L'exokinase et la glucokinase sont deux enzymes qui interviennent dans la première étape de la glycolyse.
L'hexokinase est capable de convertir le glucose en glucose 6-phosphate dans les cellules : cela permet au glucose de pénétrer à l'intérieur des cellules jusqu'à ce que la glycémie soit revenue à des valeurs correctes ; si la phosphorylation du glucose ne se produisait pas dans les cellules, son entrée dans les cellules s'arrêterait dès que la concentration intracellulaire en glucose égalerait celle extracellulaire.
L'hexokinase est présente dans toutes les cellules de l'organisme et dans toutes les cellules elle phosphoryle le glucose afin de réduire sa concentration intracellulaire afin que, par gradient, le glucose puisse continuer à entrer dans les cellules : avec ce processus la glycémie est régulée dans le sang après avoir mangé.
Si plus d'ATP est produit par la glycolyse qu'il n'en est utilisé, alors la voie glycolytique peut être ralentie ; l'une des stratégies pour y parvenir est de ralentir l'action de l'hexokinase. L'hexokinase est sujette à une inhibition du produit ; cette enzyme, en plus du site catalytique dans lequel se fixe le substrat, possède de nombreux autres sites capables de reconnaître un modulateur : si le glucose 6-phosphate a tendance à s'accumuler alors ce produit peut inhiber allostérique sur l'hexokinase. Le glucose 6-phosphate, tout en exerçant l'action d'un inhibiteur non compétitif sur l'enzyme, est consommé (par l'action de l'enzyme de la deuxième étape), donc, par la loi d'action de masse, l'équilibre se déplace vers la formation du produit et le processus reprend.
Le glucose 6-phosphate est produit, à l'intérieur des cellules, en grande concentration donc il y a une forte inhibition de l'action de l'hexokinase (qui n'est donc plus capable de décomposer le glucose) : pour assurer que le glucose soit cependant phosphorylé, l'enzyme glucokinase intervient.
Dans les cellules du foie (et en partie dans les reins), par un signal approprié donné par l'insuline, l'expression du gène qui code pour la glucokinase est induite. Si la glycémie augmente, il se produit de l'insuline, une hormone produite par les cellules bêta du pancréas ; avec la production d'insuline, un message est envoyé aux cellules cibles qui, dans ce cas, sont les hépatocytes (cellules hépatiques) et les adipocytes (cellules Sur ces cellules, il y a une protéine spéciale, appelée récepteur, qui reconnaît l'insuline et la lie pour former un complexe insuline-récepteur; tout cela se traduit par une série de signaux qui conduisent à une ou plusieurs stratégies (voies métaboliques) pour réduire la concentration de glucose intracellulaire : en particulier, le complexe enzyme-substrat induit l'expression d'un gène qui code pour la glucokinase.
La glucokinase est une enzyme capable, comme l'hexokinase, de transférer un phosphoryle de l'ATP au glucose mais a une structure différente de l'hexokinase : elle ne possède pas le site modulateur négatif du produit ; par conséquent, la phosphorylation du glucose se produit dans les hépatocytes même au-delà du besoin énergétique, jusqu'à ce que la glycémie atteigne des niveaux normaux.
L"hexokinase est une enzyme ubiquitaire qui est présente dans toutes les cellules ; la glucokinase est, en revanche, typique des cellules hépatiques (c" n'est présente que dans le foie). La glucokinase a une présence transitoire, on la retrouve, en effet, après avoir mangé quand la glycémie peut aller de 5 mM jusqu'à 12-14 mM.
La glucokinase est une enzyme inductible, c'est-à-dire qu'elle est présente dans la cellule lorsqu'elle en a besoin et n'est pas présente si son action n'est pas nécessaire (c'est une enzyme fragile), tandis que l'hexokinase est une enzyme présente dans toutes les cellules à une concentration presque constante (enzyme constitutive) et est très résistante.
La glucokinase permet donc une diminution plus rapide de la concentration de glucose intracellulaire et, par conséquent, la concentration de glucose dans le sang diminue car, par gradient, il pénètre dans les cellules.
La glucokinase est sensible aux enzymes protéolytiques qui après un certain temps la dégradent ; chaque molécule de glucokinase dégradée doit être remplacée par une autre molécule tant que le signal d'insuline est présent ; lorsque la concentration d'insuline est abaissée, la production de glucokinase et seule l'hexokinase subsiste.
Dans un hépatocyte, en plus de la glycolyse, une capture rapide du glucose sanguin doit également avoir lieu dans le but de le conserver en réserve et de l'utiliser en cas de besoin : le glucose 6-phosphate s'accumule dans les hépatocytes et, après transformations appropriées, il devient matière de réserve (glycogène). Le glycogène est un polysaccharide qui constitue la réserve énergétique de l'organisme ; il s'accumule dans les cellules (notamment dans le foie et les muscles) sous forme de granules ; si vous ne prenez pas suffisamment de glucides par l'alimentation, alors les réserves de glycogène se dégradent
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