Structure et composition chimique de la Terre interne
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Thème : La régulation de la glycémie et les phénotypes diabétiques Chapitre 8 : La glycémie et sa régulation IInnttrroodduuccttiioonn Le glucose est la molécule énergétique privilégiée utilisée en permanence par la plupart des cellules de l’organisme. Il est fourni pendant la phase d’assimilation, au cours de laquelle les nutriments ingérés pénètrent dans le sang à partir du tube digestif. Comment l’organisme régule-t’il les apport de glucose au niveau de ses cellules ? Quels sont les éléments (organes et processus) qui interviennent dans cette régulation ? Comment expliquer l’existence de certaines maladies de la nutrition telles les diabètes ? I- LLaa ggllyyccéém miiee eesstt uunnee vvaarriiaabbllee pphhyyssiioollooggiiqquuee m maaiinntteennuuee àà 11gg//LL (TP 13) 1- La glycémie varie constamment autour d’une valeur moyenne chez une personne en bonne santé. La glycémie est le taux de glucose présent dans le sang. Son taux normal pour un individu à jeun oscille légèrement autour d’une valeur moyenne de 1g de glucose par litre de sang, soit environ 5 mmol/L. Cette présence constante du glucose dans le sang est indispensable au bon fonctionnement de l’organisme. En effet, le glucose est l’aliment énergétique essentiel des cellules ; il leur est délivré par le sang et la lymphe. Les cellules en consomment en permanence. Certaines sont capables d’utiliser, en plus du glucose, d’autres substrats énergétiques (acides aminés, acides gras) ; d’autres comme les neurones ou les hématies, ne consomment que du glucose, à raison de 15g de glucose/h. On dit alors qu’elles sont glucodépendante. Elles ont donc besoin pour fonctionner d’un approvisionnement constant. La mesure en continu du taux de glucose sanguin permet de constater qu’après un repas riche en glucide, la glycémie s’accroît temporairement (jusqu’à 1,3 g/L). Les calcules montrent que l’augmentation devrait être plus importante. Un jeûne de quelques heures ne diminue pas sensiblement la glycémie malgré la consommation permanente de glucose par les cellules. De même, un exercice physique, qui mobilise de grandes quantités de substrat énergétique pour répondre aux besoins des cellules musculaires, n’abaisse la glycémie qu’autour de 0,8g/L. Malgré l’absorption digestive de glucose intermittente et une utilisation cellulaire permanente mais variable dans son intensité, la glycémie est maintenue à une valeur proche de 1g de glucose par litre de sang : c’est l’homéostat glycémique. Cela implique l’existence de mécanismes qui, à tout instant, s’opposent rapidement et efficacement à une élévation ou à une baisse trop importante de la glycémie : ils constituent un système de régulation de la glycémie. 2- Des anomalies dans la régulation de la glycémie peuvent avoir de graves conséquences. Des dysfonctionnements du système de régulation peuvent se produire : - l’hypoglycémie se manifeste par des troubles qui traduisent un mauvais fonctionnement du système nerveux, et en particulier du cerveau. Ces troubles s’expliquent par un déficit dans l’apport de glucose aux neurones glucodépendants. Une hypoglycémie importante (< 0,5 g/L) peut entraîner très vite un coma mortel. Ainsi, il apparaît que le premier intérêt de cette régulation est d’assurer le bon approvisionnement des neurones. - L’hyperglycémie chronique (> 1,2 g/L) entraîne à moyen terme des complications vasculaires graves (= détérioration des vaisseaux insuffisance rénale, cécité, infarctus…) (Symptôme annonciateur de diabète) LLee gglluuccoossee eesstt ssooiitt ssttoocckkéé,, ssooiitt lliibbéérréé ddaannss ll’’oorrggaanniissm mee II- (TP 13) Le système de régulation de la glycémie suppose une gestion des réserves de l’organisme 1- Le glucose est stocké par le foie à la suite d’un repas. L’administration de glucose radioactif permet de suivre la distribution et le devenir de la molécule dans l’organisme. Une partie du glucose sanguin d’origine digestive pénètre directement dans les cellules où il est consommé comme source d’énergie. Le reste du glucose ingéré est stocké sous forme d’un polymère du glucose : le glycogène, principalement dans les cellules du foie mais aussi les fibres musculaires, et sous forme de lipides dans les cellules du tissu adipeux sous-cutané : c’est la glycogenèse. Les cellules de ces tissus disposent d’un équipement enzymatique spécifique permettant la mise en réserve pendant la phase d’assimilation. 2- Le glucose est libéré par le foie en période de jeûne. Entre les repas et en période de jeûne, il n’y a plus d’apport nutritif de glucose ; pourtant la glycémie se maintient à une valeur proche de 1g/L. Ce sont les cellules du foie qui libèrent dans la circulation sanguine le glucose qui sera alors mis à la disposition des cellules. Le glucose libéré provient de la dépolymérisation du glycogène hépatique au cours de la glycogénolyse. N.B : Ceci se produit aussi dans les cellules musculaires mais le glucose obtenu n’est pas libéré dans le sang et ne sert donc qu’à couvrir les besoins de ces cellules. (du fait d’un équipement enzymatique différent) Ainsi le glucose d’origine alimentaire peut être mis en réserve sous forme de glycogène dans les cellules hépatiques, les cellules musculaires et sous forme de lipide dans le tissu adipeux. Mais seul le foie est capable de produire du glucose et de le libérer : il est le principal organe effecteur de la régulation de la glycémie. En période de digestion En période de jeûne Glucose Glucose Glycémie < 1g/L Glycémie > 1g/L Libération Stockage Cellules musculaires Glycogène Cellules hépatiques + Glucokinase Tissu adipeux Cellules hépatiques + Enzyme Lipides (phosphorylase) hépatique Dégradation du Glycogène Glycogène Glycogénèse Glycogénolyse Glycémie = 1g/L Glycémie = 1g/L III- LLaa ggllyyccéém miiee eesstt rréégguullééee ppaarr ddeess hhoorrm moonneess (TP 14) 1- Le pancréas est l’organe responsable de la régulation de la glycémie a) Le pancréas intervient dans la glycémie C’est à la fin du XIXe siècle que les médecins et les physiologistes ont constaté l’intervention du pancréas dans le contrôle de la glycémie. En enlevant le pancréas à des chiens, la fonction digestive est altérée (la sécrétion de suc digestive est déjà connu) mais l’animal devient diabétique : glycémie très élevée. (La pancréatectomie totale est incompatible avec la vie) Le pancréas, en plus de sa fonction dans la digestion (sécrétion de suc pancréatique), apparaît comme un organe indispensable pour maintenir la glycémie : son ablation entraînant une hyperglycémie, son rôle est donc hypoglycémiant (Pour savoir le rôle d’un organe, on regarde les conséquences de son ablation) b) Le pancréas est constitué de deux types cellulaires remplissant chacun des fonctions spécifiques Le pancréas est composé de 2 types cellulaires : - Les cellules des acini (99% de sa masse) : sécrétion du suc digestif déversé par des canaux collecteurs dans l’intestin, - Les amas cellulaires dispersés entre les acini : les îlots de Langerhans. Ces îlots sont irrigués par des capillaires et interviennent dans la régulation de la glycémie. Ces îlots sont constitués de 2 types de cellules : les cellules et les cellules Expérience : Un animal pancréatectomisé présente une hyperglycémie. La greffe de pancréas corrige les effets de cette ablation (quelque soit l’endroit de la greffe) : une glycémie normale est retrouvée dès que les connexions vasculaires entre le greffon et l’organisme sont rétablies. Les cellules de Langerhans participent à la glycémie en l’absence de toutes connexions nerveuses, par l’intermédiaire du sang, en y libérant une ou plusieurs substances. 2- Les îlots de Langerhans produisent les hormones qui régulent la glycémie a) Mise en évidence du double rôle des îlots de Langerhans L’injection d’extrait aqueux d’îlots de Langerhans à un animal pancréatectomisé a pour conséquence de faire baisser sa glycémie. Ce résultat confirme que l’effet hypoglycémiant est exercé par une substance déversée dans le sang. Cette molécule, isolée en 1921, a été dénommée Insuline. Une injection d’alloxane (détruit sélectivement les cellules des îlots) provoque un diabète expérimental, plus sévère que celui crée par une pancréatectomie totale. Une action hyperglycémiante du pancréas est mise en évidence. La substance active à effet hyperglycémiant s’appelle Glucagon (connu depuis 1950) Insuline et glucagon sont de nature polypeptidique. b) Les îlots de Langerhans sont constitués de 2 types cellulaires produisant chacun une hormone différente Expérience : L’incubation de coupes d’îlots avec des anticorps dirigés contre l’insuline ou contre le glucagon, puis l’application d’anticorps fluorescents dirigés contre les premiers (Immunomarquage) permet de constater que chaque type de molécule est synthétisé dans une catégorie de cellules différentes. Les cellules produisent l'insuline et sont les plus nombreuses. Elles sont localisées au centre de l’îlot. Les cellules produisent le glucagon. Elles sont localisées à la périphérie de l’îlot. Les cellules libèrent directement l’insuline et le glucagon dans le sang grâce à la richesse de la vascularisation de l’îlot. Ce mode de sécrétion, sans l’intermédiaire de canaux excréteur, est dit endocrine (on parle donc de pancréas endocrine) 3- La libération de ces 2 hormones dépend du taux de glucose sanguin a) La biosynthèse de l’insuline et du glucagon Insuline et glucagon sont des polypeptidiques élaborés respectivement dans les cellules et selon les modalités déjà étudiées de la synthèse des protéines. b) Les sécrétions d’insuline et de glucagon sont contrôlé par le taux de glucose L’élément essentiel dans la mise en jeu de la sécrétion d’insuline ou de glucagon est la concentration du glucose dans le sang qui circule dans le pancréas. - Dans les conditions physiologiques : glycémie = 1 g/L, un peu d’insuline et un peu de glucagon sont libérés dans le sang : c’est la sécrétion de base de ces molécules. Les variations de la glycémie ont des effets opposés sur la sécrétion de glucagon ou d’insuline. - si la glycémie augmente, la sécrétion d’insuline augmente alors que celle de glucagon diminue. L’insuline a un effet hypoglycémiant. - si la glycémie diminue, la sécrétion de glucagon augmente alors que celle d’insuline diminue. L’insuline a un effet hyperglycémiant. (le glucagon à ainsi un rôle protecteur contre l’hypoglycémie) La sécrétion du polypeptide se fait en deux temps : - 1ère phase = rapide : c’est la libération des hormones, contenue dans les grains de sécrétions ; - 2nde phase = lente : c’est la synthèse de nouvelles molécules. Ainsi le signal déclencheur de la sécrétion, le taux de glucose, agit à 2 niveaux dans la cellule : il provoque l’exocytose et il active le gène dirigeant la synthèse de l’hormone. 4- Insuline et glucagon agissent uniquement sur les cellules-cibles Ces 2 hormones sont véhiculées par le sang et peuvent atteindre toutes les cellules de l’organisme. Pourtant, seules certaines cellules répondent en modifiant leur métabolisme. Ceci est dû à la présence de récepteurs spécifiques à chacune des 2 hormones sur leur membrane : Ce sont les cellules cibles. La liaison d’une de ces molécules sur leur récepteur des cellules hépatiques entraînent l’activation des enzymes qui vont catalyser, selon l’hormone, la synthèse ou la dégradation du glycogène. N.B : Les cellules musculaires et les adipocytes possèdent également des récepteurs à insuline. CCoonncclluussiioonn :: La glycémie est une grandeur régulée dans l’organisme. Diverses perturbations font constamment varier ce paramètre. A tout instant, les cellules et détectent la valeur de la glycémie et selon la tendance (hypo- ou hyper-glycémie), rejettent dans le sang les hormones (insuline ou glucagon). Ces hormones vont agir sur les cellules effectrices de la régulation, qui, en modifiant leur fonctionnement, ramènent la glycémie au niveau normal. C’est le système de régulation par rétroaction. Schéma –Bilan : Boucle de régulation de la glycémie
