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Thème 3 : GLYCEMIE ET DIABETE Notions La glycémie, concentration en glucose du sang, est un paramètre du milieu intérieur. Son maintien par l'organisme dans une gamme de valeurs étroite est un indicateur et une condition de bonne santé. 1. Le rôle des enzymes dans l’apport du glucose sanguin Les glucides à grosses molécules des aliments sont transformés en glucose grâce à l'action d'enzymes digestives. Les glucides sont des molécules organiques constituants essentiels des êtres vivants comme les lipides, protides et acides nucléiques. Ils jouent un rôle primordial dans la nutrition en tant que substrat énergétique et forme de réserve. - Les oses sont des glucides de petite taille comme le glucose, le fructose. Les diholosides comme le saccharose sont constitués de 2 oses Les polyholosides sont des macromolécules. L’amidon et la cellulose, d’origine végétale ; le glycogène d’origine animale, sont constitués de longues chaînes ramifiées de glucose. Les diholosides et les polyholosides doivent être hydrolysés en sucres simples comme le glucose pendant la digestion pour pouvoir passer la barrière intestinale et servir de nutriments. - La liaison qui unit les oses dans les assemblages peut être rompue grâce aux molécules d’eau, sous l’action des enzymes. Dans l’espèce humaine, la cellulose n’est pas hydrolysée et n’apporte pas d’énergie. Elle joue un rôle en tant que fibre dans le fonctionnement mécanique des intestins. Les enzymes sont des protéines qui catalysent des transformations chimiques spécifiques (ici celles de la digestion). Ce sont des catalyseurs biologiques, c’est-à-dire des accélérateurs de réactions chimiques du vivant. Elles agissent de manière optimale dans des conditions précises de température, de PH… Activités, supports - - Dans les conditions biologiques, les réactions chimiques sont lentes, certaines nécessitent des heures voire des jours. Pour une concentration donnée d’enzyme, la quantité de produit formépar unité de temps (ou vitesse de la réaction) est importante en début de réaction puis diminue progressivement et devient nulle quand tous les réactifs ont été transformés en produits. Les conditions optimum de fonctionnement peuvent varier d’une enzyme à l’autre.(exple : pH 7 pour l’amylase, pH 2 pour la pepsine) La catalyse enzymatique nécessite la formation transitoire d’un complexe enzyme-substrat qui dépend de la forme de l’enzyme et de son site actif. Ce complexe permet la transformation accélérée du substrat en produit. - Le substrat est le réactif sur lequel agit l’enzyme Les enzymes de forme généralement globulaire ménagent un espace appelé site actif dont la forme est a complémentaire de leur substrat L’enzyme agit à faible dose et ne participe pas directement à la réaction, elle retrouve son état initial en fin de réaction et peut à nouveau agir. Une enzyme présente une double spécificité : de substrat et d’action, déterminée par sa configuration spatiale. - une enzyme donnée agit sur un substrat particulier une enzyme donnée catalyse une réaction chimique précise Une modification de structure de l’enzyme, en particulier au niveau du site actif, diminue son activité catalytique. 2. La régulation de la glycémie La glycémie est régulée autour d’une valeur consigne de 1 gL-1 malgré des apports discontinus en glucose au moment des repas et des variations de sa consommation cellulaire suivant les besoins de l’organisme. Si la glycémie est supérieure à 1,2 g/l , on est en hyperglycémie, si elle est inférieure à 0,65 g/l, on est en hypoglycémie. De trop grandes variations de la glycémie par rapport à la valeur consigne conduisent à des pathologies graves (diabètes par exemple) Cette régulation met en jeu des organes capables de stocker le glucose et de le libérer comme le foie, les muscles ou le tissu adipeux. (organes effecteurs de la glycémie) Le glucose est stocké sous forme d’un polymère : le glycogène, dans les cellules du foie (hépatocytes) et les cellules musculaires (myocytes). Dans les adipocytes, il est converti en triglycérides. - La polymérisation du glucose en glycogène constitue la glycogénogénèse. L’hydrolyse du glycogène en glucose constitue la glycogénolyse. Toutes ces réactions sont catalysées par des enzymes. Les myocytes utilisent beaucoup de glucose pour leur contraction, ils possèdent leurs propres réserves de glycogène rapidement hydrolysable en glucose qui n’est donc pas libéré dans le sang. Ce sont des réserves « privées ». Le foie reçoit directement le glucose en provenance de l’intestin par la veine porte. Cette position anatomique permet aux hépatocytes de stocker rapidement le glucose en excès après un repas. Il peut aussi en libérer rapidement dans le sang à partir de l’hydrolyse du glycogène en cas d’hypoglycémie. Il a donc un rôle central dans la glycémie, ses réserves étant « publiques » - Le foie possède des enzymes spécifiques comme la glucose-6-phosphatase indispensable pour la libération du glucose dans le sang. Cette régulation repose notamment sur les hormones pancréatiques : insuline et glucagon. Le pancréas est un organe à double fonction, impliqué dans la digestion et dans la régulation de la glycémie. - La fonction digestive est assurée par des cellules exocrines (98%) regroupées en acini, sécrétant des enzymes digestives. Les 2% de cellules restantes forment des amas compacts richement vascularisés : les îlots de Langherans. Ce sont des cellules endocrines : les cellules α sécrètent le glucagon et les cellules β : l’insuline. Insuline et glucagon sont des hormones antagonistes qui modifient l’activité des enzymes du métabolisme du glycogène en se fixant sur les récepteurs cellulaires des organes effecteurs de la glycémie. - - L’insuline se fixe sur les récepteurs des hépatocytes, myocytes et adipocytes. Elle favorise le stokage du glucose sous forme de glycogène en activant les enzymes nécessaires à sa synthèse et en diminuant l’activité des enzymes impliquées dans la libération du glucose. Conséquence : le taux de glucose sanguin diminue. L’insuline est une hormone hypoglycémiante. Le glucagon ne se fixe que sur les récepteurs des hépatocytes, et agit de façon inverse. Conséquence : le taux de glucose sanguin augmente. Le glucagon est une hormone hyperglycémiante. La glycémie, paramètre réglé, est autorégulée de façon permanente par une boucle de rétroaction faisant intervenir un système réglant constitué : de capteurs détectant les écarts par rapport à la valeur de consigne et d’un système de commande produisant des messages. Les cellules des îlots de Langerhans remplissent ce double rôle. - Les cellules α sont stimulées en cas d’hypoglycémie et inhibées en cas d’hyperglycémie. C’est l’inverse pour les cellules β. - Le message hyper ou hypoglycémiant est codé par la concentration plasmatique de l’hormone d’effecteurs sensibles aux messages et prélevant ou libérant du glucose : foie, muscles et tissu adipeux. Toute variation de la glycémie se traduit par une réponse du système réglant qui s’oppose à cette variation. 3. Les diabètes : des défauts de régulation de la glycémie Le processus de la régulation de la glycémie peut être altéré, provoquant une hyperglycémie chronique caractéristique des diabètes, ayant pour conséquences une détérioration progressive du système vasculaire entraînant des lésions dans de nombreux organes et un décès prématuré. Le diabète de type 1 (DT1) est provoqué par l'arrêt ou l'insuffisance de la production pancréatique d'insuline, due à une destruction auto-immune des cellules β des îlots de Langerhans. - La destruction des cellules β est provoquée par un envahissement des îlots par les cellules immunitaires : macrophages et lymphocytes. Des anti-corps sont fabriqués contre les antigènes des îlots de Langerhans en particulier l’insuline. Ce diabète est traité par des injections d’insuline et un régime alimentaire adapté. Le diabète de type 2 (DT2) s'explique par la perturbation de l'action de l'insuline. - - Les hépatocytes, myocytes et adipocytes répondent moins efficacement à l’insuline (insulinorésistance). Cette diminution d’efficacité est compensée par une sécrétion accrue d’insuline par les cellules β (hyperinsulinémie). Cette pathologie peut se maintenir plusieurs années sans symptôme et passe inaperçue. Dans un deuxième temps, les cellules β s’épuisent et n’arrivent plus à sécréter l’insuline en quantité suffisante (insulinodéficience) : le DT2 se déclare. Ce diabète est traité par des médicaments améliorant l’efficacité de l’insuline. Les diabètes sont des pathologies multifactorielles dont le déclenchement est lié à l’interaction de facteurs génétiques (gènes de prédisposition) et environnementaux. Dans le cas du DT1 : Certaines combinaisons d’allèles d’un gène du HLA et certaines infections virales ou pratiques alimentaires contribuent à l’activation de la réponse autoimmune. Dans le cas du DT2 : certains allèles de plusieurs gènes augmentent le risque de développer la pathologie sans pour autant la rendre certaine. L’obésité associée à la sédentarité est un facteur important de risque. La forte augmentation mondiale de la prévalence du DT2 constitue une pandémie non contagieuse qui pourrait représenter une des principales causes de décès dans l’avenir.
