Hydrate de carbone

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METABOLISME DE L’EXERCICE
UV 303/308
HYDRATES DE CARBONE
P.Pilardeau

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METABOLISME DES HYDRATES DE CARBONE
Le métabolisme des hydrates de carbones concerne essentiellement les voies métaboliques du
glucose. Pour faciliter la compréhension du fonctionnement de ces voies et de leurs régulations ce
paragraphe sera divisé en six chapitres :
Phosphorylation du glucose
Métabolisme du glycogène
Glycolyse
Métabolisme du pyruvate
La voie de l’oxydation
La néoglucogenèse.
1. MECANISMES DE PHOSPHORYLATION
1.1 GLUCOSE
Le glucose est apporté dans l'alimentation sous forme de glucose simple (fruits, boisson
énergétique) de saccharose (sucre de cuisine) ou d'amidon (cette dernière forme représente plus des
3/4 du glucose alimentaire). Chez l'homme au repos environ 50% du glucose ingéré est utilisé
comme source énergétique immédiate.
Les 50% restant sont mis en réserve sous forme de glycogène ou de triglycérides.
CH2OH
OH
O
OH
OH Glucose
OH
1.1.1 Ingestion de glucose
Le glucose ingéré est très rapidement retrouvé au niveau plasmatique (moins d’une demi-
heure après). La quantité relative de glucose exogène peut représenter une fraction importante du
glucose plasmatique (25 mmol). Ainsi, trente minutes après une ingestion de glucose de 10, 30 et 40g,
la fraction exogène représente 25, 45 et 65% du glucose circulant.
Au niveau intestinal, le glucose franchit la membrane de l’entérocyte de façon passive, mais
aussi de façon facilité avec un transporteur selon le modèle de Crâne.
Il s’agit d’une diffusion facilitée couplée à la pompe à sodium. Ce système fait intervenir une
protéine membranaire comportant des sites de reconnaissance pour le glucose et le sodium. La bascule
de cette protéine dans la membrane libère dans le milieu intérieur le Na+ et le glucose (les
concentrations de ces deux éléments sont plus faibles dans le cytoplasme). Le sodium est extrudé de
la cellule par une pompe à sodium ATPasique.

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Na+ Glucose
Fixation du Na+ Augmentation de l’affinité Bascule de la protéine
Pour le glucose libération du Na+ et du glucose
Na+
K+
Pompe NA+/K+
Contrairement au système précédent, il existe une vitesse limite (système saturable) et une
dépense énergétique pour évacuer le sodium.
Grace à ce système, 100% du glucose intestinal passe dans la circulation.
1.1.2 Pénétration cellulaire
- Passage de la membrane
Pour être utilisé, le glucose plasmatique doit franchir les membranes cellulaires. En fonction
de l’organe la membrane cellulaire offre plus ou moins de résistance au passage de cette molécule. On
distingue deux types de cellules, les cellules insulinodépendantes et les cellules non
insulinodépendantes.
Pour les tissus non insulino-dépendants (hépatocyte, neurones, érythrocytes) le glucose
diffuse dans la cellule. Sa pénétration est uniquement fonction du gradient de concentration entre le
plasma et le cytoplasme cellulaire.
Dans le cas des tissus insulino-dépendants, le franchissement de la membrane nécessite la
présence d’un transporteur et d’une hormone, l'insuline. Les principales cellules concernées sont les
cellules musculaires, endocrines, adipocytaires.
1.1.3 Phosphorylation
La phosphorylation est assurée, dès le passage de la membrane cellulaire, par l'hexokinase
dans toutes les cellules de l'organisme, à l'exclusion du foie où cette fonction est assurée par la
glucokinase.
Enzyme / Cellule
Insulino-dépendante
Non insulino-dépendante
Hexokinase
muscle, adipocyte
neurones, érythrocytes
Glucokinase
/
hépatocyte
Le glucose entrant dans la cellule est immédiatement phosphorylé en G-6-P. Sous cette forme
il ne peut ressortir de la cellule.

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Hexo ou Gluco kinase
Glucose G-6-P
ATP ADP
Ces deux enzymes sont irréversibles.
Hexokinase
L’hexokinase est une enzyme peu spécifique. La régulation de cette enzyme est assurée par le
G-6-P (rétrocontrôle négatif). ---
Hexokinase
G G-6-P
ATP ADP
La diminution du G-6-P cellulaire se produit lors de l'activation de la glycolyse (exercice
musculaire) ou de la glycogénogenèse (phase de récupération après un exercice).
Cellule musculaire
Exercice musculaire Repos, lors de la
reconstitution des réserves
Glycogène Glycogène
(Glycogénogenèse
stimulée par l’insuline)
G G-6-P G G-6-P
Pyruvate
Cycle de Krebs +++ Cycle de Krebs
Glucokinase
La glucokinase est une enzyme cytosolique hépatique très spécifique dont le mode de
fonctionnement diffère sensiblement de celui de l'hexokinase pour sa régulation. Le Km élevé de cette
enzyme (10-2 mol), donc sa moins grande affinité, permet de moduler les apports de glucose au
foie en fonction de la valeur de la glycocytie (les fortes concentrations de glucose intracellulaire
augmentent la vitesse de réaction).
Quand la glycémie portale est élevée, après un repas, le foie capte le glucose par
diffusion augmentant ainsi la glycocytie.
Au contraire, quand la glycémie portale diminue (<5,5mmol/1), à distance d’un repas, le
glucose ne peut plus être capté par l'hépatocyte et phosphorylé.

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La glucokinase n'est pas régulée par son produit, le G-6-P, comme l'hexokinase, mais
par son substrat. Sa synthèse peut être induite par l'insuline.
+++
Glucokinase
G G-6-P
ATP ADP
La pénétration du glucose dans la cellule, et son utilisation in situ après phosphorylation,
sont deux mécanismes étroitement intriqués.
Schématiquement il existe deux situations différentes.
Au niveau cellulaire périphérique le glucose entré dans la cellule ne pourra servir
qu’à cette cellule à l’exclusion de toute autre. L’absence de G-6-P phosphatase locale interdit toute
restitution de glucose, donc une éventuelle remise à disposition pour les autres cellules.
Au niveau de la cellule hépatique existe une G-6-P phosphatase permettant la
redistribution du glucose, provenant de l’alimentation de la glycogénolyse ou de la néoglucogenèse,
au plasma pour maintenir la glycémie et alimenter les autres cellules en glucose.
1.1.4 Rôle de la G-6-P Phosphatase hépatique
Il s’agit d’un carrefour essentiel dans la distribution du G-6-P
La G-6-P phosphatase est une enzyme irréversible activée par son substrat.
+++ G-6-P Phosphatase hépatique
G-6-P Pi + Glucose Circulation
Quand la concentration locale de G-6-P est élevée, la G-6-P Phosphatase hépatique est
stimulée, de grandes quantités de glucose sont mises en circulation.
1.1.4.1 Effet d’une absorption de glucose
Lors d’une arrivée massive de glucose par la veine porte, la glucokinase, activée par son
substrat, produit de grandes quantités de G-6-P. Celui-ci active à son tour la G-6-P Phosphatase, qui
redonne du glucose, libéré dans la circulation. Il s’agit donc dans ce cas d’un cycle futile, mais dont le
rôle est essentiel pour orienter le glucose ingéré vers la circulation ou les métabolismes hépatiques.
+++ +++
Glucokinase G-6-P Phosphatase hépatique
G G-6-P Glucose + Pi
portal ATP ADP plasmatique
Le glucose mis en circulation, après une ingestion massive, passe donc d’abord sous la forme
de G-6-P, avant d’être transformé à nouveau en glucose.