La gluconéogenèse est la biosynthèse du glucose à partir de précurseurs non glucidiques. C’est essentiellement l’inverse de la glycolyse, se produisant principalement dans le foie et les reins lors du jeûne, de la famine ou d’un exercice intense.
Comment fonctionne la néoglucogenèse
Précurseurs
Les principaux précurseurs de la gluconéogenèse sont le lactate (issu de la glycolyse anaérobie dans les muscles), les acides aminés (en particulier l’alanine issue de la dégradation des protéines musculaires) et le glycérol (issu de la dégradation des graisses). Ces molécules entrent dans la voie à différents points.
Contourner les étapes irréversibles
La glycolyse comporte trois étapes irréversibles qui doivent être contournées dans la gluconéogenèse, catalysées par différentes enzymes. Le pyruvate est converti en oxaloacétate par la pyruvate carboxylase, puis en phosphoénolpyruvate par la PEP carboxykinase (en contournant la pyruvate kinase). Le fructose-1,6-bisphosphate est converti en fructose-6-phosphate par la fructose-1,6-bisphosphatase (en contournant le PFK-1). Le glucose-6-phosphate est converti en glucose par la glucose-6-phosphatase (en contournant l’hexokinase).
Coût énergétique
La gluconéogenèse est coûteuse en énergie. La synthèse d’une molécule de glucose nécessite 4 ATP, 2 GTP et 2 NADH.
Règlement
La gluconéogenèse et la glycolyse sont régulées réciproquement pour éviter un cycle futile. Lorsque l’énergie est abondante, la glycolyse est inhibée et la gluconéogenèse est activée. Les hormones glucagon et cortisol stimulent la gluconéogenèse, tandis que l’insuline l’inhibe.
Le cycle Cori
Lors d’un exercice intense, les muscles produisent du lactate par glycolyse anaérobie. Le lactate est libéré dans le sang et absorbé par le foie, qui le reconvertit en glucose via la gluconéogenèse. Le glucose retourne aux muscles, complétant ainsi le cycle de Cori.
Mesure pratique du flux gluconéogénique
Le flux gluconéogénique dans les hépatocytes primaires est mesuré en incubant des cellules avec des précurseurs marqués au ¹⁴C tels que le [2-¹⁴C]pyruvate, le [U-¹⁴C]lactate ou la [¹⁴C]alanine. Plaquer des hépatocytes primaires de rat à 1 × 10⁶ cellules/puits dans une plaque de 12 puits dans du DMEM sans sérum et sans glucose. Après 2 heures de jeûne, remplacez le milieu par un tampon bicarbonate Krebs-Ringer contenant 2 mM chacun de lactate, pyruvate et alanine (précurseurs gluconéogéniques) plus 0,5 µCi/mL de substrat marqué [¹⁴C]. Incuber 3 heures à 37°C sous 5% de CO2. Arrêtez la réaction en ajoutant de l’acide perchlorique glacé (3 % finaux). Isoler le glucose radiomarqué par chromatographie échangeuse d’ions - faire passer le surnageant neutralisé dans une colonne de Dowex-1 (forme acétate) pour retenir les intermédiaires marqués, puis éluer le glucose avec de l’eau. Comptez le glucose élué par scintillation liquide. Exprimer le flux gluconéogénique en nmol de glucose produit par mg de protéine par heure. Inclure un contrôle avec 10 µM de l’inhibiteur de la gluconéogenèse 3-mercaptopicolinate (inhibe la PEP carboxykinase) pour confirmer la spécificité de la voie. Pour le foie perfusé isolé, mesurez la production nette de glucose en dosant le glucose dans le perfusat à l’aide d’un kit de dosage de glucose oxydase.
Application du monde réel
Dans la recherche sur le diabète de type 2, le flux gluconéogénique est élevé en raison de la résistance à l’insuline. Les hépatocytes de souris diabétiques db/db présentent une production de glucose 2,5 fois plus élevée à partir du [¹⁴C]lactate par rapport aux témoins de type sauvage. Le traitement par la metformine (1 mM, 24 heures) réduit ce flux de 40 %, ce qui est cohérent avec son mécanisme clinique de suppression de la gluconéogenèse hépatique. Ces mesures guident le développement de nouveaux traitements pour le contrôle glycémique.
