Rôle des enzymes métaboliques - Tout sur le métabolisme cellulaire

Depuis des décennies, l'un des plus grands défis de la biologie est d'améliorer la compréhension claire et complète des nombreux mécanismes qui soulignent la déficience des enzymes métaboliques et la façon dont ils peuvent avoir un impact sur la santé humaine. Cependant, il a été démontré que la déficience enzymatique métabolique (DEM) pouvait être soit acquise (avec un risque élevé d'interruption des réactions biochimiques), soit héritée en tant qu'erreur innée du métabolisme (EIM).

La carence en enzymes métaboliques peut conduire à l'accumulation de composés toxiques susceptibles d'entraîner l'échec de la production de composés biologiques vitaux ou la perturbation des fonctions organiques normales. Les troubles de la santé associés à une carence en enzymes métaboliques peuvent concerner presque tous les systèmes organiques du corps humain.

Rôle des enzymes métaboliques

Les enzymes métaboliques sont connues pour remplir un large éventail de fonctions cellulaires nécessaires à l'homéostasie et à la survie, notamment le stockage de l'énergie, la respiration cellulaire, la digestion, la protéolyse, la transcription et la réponse à l'environnement. En d'autres termes, ces voies de maintien de la vie sont essentielles à la croissance et au maintien de l'intégrité cellulaire. Elles englobent de nombreuses classes de protéines, notamment les lipoxygénases, les oxydoréductases, les carboxylases, les déshydrogénases, les transférases, les kinases et les lyases.

Il est intéressant de noter qu'un certain ensemble de voies métaboliques aide les organismes à maintenir leurs structures et leurs compartiments, à croître et à se reproduire, et à réagir à l'environnement. Les voies métaboliques couvrent généralement une gamme complète d'activités enzymatiques allant des réactions cataboliques et anaboliques "classiques" des métabolites aux rôles régulateurs "nouveaux" dans la biogenèse des organites et les voies de signalisation.

Une compréhension claire et complète de ce réseau métabolique délicat pourrait permettre de nouvelles interventions thérapeutiques dans les maladies métaboliques héréditaires, l'oncologie, les maladies dégénératives et l'inflammation. La dérégulation des voies métaboliques peut être associée à des pathologies graves et débilitantes telles que le cancer, les troubles hormonaux, l'ostéoporose, le diabète, l'hypertension et l'obésité.

Les enzymes sont utiles lorsqu'il s'agit de décomposer de grosses molécules de nutriments, telles que les graisses, les glucides et les protéines, en molécules plus petites. Ce processus est initié au cours de la phase de digestion dans les intestins et l'estomac des animaux. Inversement, certaines enzymes sont chargées de guider les petites molécules décomposées à travers les parois intestinales du corps vers la circulation sanguine. En outre, les enzymes remplissent un large éventail d'autres fonctions, notamment le stockage et la libération d'énergie, les processus de respiration, la reproduction et la vision. Par exemple, l'enzyme thrombine favorise la cicatrisation des plaies et l'enzyme lysozyme tue les bactéries. Et ce n'est pas tout, les enzymes peuvent également être utilisées pour réguler les anomalies et les déficiences enzymatiques résultant de maladies. En d'autres termes, les enzymes sont indispensables à la vie.

Déficit en enzymes métaboliques : Cause et complications

Déficit en glucose-6-phosphatase (G6Pase)

La G6Pase joue un rôle dans la formation de la Glucose-6-phosphatase à partir du glucose dans la lumière du réticulum endoplasmique. Il convient de noter ici que l'activité de la G6Pase est limitée aux différents tissus gluconéogènes tels que les reins, le foie, les cellules β du pancréas endocrine et l'intestin grêle. Le déficit de l'activité de la G6Pase dans les reins, le foie et la muqueuse intestinale, associé à une accumulation excessive de glycogène dans ces organes, peut entraîner une maladie de stockage du glycogène (GSD) de type 1 (maladie de Von Gierke), qui se caractérise par une hypoglycémie.

Déficit en fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase)

La FBPase peut être décrite comme une enzyme unique dans la voie gluconéogénétique qui est régulée par l'altération des états conformationnels isomériques inactif (T) et actif (R) qui catalyse la production réversible dépendante du magnésium de fructose-1,6-bisphosphate à partir de phosphate inorganique et de fructose-6-phosphate.

Le déficit en FBPase, maladie métabolique récessive du foie, se caractérise par des épisodes d'hypoglycémie, d'apnée, d'acidose lactique, d'hyperventilation et de cétose qui mettent en jeu le pronostic vital.

Déficit en phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK)

Marqueur essentiel de la gluconéogenèse, la PEPCK catalyse la conversion du phosphoénolpyruvate en oxaloacétate. PEPCK1 (cytosolique) et PEPCK2 (mitochondriale) sont les différentes isoformes de la PEPCK. La PEPCK1 est régulée dans le corps humain par les voies mitochondriales dépendant de la guanosine triphosphate (GTP), y compris l'apport de substrat, les hormones et les nucléotides puriques. La PEPCK2 est principalement impliquée dans la gluconéogenèse.

Les symptômes spécifiques du déficit en PEPCK sont liés à l'hépatomégalie, à l'insensibilité au glucagon, au retard de développement, à l'hypotonie, à l'acidose lactique, à l'hypoglycémie et au dépôt massif de graisses dans le foie et les reins.

Déficit en complexe pyruvate déshydrogénase (PDHC)

Le complexe pyruvate déshydrogénase est fortement impliqué dans la conversion du pyruvate en acétyl-coenzyme A. Le complexe comprend trois enzymes différentes : la pyruvate décarboxylase (E1), la dihydrolipoyl transacétylase (E2) et la dihydrolipoyl déshydrogénase (E3). Le déficit en PDHC est considéré comme l'une des maladies génétiques et neurodégénératives les plus courantes, généralement liée à un métabolisme mitochondrial anormal.

Il convient de noter que le spectre clinique du déficit en PDHC peut être divisé en manifestations neurologiques et métaboliques. Les manifestations neurologiques comprennent la dysplasie des noyaux dentés, la pachygyrie, le retard mental, l'hypotonie, la spasticité et le syndrome de Leigh. D'autre part, la manifestation métabolique du PDHC se produit pendant la période néonatale en raison d'une acidose lactique.

Dans l'ensemble, l'étude du métabolisme cellulaire, en particulier des enzymes métaboliques, a été rigoureusement revisitée au cours des dernières années. On a notamment découvert que de nombreuses enzymes métaboliques sont capables d'activités surprenantes en dehors de leur rôle métabolique établi, notamment dans la régulation de la réparation des dommages à l'ADN, de la progression du cycle cellulaire, de l'expression des gènes et de l'apoptose. Une grande majorité de ces fonctions nouvellement identifiées sont activées en réponse à la disponibilité des nutriments et de l'oxygène, à la signalisation des facteurs de croissance et au stress externe.

Récemment, un nombre croissant d'études ont pu mettre en évidence les caractéristiques inattendues et significatives des enzymes métaboliques qui ont déjà modifié ou peuvent éventuellement modifier les concepts classiques figurant dans les manuels de biochimie.