Pyruvate kinase

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La pyruvate kinase est une phosphotransférase qui catalyse la réaction :

phosphoénolpyruvate + ADPATP + pyruvate.

Cette enzyme intervient à la 10e et dernière étape de la glycolyse dans le sens inverse de la réaction ci-dessus pour catalyser la phosphorylation d'une molécule d'ADP en ATP à partir d'une molécule de phosphoénolpyruvate (PEP) convertie en pyruvate, à l'aide d'un cation de magnésium Mg2+ comme cofacteur.

Ce type de réaction est appelé phosphorylation au niveau du substrat. Elle est rendue possible par la grande variation d'enthalpie libre standard de l'hydrolyse du groupe phosphate du phosphoénolpyruvate, voisine de ΔG°’ = –61,9 kJ·mol-1[2]. Elle est par conséquent irréversible, comme son nom ne l'indique pas : les kinases catalysent normalement la phosphorylation du substrat et non le transfert d'un groupe phosphate du substrat vers une autre molécule :

Phosphoenolpyruvate wpmp.png   + ADP  →  ATP +   Pyruvate wpmp.png
PEP Pyruvate

Isoformes, régulation et néoglucogenèse[modifier | modifier le code]

Chez les mammifères, trois grands types de pyruvate kinases — isoenzymes — ont été mis en évidence, qui diffèrent par leur mode de régulation :

  • la pyruvate kinase de type L (liver), présente dans le foie ; elle est inhibée allostériquement par l'ATP et l'alanine, et activée par le fructose-1,6-bisphosphate ; elle est régulée par phosphorylation-déphosphorylation, donc sous contrôle hormonal via la protéine kinase A sous l'effet de l'adrénaline et du glucagon, l'enzyme phosphorylée étant inactivée.
  • la pyruvate kinase M (PKM1 et PKM2), présente dans les muscles, qui n'est pas régulée par phosphorylation-déphosphorylation,
  • la pyruvate kinase A, présente dans les autres tissus, dont la régulation est intermédiaire et dépend des tissus.

Une mutation génétique affectant cette enzyme peut provoquer un déficit en pyruvate kinase, maladie génétique qui affecte particulièrement le métabolisme des cellules dépourvues de mitochondries, dans lesquelles la glycolyse est indispensable pour produire de l'énergie en l'absence de cycle de Krebs. C'est notamment le cas des globules rouges, ce qui peu conduire à une anémie hémolytique.

La pyruvate kinase intervient également comme enzyme de commutation vers la néoglucogenèse, voie métabolique du foie permettant de produire du glucose à partir de pyruvate et d'autres substrats. Lorsque la pyruvate kinase est inhibée par phosphorylation, par exemple lors du jeûne sous l'effet du glucagon, cela empêche la conversion du phosphoénolpyruvate en pyruvate et favorise donc sa conversion en glucose via la néoglucogenèse.

Parenté avec la pyruvate phosphate dikinase[modifier | modifier le code]

Il existe chez certaines bactéries une enzyme assurant une fonction semblable, la pyruvate phosphate dikinase (PPDK), qui catalyse la réaction :

phosphoénolpyruvate + AMP + PPi \begin{smallmatrix}\rightleftharpoons\end{smallmatrix} Pi + ATP + pyruvate.

Cette enzyme, qui, à la différence de la pyruvate kinase, catalyse une réaction réversible, est également présente chez des plantes[3] des eucaryotes anaérobies tels que Streblomastix (en), Giardia, Entamoeba (en) et Trichomonas (en), qui ont sans doute acquis le gène correspondant par transfert horizontal de gènes en au moins deux occasions ; certains de ces organismes utilisent à la fois la pyruvate kinase et la pyruvate phosphate dikinase[4].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Todd M. Larsen, L. Timothy Laughlin, Hazel M. Holden, Ivan Rayment et George H. Reed, « Structure of Rabbit Muscle Pyruvate Kinase Complexed with Mn2+, K+, and Pyruvate », Biochemistry, vol. 33, no 20,‎ , p. 6301-6309 (PMID 8193145, DOI 10.1021/bi00186a033, lire en ligne)
  2. (en) Variation d'enthalpie libre, sur le site de Marc Kirschner (en), Harvard Medical School.
  3. (en) David J. Pocalyko, Lawrence J. Carroll, Brian M. Martin, Patricia C. Babbitt et Debra Dunaway-Mariano, « Analysis of sequence homologies in plant and bacterial pyruvate phosphate dikinase, enzyme I of the bacterial phospoenolpyruvate:sugar phosphotransferase system and other PEP-utilizing enzymes. Identification of potential catalytic and regulatory motifs », Biochemistry, vol. 29, no 48,‎ , p. 10757-10765 (PMID 2176881, DOI 10.1021/bi00500a006, lire en ligne)
  4. (en) Natalia A. Liapounova, Vladimir Hampl, Paul M. K. Gordon, Christoph W. Sensen, Lashitew Gedamu et Joel B. Dacks, « Reconstructing the Mosaic Glycolytic Pathway of the Anaerobic Eukaryote Monocercomonoides », Eucaryotic Cell, vol. 5, no 12,‎ , p. 2138-2146 (PMID 17071828, PMCID 1694820, DOI 10.1128/EC.00258-06, lire en ligne)

Voir aussi[modifier | modifier le code]