Fructose-1,6-bisphosphatase

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La fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase) est une hydrolase qui catalyse la réaction de conversion du fructose-1,6-bisphosphate en fructose-6-phosphate dans la néoglucogenèse et le cycle de Calvin, deux voies métaboliques anaboliques, ainsi que dans la voie des pentoses phosphates :

Beta-D-fructose-1,6-bisphosphate wpmp.png   +   H2O   →   Pi +   Beta-D-fructose-6-phosphate wpmp.png
β-D-fructose-1,6-bisphosphate   β-D-fructose-6-phosphate

Il s'agit de la réaction inverse de celle catalysée par la phosphofructokinase au cours de la glycolyse[2],[3].

Chacune de ces enzymes ne catalysent la réaction que dans un sens et sont régulées par des métabolites tels que le fructose-2,6-bisphosphate de sorte qu'une seule de ces enzymes soit active à la fois : le fructose-2,6-bisphosphate inhibe la fructose-1,6-bisphosphatase mais active la phosphofructokinase-1.

Chez l'homme, cette enzyme existe sous deux isoformes codées par les gènes FBPase1 et FBPase1 et présentes dans le foie et les muscles. FBPase1 se trouve principalement dans le foie et les reins, ainsi que dans l'iléon, les leucocytes et le cerveau. Bien que relativement instable dans l'urine, cette enzyme peut être utilisée comme marqueur de lésion tubulaire proximale[4].

La fructose-1,6-bisphosphatase intervient dans plusieurs voies métaboliques et est présente chez la plupart des êtres vivants. Elle requiert des cations métalliques divalents, de préférence Mg2+ et Mn2+) et est puissamment inhibée par le cation de lithium Li+.

Le repliement de la fructose-1,6-bisphosphatase de porc est identique à celui de l'inositol monophosphatase (en) (IMPase)[5]. La séquence de l'inositol-polyphosphate 1-phosphatase (IPPase), l'IMPase et la FBPase partagent un motif d'acides aminés commun :

Asp-Pro-Ile/Leu-Asp-Gly/Ser-Thr/Ser.

Cette séquence se lie au cation métallique et participe à la catalyse. Elle se retrouve également dans les IMPases de levures, de bactéries et de mycètes qui sont des protéines homologues éloignées. Ces protéines pourraient appartenir à une famille ancienne d'enzymes dont la structure a été conservée et qui seraient impliquées dans plusieurs voies métaboliques telles que la signalisation cellulaire impliquant des l'inositol, la néoglucogenèse, l'assimilation des sulfates et peut-être également le métabolisme des quinones[6].

On a identifié trois groupes différents de fructose-1,6-bisphosphatases chez les eucaryotes et les bactéries, appelés FBPase I, II et III[7]. Aucun de ces groupe n'a été identifié chez les archées, mais un quatrième groupe de FBPases, qui présente également une activité IMPase, est présent chez ces dernières[8].

Un groupe appelé FBPase V a été identifié chez des archées thermophiles et la bactérie hyperthermophile Aquifex aeolicus[9]. Les membres de ce groupes qui ont pu être caractérisés montrent une spécificité stricte vis-à-vis du substrat pour le fructose-1,6-bisphosphate et pourraient être les véritables FBPases chez ces organismes[10]. Une étude structurelle a montré que le groupe FBPase V possède un repliement inhabituel pour une phosphatase d'ose, avec un arrangement de quatre couches en configuration sandwich alphabêtabêtaalpha, par opposition à la configuration plus courante en sandwich alphabêtaalphabêtaalpha[10]. L'arrangement des résidus du site actif est cohérent avec le mécanisme catalytique à trois ions métalliques proposés pour les autres FBPases.

Les fructose-1,6-bisphosphatases trouvées chez les Firmicutes, des bactéries à Gram positif et faible taux de GC, ne montrent pas de similitudes séquentielles significatives avec les enzymes d'autres organismes. L'enzyme de Bacillus subtilis est inhibée par l'AMP, bien que cela puisse être neutralisé par le phosphoénolpyruvate, et dépend de Mn2+[11],[12]. Les mutants dépourvus de cette enzyme semblent néanmoins capables de se développer sur des substrats tels que le malate et le glycerol.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) M. Gidh-Jain, Y. Zhang, P. D. van Poelje, J. Y. Liang, S. Huang, J. Kim, J. T. Elliott, M. D. Erion, S. J. Pilkis et M. Raafat el-Maghrabi, « The allosteric site of human liver fructose-1,6-bisphosphatase. Analysis of six AMP site mutants based on the crystal structure », Journal of Biological Chemistry, vol. 269, no 44,‎ 4 novembre 1994, p. 27732-27738 (lire en ligne) PMID : 7961695
  2. (en) Frank Marcus et Peter B. Harrsch, « Amino acid sequence of spinach chloroplast fructose-1,6-bisphosphatase », Archives of Biochemistry and Biophysics, vol. 279, no 1,‎ 15 mai 1990, p. 151-157 (lire en ligne) DOI:10.1016/0003-9861(90)90475-E PMID : 2159755
  3. (en) Frank Marcus, Brigitte Gontero, Peter B. Harrsch et Judith Rittenhouse, « Amino acid sequence homology among fructose-1,6-bisphosphatases », Biochemical and Biophysical Research Communications, vol. 135, no 2,‎ 13 mars 1986, p. 374-381 (lire en ligne) DOI:10.1016/0006-291X(86)90005-7 PMID : 3008716
  4. (en) Alina Kępka, Sławomir Dariusz Szajda, Anna Stypułkowska, Napoleon Waszkiewicz, Anna Jankowska, Sylwia Chojnowska et Krzysztof Zwierz, « Urinary fructose-1,6-bisphosphatase activity as a marker of the damage to the renal proximal tubules in children with idiopathic nephrotic syndrome », Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), vol. 46, no 6,‎ juin 2008, p. 831-835 (lire en ligne) DOI:10.1515/CCLM.2008.171 PMID : 18601606
  5. (en) Y.P. Zhang, J.Y. Liang et W.N. Lipscomb, « Structural Similarities between Fructose-1,6-bisphosphatase and Inositol Monophosphatase », Biochemical and Biophysical Research Communications, vol. 190, no 3,‎ 15 février 1993, p. 1080-1083 (lire en ligne) DOI:10.1006/bbrc.1993.1159 PMID : 8382485
  6. (en) J. D. York, J. W. Ponder et P. W. Majerus, « Definition of a metal-dependent/Li(+)-inhibited phosphomonoesterase protein family based upon a conserved three-dimensional core structure », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 92, no 11,‎ 23 mai 1995, p. 5149-5153 (lire en ligne) DOI:10.1073/pnas.92.11.5149 PMID : 7761465
  7. (en) Janet L. Donahue, Jennifer L. Bownas, Walter G. Niehaus et Timothy J. Larson, « Purification and Characterization of glpX-Encoded Fructose 1,6-Bisphosphatase, a New Enzyme of the Glycerol 3-Phosphate Regulon of Escherichia coli », Journal of Bacteriology, vol. 182, no 19,‎ octobre 2000, p. 5624-5627 (lire en ligne) DOI:10.1128/JB.182.19.5624-5627.2000 PMID : 10986273
  8. (en) Boguslaw Stec, Hongying Yang, Kenneth A. Johnson, Liangjing Chen et Mary F. Roberts, « MJ0109 is an enzyme that is both an inositol monophosphatase and the 'missing' archaeal fructose-1,6-bisphosphatase », Nature Structural & Molecular Biology, vol. 7,‎ 2000, p. 1046-1050 (lire en ligne) DOI:10.1038/80968 PMID : 11062561
  9. (en) Naeem Rashid, Hiroyuki Imanaka, Tamotsu Kanai, Toshiaki Fukui, Haruyuki Atomi et Tadayuki Imanaka, « A Novel Candidate for the True Fructose-1,6-bisphosphatase in Archaea », Journal of Biological Chemistry, vol. 277, no 34,‎ 23 août 2002, p. 30649-30655 (lire en ligne) DOI:10.1074/jbc.M202868200 PMID : 12065581
  10. a et b (en) Hiroshi Nishimasu, Shinya Fushinobu, Hirofumi Shoun et Takayoshi Wakagi, « The First Crystal Structure of the Novel Class of Fructose-1,6-Bisphosphatase Present in Thermophilic Archaea », Structure, vol. 12, no 6,‎ 1er juin 2004, p. 949-959 (lire en ligne) DOI:10.1016/j.str.2004.03.026 PMID : 15274916
  11. (en) Y. Fujita et E. Freese, « Purification and properties of fructose-1,6-bisphosphatase of Bacillus subtilis », Journal of Biological Chemistry, vol. 254, no 12,‎ 25 juin 1979, p. 5340-5349 (lire en ligne) PMID : 221467
  12. (en) Yasutaro Fujita, Ken-Ichi Yoshida, Yasuhiko Miwa, Nobuo Yanai, Eishi Nagakawa et Yasuhiro Kasahara, « Identification and Expression of the Bacillus subtilis Fructose-1,6-Bisphosphatase Gene (fbp) », Journal of Bacteriology, vol. 180, no 16,‎ août 1998, p. 4309-4313 (lire en ligne) PMID : 9696785