Cycle futile - Futile cycle

Un cycle futile , également connu sous le nom de cycle du substrat , se produit lorsque deux voies métaboliques se déroulent simultanément dans des directions opposées et n'ont pour effet global que de dissiper de l' énergie sous forme de chaleur . La raison pour laquelle ce cycle a été appelé cycle « futile » était qu'il apparaissait que ce cycle fonctionnait sans utilité nette pour l'organisme. En tant que tel, on pensait qu'il s'agissait d'une bizarrerie du métabolisme et a donc été nommé cycle futile. Après une enquête plus approfondie, il a été constaté que les cycles futiles sont très importants pour réguler les concentrations de métabolites. Par exemple, si la glycolyse et la néoglucogenèse étaient actives en même temps, le glucose serait converti en pyruvate par glycolyse puis reconverti en glucose par néoglucogenèse, avec une consommation globale d' ATP . Les cycles futiles peuvent avoir un rôle dans la régulation métabolique, où un cycle futile serait un système oscillant entre deux états et très sensible aux petits changements dans l'activité de l'une des enzymes impliquées. Le cycle génère de la chaleur et peut être utilisé pour maintenir l' homéostasie thermique , par exemple dans le tissu adipeux brun des jeunes mammifères , ou pour générer rapidement de la chaleur, par exemple dans les muscles du vol des insectes et chez les animaux en hibernation lors d'un réveil périodique de torpeur . Il a été rapporté que le cycle du substrat du métabolisme du glucose n'est pas un cycle futile mais un processus régulateur. Par exemple, lorsque l'énergie est soudainement nécessaire, l'ATP est remplacé par l'AMP, une adénine beaucoup plus réactive.

Exemple

La réalisation simultanée de la glycolyse et de la néoglucogenèse est un exemple de cycle futile, représenté par l'équation suivante :

Par exemple, lors de la glycolyse, le fructose-6-phosphate est converti en fructose-1,6-bisphosphate dans une réaction catalysée par l' enzyme phosphofructokinase 1 (PFK-1).

ATP + fructose-6-phosphate → Fructose-1,6-bisphosphate + ADP

Mais pendant la gluconéogenèse (c'est-à-dire la synthèse du glucose à partir du pyruvate et d'autres composés), la réaction inverse a lieu, étant catalysée par la fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase-1).

Fructose-1,6-bisphosphate + H 2 O → fructose-6-phosphate + P i

Donner une réaction globale de :

ATP + H 2 O → ADP + P i + Chaleur

C'est-à-dire l' hydrolyse de l' ATP sans qu'aucun travail métabolique utile ne soit effectué. De toute évidence, si ces deux réactions pouvaient se dérouler simultanément à une vitesse élevée dans la même cellule, une grande quantité d'énergie chimique serait dissipée sous forme de chaleur. Ce processus non économique a donc été qualifié de cycle futile.

Le rôle du cycle futile dans l'obésité et l'homéostasie

Il n'y a pas beaucoup de médicaments qui peuvent traiter ou inverser efficacement l'obésité. L'obésité peut augmenter le risque de maladies principalement liées à des problèmes de santé tels que le diabète, l'hypertension, les maladies cardiovasculaires et même certains types de cancers. Une étude portant sur le traitement et la prévention de l'obésité à l'aide de souris transgéniques pour expérimenter sur les rapports de rétroaction positive qui propose miR-378 peut certainement être un agent prometteur pour prévenir et traiter l'obésité chez l'homme. Les résultats de l'étude démontrent que l'activation du cycle futile pyruvate-PEP dans le muscle squelettique par miR-378 est la principale cause de lipolyse élevée dans les tissus adipeux des souris transgéniques miR-378, et elle aide à orchestrer la diaphonie entre le muscle et la graisse pour contrôler l'énergie homéostasie chez la souris.

Notre compréhension générale du cycle futile est un cycle de substrat, se produisant lorsque deux voies métaboliques qui se chevauchent vont dans des directions opposées, qui, lorsqu'elles sont laissées sans régulation, continueront de se dérouler de manière incontrôlée sans aucune production réelle jusqu'à ce que toute l'énergie des cellules soit épuisée. Cependant, l'idée derrière l'étude indique que le cycle futile du pyruvate-phosphoénolpyruvate activé par miR-378 joue un rôle régulateur. Non seulement miR-378 entraîne une diminution de la masse grasse corporelle en raison d'une lipolyse améliorée, mais il est également supposé que des cycles futiles régulent le métabolisme pour maintenir l'homéostasie énergétique. miR-378 a une fonction unique dans la régulation de la communication métabolique entre le muscle et les tissus adipeux pour contrôler l'homéostasie énergétique au niveau du corps entier.

Exemples de cycle futile opérant chez différentes espèces

Pour comprendre comment la présence d'un cycle futile aide à maintenir de faibles niveaux d'ATP et de chaleur de génération chez certaines espèces, nous examinons les voies métaboliques traitant de la régulation réciproque de la glycolyse et de la gluconéogenèse .

La vessie natatoire de nombreux poissons ; comme le poisson zèbre par exemple - est un organe rempli à l'intérieur de gaz qui contribue à leur flottabilité . Ces cellules de la glande gazeuse se trouvent là où se trouvent les capillaires et les nerfs. Des analyses d'enzymes métaboliques ont démontré qu'une enzyme de néoglucogenèse fructose-1,6-bisphosphatase (Fbp1) et une enzyme glycolytique glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (Gapdh) sont fortement exprimées dans les cellules des glandes gazeuses. L'étude a signifié que la caractérisation de la vessie natatoire du poisson zèbre ne devrait contenir aucune expression du gène de la fructose-1,6-bisphosphatase. Le tissu de la vessie natatoire est connu pour être très riche en activité glycogénique et dépourvu de gluconéogenèse, mais une quantité prédominante de Fbp s'est avérée être exprimée. Cette découverte suggère que dans la cellule de la glande gazeuse, Fbp forme un cycle métabolique futile dépendant de l'ATP. La génération de chaleur est d'une importance critique pour que les cellules des glandes gazeuses synthétisent l'acide lactique, car le processus est fortement inhibé si l'ATP s'accumule.

Un autre exemple suggère que la production de chaleur dans la vessie natatoire du fugu sera transportée hors du site de production, mais elle peut toujours être constamment récupérée à travers le rete mirabile afin de maintenir la température de la glande gazeuse plus élevée que d'autres zones du corps.

La réaction nette globale du cycle futile implique la consommation d'ATP et la génération de chaleur comme suit :

ATP + H2O --> ADP + Pi + Chaleur

Un autre exemple de cycle futile bénéficiant à la génération de chaleur se trouve chez les bourdons . Le cycle futile impliquant Fbp et Pfk est utilisé par les bourdons pour produire de la chaleur dans les muscles du vol et réchauffer considérablement leur corps à basse température ambiante.

Les références

Liens externes