REGULATION DU METABOLISME GLUCIDIQUE (TD1) Libération de l’énergie des glucides • La fonction principale des glucides est de fournir de l'énergie propre au travail cellulaire • Les glucides sont les seuls nutriments qui peuvent être utilisée pour former de l’ATP en anaérobiose • Au cours d’activités physiques légères et modérées, les glucides comblent environ la moitié des besoins énergétiques de l’organisme. Métabolisme des glucides Glucides alimentaires (polysaccharides disaccharides) digestion et absorption Monosaccharides (glucose, fructose, galactose) dans le sang transformation Glucose dans le foie en Principales réactions chimiques impliquant le glucose a. oxydation du glucose b. voie des pentoses c. glycogénolyse et glycogénogenèse d. néoglucogénèse a. Oxydation du Glucose = Réaction catabolique qui permet de produire de l’ATP à partir de l’énergie libérée lors de la dégradation du glucose. Deux types de réactions cataboliques permettent de dégrader le glucose: 1) respiration cellulaire 2) fermentation lactique • 2 étapes dans la dégradation du glucose : – la glycolyse, qui divise le glucose en 2 acides pyruviques (sans O2) 2 ATP – l’oxydation cellulaire, qui termine la dégradation de l’acide pyruvique (chaîne d’électrons, donc aérobie). Fermentation lactique Respiration cellulaire Comparaison entre fermentation lactique et respiration cellulaire Type de réaction catabolique Respiration cellulaire Fermentation lactique Fréquence la plus fréquente peu fréquente (seulement dans les muscles striés,Hematies ,,) Présence d’O2 Déchets produits Efficacité oui CO2 (facile à excréter) beaucoup d’ATP non acide lactique (produit plus difficile à recycler ou éliminer) peu d’ATP 1. Transition entre glycolyse et CK L’acide pyruvique, après être entré dans la mitochondrie se combine avec la coenzymeA AcétylCoA (formation d’1 NADH + H+) 2. AcétylCoA entre dans le CK pour subir une série de réactions chimiques qui aboutissent à : La production d’1 ATP La formation de 3 NADH + H+ La formation d’1 FADH2 Le cycle de Krebs • dans la mitochondrie • comporte huit réactions enzymatiques , • assure la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule grâce à la formation de coenzymes réduits qui seront réoxydés dans la chaîne respiratoire. A chaque tour de cycle : acétyl-CoA (2 carbones) + oxaloacétate (4 carbones) → citrate (6 carbones) Puis : 2 carbones du citrate sont éliminés sous forme de CO2, assurant ainsi la régénération de l'oxaloacétate (4 carbones) La formation de NADH + H+ et FADH2 • Formés par l’extraction de H+ du cycle de Krebs • Ces coenzymes vont ensuite déverser leur e- dans la chaîne de transport des électrons (oxydations phosphorylantes) Chaîne des transporteurs d’électrons • Energie contenue dans le NADH et le FADH2 est convertie en ATP dans la mitochondrie : les coenzymes réduits mitochondriaux cèdent leurs deux électrons à un système de transporteurs (= cascade de réactions d'oxydo-réduction) jusqu'à l'accepteur final, l'oxygène moléculaire. • La dégradation complète d’une mole de glucose (180g) : C6H1206 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2880 kJ • Cette énergie est transférée à l’ADP (ATP). 1 mole d’ATP nécessite 30,5 kJ Donc 2880 kJ 94 ATP en théorie 36 ATP en réalité • Seulement 38% de l’énergie sont transférés à l’ADP (le reste est perdu en chaleur). • - ENTREE DES AUTRES GLUCIDES DANS LA SEQUENCE GLYCOLYTIQUE • • Tous les glucides métabolisables sont dégradés à travers la séquence glycolytique. La seconde phase est commune à tous les glucides polymérisés ou non. Chaque glucide utilise une séquence de réactions qui lui est propre à l‘issue de laquelle il est converti en 3- P-glycéraldéhyde. Les glucides qui sont dégradés par la voie glycolytique sont : polysaccharides de réserve comme l'amidon et le glycogène, les disaccharides, les monosaccharides autres que le glucose. • 1- GLYCOGENE ET AMIDON • Le glycogène et l'amidon alimentaires, soumis à l‘action des enzymes hydrolytiques de la salive, du pancréas et de l‘intestin grêle, sont absorbés sous forme de glucose qui est phosphorylé ensuite en glucose 6-P. La réaction globale peut s‘écrire : Glycogène ou amidon (n glucose) + n H2O + n ATP —→ n Glucose 6-P + n ADP. La mobilisation du glycogène de réserve des tissus hépatiques et musculaires sera détaillée ultérieurement dans le chapitre traitant du métabolisme du glycogène • • 2-LES DISACCHARIDES • Les disaccharides ingérés sous forme de saccharose, maltose et lactose sont d'abord hydrolysés en leurs oses constituants. Les enzymes spécifiques sont secrétées par la muqueuse intestinale : • Saccharose + H2O —→ glucose + fructose (ß-fructosidase) • Maltose + H2O —→ 2 glucose (a-glucosidase) • Lactose + H2O —→ glucose + galactose (ß-galactosidase) • Ces oses vont entrer dans la glycolyse après phosphorylation selon les réactions décrites ci-dessous: 3-LES MONOSACCHARIDES • • • • • • • ➢ Le fructose peut être phosphorylé sur le carbone 6 par l‘hexokinase mais cette dernière est saturée par le glucose. Il est surtout traité par la fructokinase hépatique qui le phosphoryle sur le carbone 1. La séquence des réactions conduisant au glycéraldéhyde 3-P mettra en oeuvre, dans l‘ordre, la fructokinase, la fructose-1- phosphate aldolase (aldolase 2 ou β), glycéraldéhyde kinase et la phosphotriose isomérase. - Fructose + ATP —→ fructose 1-phosphate + ADP (fructokinase) - Fructose 1-P —→ glycéraldéhyde + 3-P dihydroxyacétone. (Aldolase 2) - Glycéraldéhyde + ATP —→ 3-P Glycéraldéhyde + ADP (Glycéraldéhyde kinase) - 3- P dihydroxyacétone —→ glycéraldéhyde 3-P (Phosphotriose isomérase) La réaction globale est Fructose + 2 ATP —→ 2 glycéraldéhyde 3-P + 2 ADP L‘activité de la fructose1-phosphate aldolase est faible et constitue le facteur limitant du métabolisme du fructose • ➢ Le galactose peut aussi être phosphorylé sur le carbone 6 par l‘hexokinase mais pour les mêmes raisons que pour le fructose il est traité par la galactokinase hépatique qui le phosphoryle sur le carbone 1. Il est ensuite engagé dans une voie secondaire d‘interconversion du galactose en glucose pour son injection dans la glycolyse. La séquence fait intervenir, dans l‘ordre, galactokinase, uridylltransférase, UDPhexose 4‘-épimérase et enfin la phosphoglucomutase. • Galactose + ATP —→ Galactose 1-P+ ADP (galactokinase) • Galactose 1-P + UDPglucose —→ Glucose 1-P + UDPgalactose (uridylltransférase) • UDPgalactose —→ UDP glucose(UDPhexose4‘-épimérase) • En additionnant les 2 dernières réactions on obtient Galactose 1-P —→ Glucose 1-P • Le glucose 1-P est isomérisé par la Phosphoglucomutase en glucose 6-P, substrat de la glycolyse LES ORGANES DU METABLISME GLUCIDIQUE 1-Organes consommateurs 2-organes de maintien 3-Organes excréteurs REGULATION GLUCAGON Le foie et la régulation de la glycémie CONCLUSIONS 1- Juste après un repas, la glycémie dépend du stockage du glucose dans le foie au cours de la GLYCOGENOGENESE. Ce stockage est stimulé par l’insuline L’insuline est une hormone hypoglycémiante 2- Entre les repas, la stabilité de la glycémie est assurée par la libération de glucose par le foie au cours de la GLYCOGENOLYSE. Cette libération est stimulée par le glucagon Le glucagon est une hormone hyperglycémiante Retour sommaire Le foie : un organe de libération de glucose FOIE 2- Glycogénolyse + Glucagon Glucose Glycémie = < 5 mmol/L 2- Si hypoglycémie Glycogène La glycémie redevient normale c’est à dire autour de 5 mmol/L NB: Le foie est le seul organe capable de libérer du glucose lors d’une hypoglycémie Le glucagon est une hormone hyperglycémiante stimulant la glycogénolyse hépatique La libération du glucose hépatique permet de maintenir stable la glycémie entre les repas Le foie : un organe de réserve de glucose Insuline Transporteur GluT-2 + FOIE 1- Glycogénogenèse Glycogène Glucose Glycémie = > 5 mmol/L 1- Si hyperglycémie La glycémie redevient normale c’est à dire autour de 5 mmol/L L’insuline stimule la glycogénogenèse hépatique La capacité de stockage en glycogène du foie est limitée à 100g Après un repas, l’excédent de glucose est mis en réserve dans les cellules hépatiques Les muscles et la régulation de la glycémie CONCLUSIONS 1- Au niveau des muscles, l’insuline exerce une action HYPOGLYCEMIANTE parce qu’elle stimule : - l’entrée du glucose dans les myocytes via GluT-4 - la glycogénogenèse musculaire - la glycolyse musculaire 2- Les muscles n’interviennent que dans la régulation de l’ HYPERGLYCEMIE. Ils n’interviennent pas directement dans la régulation de l’hypoglycémie car, une fois dans le myocyte, le glucose ne peut plus ressortir Retour sommaire Le tissu adipeux et la régulation de la glycémie Aspect cytologique d’un adipocyte Gouttelette lipidique Cytoplasme Noyau Le tissu adipeux est constitué de cellules adipeuses capables de stocker des quantités considérables de lipides sous forme de triglycérides L’excédent de glucose est convertit en graisses. Les régimes hyperglucidiques induisent donc une prise de poids pouvant mener à une obésité ! Le tissu adipeux et la régulation de la glycémie CONCLUSIONS 1- Au niveau du tissu adipeux, l’insuline stimule : - l’entrée du glucose dans les adipocytes via GluT-4 - la LIPOGENESE c’est à dire la formation de triglycérides à partir de glucose Retour sommaire Le tissu adipeux « éponge » l’excédent de glucose sanguin en le stockant sous forme de triglycérides 2- Au niveau du tissu adipeux, le glucagon stimule : - la LIPOLYSE c’est à dire l’hydrolyse des triglycérides en acides gras et glycérol L’effet hyperglycémiant du glucagon n’est pas immédiat puisqu’il nécessite la transformation du glycérol en glucose lors de la néoglugenèse remarques La Glucagon favorise la dégradation des TAG en AG dans les adipocytes (lipolyse adipocytaire) mais son action isolée est très modeste… Le Glucagon joue un rôle significatif lorsqu’il est couplé à l’action des catécholamines (adrénaline, noradrénaline), des glucocorticoïdes (cortisol) et de l’hormone de croissance (GH) REGULATION DE LA GLYCOLYSE Couple :PFK1/F1,6 BPase