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CHMI 3226 F
Biochimie II - Métabolisme
Semaine du 9 octobre
Structure et métabolisme des glucides
6. Métabolisme du glycogène
E.R. Gauthier, Ph.D. Université
Laurentienne
Biochimie II – A2010
1
Homéostasie du glucose
• Catabolisme du glucose:
central au métabolisme
énergétique cellulaire;
• Le métabolisme du glycogène
est extrèmement important
chez les animaux:
• Homéostasie maintenue grâce
à l’équilibre entre la synthèse
et la dégradation des
polymères du glucose:
– Amidon chez les plantes
– Glycogène chez les animaux;
– Entreposage du glucose sous
forme de glycogène en temps
d’abondance (p.ex. après les
repas)
– réserve de glucose utilisable
rapidement au besoin
• réponse « fight or flight »
• Période de jeûne
– Sensible à la régulation par
l’insuline et le glucagon
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Glycogène
• Polymère de
glucose (a 14)
avec ramifications
(a 16);
• Particulièrement
abondant dans le
foie est les
muscles;
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Synthèse du glycogène
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•
Synthèse requiert le G6P, qui doit être
activé via sa conversion en UDPglucose;
•
L’UDP-glucose est alors polymérisé
via la glycogène synthase
•
L’amylo-(1,4 - 1,6)-transglycosylase
synthétise les ramifications en
catalysant le transfert de petites
chaînes 6 à 7 résidus des glucose (à
partir d’un segment d’au moins 11
résidus) sur l’hydroxyl du C6 d’un
glucose situé à l’intérieur du polymère
•
Une protéine appelée glycogénine
agit comme point de départ pour la
synthèse de nouvelles molécules de
glucogène (attache C1 d’un UDPglucose sur le groupe OH d’un résidu
Tyr de la protéine).
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Synthèse de l’UDP-glucose
UDP-glucose pyrophosphorylase
Pyrophosphatase
inorganique
2Pi
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H2O
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Synthèse du glycogène
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Glycogénolyse
• Dégradation du glycogène;
• Donne des produits différents selon les tissus:
– Muscle:
• Produit du G6P
• Acheminé vers la glycolyse/cycle du citrate pour la production d’ATP;
– Foie:
• Génère du glucose
• Acheminé vers d’autres organes (globules rouges, cerveau, adipocytes).
• Étape limitante: hydrolyse de la liaison (a 14) des résidus glucose
(à partir des extrémités non-réductrices) par la glycogène
phosphorylase:
(Glycogène)n + Pi  glucose-1P + (glycogène)n-1
• La glycogène phosphorylase hydrolyse les liaisons (a 14) jusqu’à
ce qu’elle soit à 4 résidus d’une ramification. Le polymère formé est
alors appelé dextrine limite;
• La liaison (a 16) des ramifications est hydrolysée via l’enzyme de
débranchement;
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Action de la glycogène
phosphorylase
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Action de l’enzyme de
débranchement
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Glycogénolyse
• La structure du glycogène
permet de libérer
simultanément du
glucose-1P à partir de
plusieurs extrémités nonréductrices;
• Ainsi, beaucoup de
glucose peut être obtenu
rapidement en cas de
besoin.
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Rouge: extrémités non-réductrices
Vert: ramifications (a16)
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Glycogénolyse
• Dans le muscle et le foie:
– Conversion du G1P en G6P via la
phosphoglucomutase:
• Dans le foie seulement:
– Conversion du G6P en glucose par la G6P phosphatase:
G6P + H2O Glucose + Pi
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Régulation du métabolisme du
glycogène
• Trois hormones sont particulièrement
importantes dans la régulation du
métabolisme du glycogène:
– l’insuline
– le glucagon
– l’adrénaline.
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Régulation du métabolisme du
glycogène
– Insuline:
• Petite protéine de 51 acides
aminés:
– Chaîne A: 21 aa
– Chaîne B: 30 aa
• Produite par les cellules b du
pancréas
• Sécrétée dans le sang
lorsque le taux de glucose
sanguin est élevé (donc
lorsque l’apport alimentaire
est adéquat);
• Provoque :
– L’entrée du glucose dans les
organes cibles: foie, muscle,
adipocytes (in-sulin);
– Stimulation de la conversion
du glucose en glycogène
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Histologie du pancréas
ilôts de Langerhans
• Pancréas endocrine
– Formé des ilôts de
Langerhans:
• Cellules a: sécrétion du
glucagon;
• Cellules b: sécrétion de
l’insuline
• Pancréas exocrine:
– Production d’enzymes
nécessaires à la digestion
(trypsine, ect).
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Régulation du métabolisme du
glycogène
– Glucagon:
• Petite protéine de 29
acides aminés
• Produite par les cellules a
du pancréas
• Active lorsque le taux de
glucose sanguin est trop
bas (donc en situations de
jeûne);
• Tissus cibles: foie et
adipocytes
• Stimule:
– la glycogénolyse
– La gluconéogenèse
(synthèse du glucose à
partir d’intermédiaires
métaboliques)
http://www.bb.iastate.edu/~marit/lectures/BBMB645/heterotrimeric%20G%20proteins%20-%20Wendy%20Thomas.pdf
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Contrôle du taux de glucose
sanguin
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Contrôle du taux de glucose
sanguin
• Process
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Insuline
•
Entrée du glucose
(muscles &
adipocytes).
•
Gluconéogenèse
(foie)
•
•
Glucagon
+
-
-
+
Glycogenèsis
(foie & muscles)
+
-
Glycogénolyse
(foie & muscle)
-
+
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Régulation du métabolisme du
glycogène
– Adrénaline (épinéphrine):
• Hormone de type catécholamine similaire à la
tyrosine;
• Libérée par les glandes surrénales (adrenals) lors
de situations de stress;
• Provoque la dégradation du glycogène et
accélère la glycolyse.
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Régulation du métabolisme du
glycogène
• La glycogène phosphorylase et la glycogène synthase sont toutes
deux soumises à une régulation serrée par phosphorylation
• L’insuline, le glucagon et l’adrénaline vont agir en grande partie sur
le métabolisme du glycogène en déclanchant la
phophorylation/déphosphorylation de ces enzymes.
COVALENT REGULATION
Active form “a”
Inactive form “b”
Glycogen phosphorylase
-P
-OH
Glycogen synthase
-OH
-P
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Action du glucagon et de
l’adrénaline
• Le glucagon et l’adrénaline (hormones
extracellulaires) vont toutes deux agir sur
leur tissus cibles via leur liaison à un
récepteur membranaire spécifique;
• Cette interaction va déclancher une série
d’évènements intracellulaires qui vont
culminer dans la mobilisation du glucose à
partir du glycogène.
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Action du glucagon et de
l’adrénaline
Récepteur du Glucagon
Adénylate cyclase
Glucagon
g
b
a
g
b
a
a
Protéines G
ATP
cAMP
Unités
catalytiques
Unités C actives
C
C
Régulation du métabolisme
du glucose/glycogène
C C
R R
Unités R inactives
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Unités
régulatrices
R R
Protéine Kinase A
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cAMP
http://fig.cox.miami.edu/~lfarmer/BIL265/CAMP.HTM
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Action du glucagon et de
l’adrénaline
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Action de l’insuline
Récepteur de l’insuline
Insuline
P PP
Domaine
tyrosine kinase
Transphosphorylation
Transporteur du
Glucose (Glut4)
P PP
PP P
IRS-1
PPase-1
Glucose
PI3K
Fusion avec
membrane
plasmique
Vésicule de
sécrétion
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PP P
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Action de l’insuline
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Influence du glucose
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Diabète
• Le diabète est une maladie caractérisée par une
diminution de la capacité que l’organisme possède à
assimiler le glucose;
• Il existe deux grands types de diabète:
– Type I:
• Insulino-dépendant
• Causé par une incapacité du pancréas à produire de l’insuline
• Traité par l’injection régulîère d’insuline
– Type II:
• Insulino-indépendant
• Sécrétion de l’insuline se fait normalement
• Causé par une incapacité des cellules cibles de l’insuline à
répondre à l’activation du récepteur insuline
• Retrouvé particulièrement chez les personnes obèses
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