Glucokinase

Définition

La glucokinase est une enzyme de la classe des transférases qui catalyse la phosphorylation du glucose en glucose-6-phosphate en utilisant un ATP. La glucokinase joue un rôle important dans la reconnaissance du niveau de glycémie dans le corps. Sa synthèse est stimulée par l'insuline.

Son K_m pour le glucose est plus élevé (10^-2 M) que celui de l'hexokinase, c'est pourquoi elle n'agit que lorsque la concentration du glucose est élevée (après un repas par exemple).

La détection du glucose avec la glucokinase :

Une représentation schématique de glucokinase (GCK) contenant des cellules dans la détection du glucose systémique et la régulation de l'homéostasie du glucose. Légende : ANS, système nerveux autonome; GCK, glucokinase; GALK-1, galactokinase-1; KHK-C, cétohexokinase-C (c'est-à-dire fructokinase); les cellules L entéroendocrines productrices de GLP-1; GnRH, hormone de libération des gonadotrophines; α, β, δ, les cellules alpha, bêta et delta des îlots pancréatiques.

Explications

La concentration systémique de glucose est détectée par les cellules via son métabolisme par la glucokinase (GCK) et le taux de production de G-6-P sur l'état énergétique cellulaire. Des mécanismes spécifiques aux cellules traduisent ensuite les altérations de l'état énergétique en réponses (libération d'hormones, activité neuronale) qui augmentent ou inhibent la consommation de glucose et/ou la production de glucose en fonction du maintien de l'homéostasie. Le rôle central du foie dans la métabolisation des sucres alimentaires (glucose, galactose et fructose), élimination quasi quantitative du galactose et du fructose, est noté dans la représentation.

Actions

La glucokinase (GCK) agit comme un "capteur de glucose" pour le pancréas, de sorte que lorsque la glycémie augmente, la quantité d'insuline produite augmente également. Cela signifie que la glycémie ne devient pas trop élevée si la glucokinase fonctionne normalement. Des modifications du gène GCK peuvent entraîner une augmentation de la glycémie et les personnes concernées peuvent recevoir un diagnostic de diabète, bien que cette augmentation de la glycémie soit légère et ne nécessite généralement pas de traitement. Le diabète à glucokinase est l'un des types de diabète familial qui, ensemble, sont souvent appelés MODY (diabète de la maturité chez les jeunes).

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 enzymes hexokinases. 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.

Rôle central dans l'homéostasie

Le rôle central de la glucokinase dans l'homéostasie du glucose est démontré par la présence de l'enzyme dans les îlots de Langerhans.

On suppose que la glucokinase (GCK) est le capteur de glucose non seulement pour la régulation de la libération d'insuline par les cellules β pancréatiques, mais également pour le reste des cellules qui contribuent à l'homéostasie du glucose chez les mammifères. Cela comprend d'autres cellules du pancréas endocrinien (cellules α et δ), de la glande surrénale, des neurones sensibles au glucose, des cellules entéro-endocrines et des cellules de l'hypophyse antérieure. Le transport du glucose se fait par diffusion facilitée et ne limite pas la vitesse. Une fois à l'intérieur, le glucose est phosphorylé en glucose-6-phosphate par GCK dans une réaction qui dépend du glucose dans toute la plage physiologique de concentrations, est irréversible et n'est pas inhibée par le produit. Des activités élevées de navette phosphate de glycérol, de pyruvate déshydrogénase et de pyruvate carboxylase, combinées à un faible shunt de pentose-P, à la lactate déshydrogénase, au transport du monocarboxylate de la membrane plasmique et aux activités de glycogène synthase contraignent le glucose-6-phosphate à être métabolisé par glycolyse. Dans ces conditions, la glycolyse produit majoritairement du pyruvate et peu de lactate. Le pyruvate entre dans le cycle de l'acide citrique via la pyruvate déshydrogénase ou est carboxylé par la pyruvate carboxylase. La réduction des équivalents de la glycolyse entre dans la phosphorylation oxydative à la fois par la navette phosphate de glycérol et le cycle de l'acide citrique. L'augmentation de la concentration de glucose augmente [NADH]/[NAD+] intramitochondrial et par conséquent l'état énergétique ([ATP]/[ADP][Pi]), diminuant [Mg²⁺ADP] et [AMP]. [Mg²⁺ADP] agit par le contrôle de la conductance du canal K_ATP, tandis que [AMP] agit par la régulation de la protéine kinase dépendante de l'AMP. Les rôles spécifiques des différents types de cellules sont déterminés par les divers mécanismes moléculaires utilisés pour coupler l'état énergétique aux réponses spécifiques des cellules. Le fait d'avoir un capteur de glucose commun couple des mécanismes de régulation complémentaires dans un réseau homéostatique de glucose étroitement régulé et stable.

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