité hormonale de l'insuline jusqu'à ce qu'elle soit empaquetée dans les granules de sécrétion.

L'insuline mature est finalement constituée de 4 chaînes polypeptidiques :

  • 2 chaînes identiques A et A' de 21 acides aminés
  • 2 chaînes identiques B et B' de 30 acides aminés

Les chaînes [A + B] forment un monomère (figure ci-contre) et les chaînes [A' +B'] forment un monomère.

ponts disulfure intra-chaines et inter-chaines de l'insuline

Ces chaînes sont liées pas des ponts disulfure intra- et inter-chaînes :

  • pont intra : Cys A 6 - Cys A 11
  • ponts inter : Cys A 7 - Cys B 7 et Cys A 20 - Cys B 19

Voir un développement sur le rôle des transporteurs d'oses (notamment GLUT), de l'insuline et du glucagon dans la régulation de la glycolyse

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7. La charge énergétique adénylique (Atkinson, DE, 1968)

La charge énergétique adénylique (CEA) de la cellule est définie par la relation :

 

     [ATP] + 1/2 [ADP]
-----------------------------------------
     [ATP] + [ADP] + [AMP]

 

Cette relation exprime la fraction molaire en ATP (qui contient 2 liaisons phosphoanhydride à haut potentiel énergétique) plus la moitié de la fraction molaire en ADP (qui n'en contient qu'une).

La CEA est donc une mesure de l'énergie disponible à un instant donné dans une cellule, un tissu ou un organisme.

Il s'agit d'un paramètre de valeur universelle atteignant des valeurs comparables chez tous les organismes vivants.

La CEA est très sensible aux variations de l'environnement interne des organismes (stress) ou de l'environnement extérieur : plus un organisme subit l'effet d'un stress, plus il consomme d'énergie (donc d'ATP) pour contre-balancer ces effets, plus la CEA de cet organisme baisse.

En théorie, la valeur de la CEA peut varier de 0 (il n'y a que de l'AMP) à 1 (il n'y a que de l'ATP).

Cependant, dans la plupart des cellules, la CEA est trés finement régulée et on observe des variations de 0,7 (forte hydrolyse de l'ATP et de l'ADP en AMP) à 0,95 (typiquement une cellule au repos).

Quand la valeur de la CEA est élevée, l'énergie que contient la cellule est suffisante : la glycolyse est ralentie.

Charge energetique adenylique CEA

Quand la valeur est basse, la cellule a besoin d'énergie : la glycolyse est activée.

Résumé des activateurs (A) et des inhibiteurs (I) des enzymes clé de la glycolyse
  hexokinase* phosphofructokinase pyruvate kinase
glucose 6-phosphate I    
fructose 1,6-bisphosphate     A
fructose 2,6-bisphosphate   A A (pour certains organismes tels que Kinetoplastida - Trypanosoma)
ATP  

I (site effecteur - effet hétérotrope) :

à partir de [ATP] élevées > 10-3 M)

I
ADP   A A (substrat - effet homotrope)
AMP   A I
acétyl CoA     I
NADH   A puis I  
citrate   I I
PEP   I  
Pi   A  
insuline stimulation
glucagon inhibition

*La glucokinase n'est pas inhibée par le glucose 6-phosphate.
La glucokinase possède un motif de fixation de la [PFK-2 / FBPase-2] qui la stabilise dans sa forme active.

 

9. Liens Internet et références bibliographiques

"Gluconeogenesis" : un superbe site pédagogique pour la biochimie.

Voir une excellente animation du flux de la glycolyse (M. Lalanne - Université Laval - Québec)

Aller au site

Animation

Shiota et al. (1999) "Nuclear Import of Hepatic Glucokinase Depends upon Glucokinase Regulatory Protein, whereas Export Is Due to a Nuclear Export Signal Sequence in Glucokinase" J. Biol. Chem. 274, 37125 - 37130

Sakiyama et al. (2008) "Regulation of Nuclear Import/Export of Carbohydrate Response Element-binding Protein (ChREBP)" J. Biol. Chem. 283, 24899 - 24908

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