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COMPARAISON DES ENZYMES HEXOKINASE ET GLUCOKINASE ET EFFICACITE CATALYTIQUE. EXERCICE


---> LIENS UTILES.


هل تعرف أن الجليكوز لا يمكن استعماله في إنتاج الطاقة إلا إذا تفسفر و أصبح حبيسا في وسط الخلية و إن لم يكن ذلك فيتراكم الجليكوز في دمك و يعطيك مرض السكري؟ يعد أنزيم الجليكوكيناز مسؤولا عن الفسفرة من خلال ألفته للجليكوز و سرعته القصوى. إذا تقلصت هذه الأخيرة تصبح فاعلية التحفيز ضئيلة و يمكن للجليكوز ألا يتفسفر بما فيه الكفاية و يصبح طليقا حرا في دمك

Le glucose est transformé dans l’organisme par la voie de la glycolyse. La première réaction de cette voie métabolique est une phosphorylation du glucose pouvant être catalysée par deux enzymes différentes: 1/ La glucokinase au niveau du foie et des cellules ß du pancréas ou 2/ l' hexokinase qui catalyse la phosphorylation d'hexoses comme le D-glucose, le D-mannose et le D-fructose.
foie, muscle métabolisme
On se propose d’étudier les caractèrescinétiques de ces deux enzymes vis à vis de leur substrat commun; le glucose. Les vitesse initiales des réactio ont été mesurées pour des concentrations différentes en substrat à 20°C et à pH=7. Les résultats expérimentaux sont reproduits dans le tableau ci-dessous. La concentration en enzyme utilisée pour les deux séries d’expériences est la même.


Glucokinase
Hexokinase

(Glucose)
en M

Vi (µM.min-1)

(Glucose)
en M

Vi (µM.min-1)
5,0.10-3
1,61 5,0.10-3 0,490
6,7.10-3 2,00 6,710-3 0,575
10,0.10-3 2,67 10,0.10-3 0,607
20,0.10-3
2,93
20,0.10-3
0,806
50,0.10-3
4,17
50,0.10-3
0,893

1/ A l'aide des représentations de Lineveaver-Burk, Déterminer les valeurs de Km et de Vmax pour ces deux enzymes. Comparer les deux paramètres cinétiques. Quelles conclusions déduisez-vous?

2/ Sachant que la concentration intracellulaire hépatique de glucose est de 5 mM (glycémie normale), calculer en pourcentage de Vmax, les vitesses initiales des réactions catalysées par les deux enzymes. Quelle serait l’influence d’une augmentation importante de la glycémie?

Indiquer laquelle de ces deux enzymes est susceptible d’intervenir efficacement en cas d’élévation de la concentration en glucose au delà de 5 mM. Justifier votre réponse.

3/ La cinétique de l’hexokinase en absence ou en présence du glucose-6-phosphate (G-6-P) donne les résultats suivants en représentation de Lineweaver-Burk. Interpréter ce résultat

Hexokinase. Modulation G-6-P


DETAILS DES REPONSES ...




REPONSES


1/ Determination de Km et Vmax : Représentation en coordonnées indirectes (représentations de Lineveaver-Burk, 1/v = 1/(S)):

Hexokinase, Glucokinase. Cinétiqque

Glucokinase, Hexokinase. Cinétique

Glucokinase : Km = 9,470 mM; Vmax = 4,810 µM/min. Vmax/Km = 0,50 (spécificité catalytique élevée)

Hexokinase : Km = 5,1 mM; Vmax = 0,984 µM/min. Vmax/Km = 0,19 (spécificité catalytique faible)

2/ L’hexokinase présente plus d’affinité pour le substrat (glucose) que la glucokinase, car son Km est plus petit par rapport à celui de la glucokinase. Néanmoins, la vitesse maximale de la glucokinase est supérieure à celle de de l'hexokinase.

Le fait que le rapport Vmax/Km de l'hexokinase (0,19) est inférieur à celui de la glucokinase (0,50); montre que L'hexokinase est une enzyme relativement peu spécifique que l'on trouve dans toutes les cellules et qui catalyse la phosphorylation d'hexoses comme le D-glucose, le D-mannose et le D-fructose. Elle déclenche la glycolyse (forte affinité pour le glucose).

2/ Avec une glycémie égale à 5 mM, la glucokinase est à 35% de son Vmax. Par contre l'hexokinase est à 51% de son Vmax. A une glycémie supérieure à 5 mM (exemple 20 mM), la glucokinase n'est encore qu'à 66% , environ, de son Vmax. Par contre l'hexokinase est proche de son Vmax (81%, environ, de son Vmax). Même en glycémie légérement élevée, l'hexokinase fonctionne pratiquement à sa vitesse maximale. En cas d’élévation de la concentration en glucose au delà de 5 mM, c'est la glucokinase (Vmax = 4,810 µM/min) qui serait susceptible d'intervenir efficacement. Comme, elle a une affinité faible pour le glucose, elle ne va pas phosphoryler de façon exagérée tout le stock de glucose (évitant un déficit). [Its high Km will allow it to perform this function without removing too much glucose from the blood (thus depriving other tissues), even if enzyme levels are high].

Dans une réaction enzymatique pour que Vmax soit atteinte, il faut que [S] >> Km. Ce n’est pas le cas ici, faisant penser au fonctionnent 'au ralenti' des enzymes dans les conditions physiologiques. Si la glycémie augmente de manière importante, la vitesse des enzymes augmentera pour se rapprocher de Vmax (phosphorylation accélérée). De plus, le Km de la glucokinase vis-à-vis du glucose est élevé. Donc elle n'agit de manière significative que lorsque le taux de glucose intracellulaire est augmenté. Contrairement l'hexokinase est adaptée au besoin des tissus périphériques se résumant dans la capture au maximum de molécules de glucose plasmatique pour pouvoir s'en servir comme substrat énergétique via la glycolyse, contrairement au foie qui possède la glucokinase, enzyme adaptée à ses besoins.

3/ Le glucose-6-phosphate est un inhibiteur de l'hexokinase (I. non compétitif, ici) qui se fixe avec la même affinité à la fois sur l'enzyme libre et l'enzyme complexée avec le glucose. Comme le G-6-P est un produit de la réaction de phosphorylation du glucose, ce compsé joue le rôle d'un régulateur de l'activité (inhibiteur).

Pour rappel l'hexokinase se trouve sous forme de 4 isoenzymes (A, B, C et D). L'isoenzyme D de l'hexokinase est la glucokinase. Contrairement aux autres hexokinases A, B et C, la glucokinase ( Hexokinase D) ne possède pas de site rétroinhibiteur pour le glucose 6-phosphate, et peut donc activer le glucose dans toutes les circonstances. Son Km vis-à-vis du glucose est élevé et elle n’agit que lorsque le taux de glucose intracellulaire est augmenté. La glucokinase (Vmax élevée) répond bien au besoin du foie qui doit faire face aux afflux importants de glucose en période post-prandiale afin de le stocker sous forme de glycogène..

Liens utiles:
- http://metabolisme.chez.com/pages/hexokinase.html
- Hexokinase. Exercice,TD
- Glucokinase, Hexokinase, béta-galactosidase et phospholipase A2. Examen (pdf)


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