Quels effets pourraient inhiber la glycolyse ?

Glycolyse est un processus métabolique universel parmi les êtres vivants du monde. Cette série de 10 réactions dans le cytoplasme de toutes les cellules convertit la molécule de sucre à six carbones glucose en deux molécules de pyruvate, deux molécules d'ATP et deux molécules de NADH.
En savoir plus sur la glycolyse.

Dans procaryotes, qui sont les organismes les plus simples, la glycolyse est vraiment le seul jeu de métabolisme cellulaire en ville. Ces organismes, presque tous constitués d'une seule cellule avec relativement peu de contenu, ont un nombre limité de besoins métaboliques, et la glycolyse est suffisante pour leur permettre de prospérer et de se reproduire en l'absence de compétition les facteurs. Eucaryotes, d'autre part, déroulez la glycolyse comme une sorte d'apéritif requis avant que le plat principal de la respiration aérobie n'entre en scène.

Les discussions sur la glycolyse sont souvent centrées sur les conditions qui la favorisent, par exemple, une concentration adéquate de substrat et d'enzyme. Moins souvent mentionnés, mais également importants, sont des choses qui pourraient par conception

Le glucose est un sucre à six carbones de formule C₆H₁₂O₆. (Amusant anecdotes sur les biomolécules: chaque glucide - qu'il s'agisse d'un sucre, d'un amidon ou d'une fibre insoluble - a la formule chimique générale C_NH_2NO_N.) Il a une masse molaire de 180 g, similaire aux acides aminés les plus lourds en termes de taille. Il est capable de diffuser librement dans et hors de la cellule à travers la membrane plasmique.

Le glucose est un monosaccharide, ce qui signifie qu'il n'est pas fabriqué en combinant des sucres plus petits. Le fructose est un monosaccharide, tandis que le saccharose ("sucre de table") est un disaccharide assemblé à partir d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose.

Notamment, le glucose se présente sous la forme d'un anneau, représenté par un hexagone dans la plupart des diagrammes. Cinq des six atomes du cycle sont du glucose, tandis que le sixième est de l'oxygène. Le carbone numéro 6 se trouve dans un méthyle (– CH₃) groupe à l'extérieur du ring.

La formule complète de la somme des 10 réactions de glycolyse est :

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

En termes simples, cela signifie qu'une molécule de glucose est convertie en deux molécules de glucose, générant 2 ATP et 2 NADH (la forme réduite du nicotinamide adénine dinucléotide, un « porteur d'électrons » courant dans biochimie).

Notez qu'aucun oxygène n'est requis. Bien que le pyruvate soit presque invariablement consommé lors des étapes aérobies de la respiration, la glycolyse se produit aussi bien dans les organismes aérobies que anaérobies.

La glycolyse est classiquement divisée en deux parties: une « phase d'investissement », qui nécessite 2 ATP (adénosine triphosphate, « l'énergie monnaie" des cellules) pour façonner la molécule de glucose en quelque chose avec beaucoup d'énergie potentielle, et un "gain" ou "récolte" phase, dans laquelle 4 ATP sont générés via la conversion d'une molécule à trois carbones (glycéraldéhyde-3-phosphate, ou GAP) en une autre, pyruvate. Cela signifie qu'un total de 4 -2 = 2 ATP sont générés par molécule de glucose.

Lorsque le glucose pénètre dans une cellule, il est phosphorylé (c'est-à-dire qu'un groupe phosphate y est attaché) sous l'action de l'enzyme hexokinase. Cette enzyme, ou catalyseur protéique, est parmi les plus importantes des enzymes régulatrices de la glycolyse. Chacune des 10 réactions de la glycolyse est catalysée par une enzyme, et cette enzyme à son tour ne catalyse que cette seule réaction.

Le glucose-6-phosphate (G6P) issu de cette étape de phosphorylation est ensuite transformé en fructose-6-phosphate (F6P) avant qu'une seconde phosphorylation ne se produise, cette fois dans le sens de phosphofructokinase, une autre enzyme régulatrice critique. Il en résulte la formation de fructose-1,6-bisphosphate (FBP) et la première phase de glycolyse est terminée.

Le fructose-1,6-bisphosphate est divisé en une paire de molécules à trois carbones, le dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et le glycéraldéhyde-3-phosphate (GAP). Le DHAP est rapidement converti en GAP, de sorte que l'effet net de la scission est la création de deux molécules identiques à trois carbones à partir d'une seule molécule à six carbones.

Le GAP est ensuite converti par l'enzyme glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase en 1,3-diphosphoglycérate. C'est une étape chargée; NAD⁺ est converti en NADH et H⁺ en utilisant des atomes d'hydrogène dépouillés de GAP, puis la molécule est phosphorylée.

Dans les étapes restantes, qui transforment le 1,3-diphosphoglycérate en pyruvate, les deux phosphates sont éliminés en séquence de la molécule à trois carbones pour générer de l'ATP. Parce que tout après la division de FBP se produit deux fois par molécule de glucose, cela signifie que 2 NADH, 2 H⁺ et 4 ATP sont générés en phase retour, pour un filet de 2 NADH, 2 H⁺ et 2 ATP.
En savoir plus sur le résultat final de la glycolyse.

Trois des enzymes qui participent à la glycolyse jouent un rôle majeur dans la régulation du processus. Deux, l'hexokinase et la phosphofructokinase (ou PFK), ont déjà été mentionnées. Le troisième, pyruvate kinase, est responsable de la catalyse de la réaction finale de glycolyse, la conversion du phosphoénolpyruvate (PEP) en pyruvate.

Chacune de ces enzymes a activateurs aussi bien que inhibiteurs. Si vous êtes familier avec la chimie et le concept de rétro-inhibition, vous pourrez peut-être prédire les conditions qui conduisent une enzyme donnée à accélérer ou ralentir son activité. Par exemple, si une région d'une cellule est riche en G6P, vous attendriez-vous à ce que l'hexokinase recherche de manière agressive toutes les molécules de glucose errantes? Vous ne le feriez probablement pas, car dans ces conditions, il n'y a pas d'urgence à générer du G6P supplémentaire. Et vous auriez raison.

Alors que l'hexokinase est inhibée par le G6P, elle est activée par l'AMP (adénosine monophosphate) et l'ADP (adénosine diphosphate), tout comme la PFK et la pyruvate kinase. C'est parce que des niveaux plus élevés d'AMP et d'ADP signifient généralement des niveaux plus bas d'ATP, et lorsque l'ATP est faible, l'impulsion pour que la glycolyse se produise est élevée.

La pyruvate kinase est également activée par le fructose-1,6-bisphosphate, ce qui est logique, car trop de FBP implique qu'un intermédiaire de glycolyse s'accumule en amont et que les choses doivent se passer plus rapidement à la fin de la traiter. De plus, le fructose-2,6-bisphosphate est un activateur de PFK.

L'hexokinase, comme indiqué, est inhibée par le G6P. La PFK et la pyruvate kinase sont toutes deux inhibées par la présence d'ATP pour la même raison fondamentale qu'elles sont activées par l'AMP et l'ADP: L'état énergétique de la cellule favorise une diminution du taux de glycolyse.

La PFK est également inhibée par citrate, une composante du cycle de Krebs qui se produit en aval de la respiration aérobie. La pyruvate kinase est inhibée par acétyl-CoA, qui est la molécule en laquelle le pyruvate est converti après la fin de la glycolyse et avant le cycle de Krebs commence (en fait, l'acétyl CoA se combine avec l'oxaloacétate dans la première étape du cycle pour créer citrate). Enfin, l'acide aminé alanine inhibe également la pyruvate kinase.

Vous pouvez vous attendre à ce que d'autres produits de la glycolyse en plus du G6P inhibent l'hexokinase, car leur présence en quantités significatives semble indiquer une diminution du besoin de G6P. Cependant, seul le G6P lui-même inhibe l'hexokinase. Pourquoi est-ce?

La raison est assez simple: le G6P est nécessaire pour des voies réactionnelles autres que la glycolyse, y compris le shunt pentose phosphate et synthèse du glycogène. Par conséquent, si des molécules en aval autres que le G6P pouvaient empêcher l'hexokinase de fonctionner, ces autres voies de réaction ralentirait également faute de G6P entrant dans le processus, et représenterait donc en quelque sorte des dommages collatéraux.