Hexokinase

Définition

Une hexokinase est une enzyme qui catalyse la phosphorylation des hexoses, en présence de magnésium Mg. Elle débute la glycolyse en transformant le glucose en glucose-6-phosphate. L'hexokinase est une famille de quatre enzymes dont la glucokinase, également appelée hexokinase IV dans les cellules des îlots hépatiques et pancréatiques.

L'hexokinase :

Un cycle avec hexokinase (mécanisme de la réaction glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase) et structure moléculaire de l'hexokinase 1 (HK1).

Explications

Les hexokinases (numéro CE 2.7.1.1) constituent un groupe d'enzymes de type transférase, capable de transférer un groupe phosphate d'une molécule "haute énergie" à une autre, qui joue le rôle d'accepteur de ce phosphate, appelé substrat. Ce transfert s'appelle la phosphorylation.

D'autre part, le préfixe "-hexo" indique que cette enzyme peut phosphoryler n'importe quel hexose (un glucose ou un fructose semblable à un sucre monosaccharidique). Il s'agit donc d'une enzyme de faible spécificité.

Rôle

Le rôle des hexokinases dans la cellule est varié, mais il est principalement associé au métabolisme cellulaire. En particulier, le rôle le plus important se trouve dans la glycolyse, où cette enzyme phosphoryle une molécule de glucose, de l'ATP, avec laquelle la voie principale du métabolisme du sucre est initiée, c'est-à-dire la voie principale par laquelle les êtres vivants tirent leur énergie de ces composés.

Associée à la glycolyse, cette enzyme est présente dans presque tous les êtres vivants de la planète. C'est pourquoi elle a des formes et des tailles très différentes, vestige de la longue histoire évolutive de cette enzyme.

Histoire

La première réaction de la glycolyse est la phosphorylation du glucose. Pour l'activer et pouvoir ainsi l'utiliser dans d'autres processus si nécessaire, il faut augmenter son énergie. Cette activation intervient par le transfert d'un groupe phosphate d'ATP, une réaction catalysée par l'enzyme hexokinase 5 qui peut phosphoryler (ajouter un groupe phosphate) à des molécules similaires au glucose, telles que le fructose et le mannose.

Les avantages de la phosphorylation du glucose sont double : le premier consiste à faire du glucose un métabolite plus réactif, mentionné ci-dessus, et le second avantage est que le glucose-6-phosphate ne peut pas traverser la membrane cellulaire - contrairement au glucose - et que la charge négative qui donne le groupe phosphate à la molécule rend plus difficile son passage. De cette manière, la perte de substrat énergétique pour la cellule est évitée.

Techniquement parlant, l'hexokinase ne phosphoryle que les D-hexoses et utilise le substrat MgATP²⁺, car ce cation permet au dernier phosphate d'ATP (gamma phosphate, γ-P ou P γ) d'être une cible plus facile d'attaque. nucléophile qui forme le groupe hydroxyle (OH) du sixième carbone du glucose, ce qui est possible grâce au Mg²⁺ qui protège les charges des deux autres phosphates.

Cette réaction a un ΔG négatif et est donc une réaction dans laquelle de l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Chez de nombreuses bactéries, cette réaction est couplée à la dernière réaction de glycolyse (du phosphoénolpyruvate au pyruvate) afin de tirer parti de l'énergie excédentaire de la réaction : le phosphate de phosphoénolpyruvate est transféré d'une protéine à une autre par un système de transport de phosphotransférase.

En fin de compte, le phosphate passera dans une molécule de glucose prélevée à l'extérieur de la cellule et libérée sous forme de G-6-P à l'intérieur de la cellule. Il s'agit donc de coupler la première et la dernière réaction de cette voie et d'utiliser le surplus d'énergie pour réaliser un type de transport à travers une membrane appelée translocation de groupe.

Hexokinase et glucokinase

Le glucose et d'autres monosaccharides pénètrent dans la cellule par diffusion facilitée, un processus médié par la famille de protéines des transporteurs de glucose (GLUT) qui permet aux monosaccharides de traverser la membrane cellulaire principalement en raison de leurs gradients de concentration. Dès leur entrée dans la cellule, les enzymes hexokinases phosphorylent les molécules; comme les monosaccharides phosphorylés ne peuvent pas traverser la GLUT, cette modification emprisonne efficacement le monosaccharide à l'intérieur de la cellule.

La glucokinase est une isoforme de l'hexokinase avec deux particularités : premièrement, contrairement à l'hexokinase, le produit de sa réaction, le glucose-6-phosphate, n'inhibe pas la glucokinase, et deuxièmement, elle a une faible affinité de liaison pour le glucose par rapport aux autres hexokinases. enzymes. Ces deux différences signifient que l'activité de la glucokinase ne varie qu'en réponse à la disponibilité du glucose, ce qui lui permet d'agir comme un capteur de la disponibilité du carburant.

Déficit en hexokinase

L'hexokinase est l'enzyme initiale de la glycolyse, catalysant la phosphorylation du glucose par l'ATP en G-6-P. C'est l'une des enzymes limitant la vitesse de la glycolyse. Son activité décline rapidement à mesure que les globules rouges normaux vieillissent. Par conséquent, les patients atteints d'une maladie hémolytique ont généralement une activité d'hexokinase érythrocytaire nettement élevée, car les cellules survivantes sont plus jeunes.

Un déficit en hexokinase a été observé chez des patients atteints du syndrome de Fanconi qui présentaient des aberrations chromosomiques marquées. Il est possible que certains de ces derniers soient responsables de la diminution des taux d'hexokinase et que le déficit en hexokinase n'ait pas joué de rôle étiologique dans la panmyélopathie et les anomalies congénitales observées cliniquement.

Une relation plus directe entre le déficit en hexokinase et l'anémie a été observée dans trois familles non apparentées dans lesquelles un individu atteint d'anémie hémolytique sévère, et donc une population de globules rouges très jeune, avait une activité de l'hexokinase des globules rouges normale ou légèrement réduite. Le degré d'anémie variait de léger à sévère. Dans deux cas des anomalies cinétiques de l'hexokinase résiduelle ont été détectées, et seule une bande correspondant à l'hexokinase de type I (HK1) était présente; les autres bandes d'activité hexokinase se déplaçant plus rapidement manquaient.

Le déficit en hexokinase semble être hérité comme un trouble récessif autosomique. Elle est diagnostiquée en effectuant un dosage de l'hexokinase, et ceci est mieux fait dans des conditions où la concentration de glucose est limitante, de sorte que les mutants Km seront également détecté. Il est important de garder à l'esprit que l'activité de l'hexokinase doit être élevée chez les patients atteints d'une maladie hémolytique et qu'une activité de l'hexokinase apparemment normale en présence d'une anémie hémolytique peut, en fait, représenter un déficit en hexokinase.

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