Chap 4  regulation du metabolisme des glucides

A/ Régulation hormonale du métabolisme du glycogène
I/ Introduction
Le glycogène est une forme de mise en réserve de glucose rapidement mobilisable. On le trouve surtout dans le foie et les muscles. Il est présent dans le cytosol sous forme de granules cytoplasmiques qui peuvent contenir jusqu'à 300.000 molécules de glucose. Ces granules contiennent également des enzymes qui catalysent sa synthèse, sa dégradation et sa régulation. Il consiste en une chaîne de glucose lié en α (1-4) et est branché en α (1-6) tous les 8 ou 12 résidus

La glycogénogenèse correspond au stockage du glucose sous forme d'un polysaccharide (polymère de glucose), appelé le glycogène. La synthèse du glycogène se réalise au niveau du cytosol par un enzyme appelée la glycogène-synthase.
La glycogénolyse est la réaction inverse de la glycogénogenèse et se réalise principalement dans le foie et dans les muscles, mais à des fins différentes :
� Le foie joue un rôle dans le maintien de l'homéostasie. La présence de l'enzyme glucose-6-phosphatase donne la caractéristique du foie d'être le seul à pouvoir libérer en quantité du glucose dans le sang.
� Les muscles stockent le glucose pour une utilisation ultérieure.
II/ Régulation hormonale du métabolisme du glycogène
Le métabolisme du glycogène fait partie du métabolisme énergétique, il est sous contrôle hormonal. L'adrénaline et le glucagon contrôlent le catabolisme et la production de l'énergie tandis que l'insuline contrôle l'anabolisme qui est orienté vers le stockage de l'énergie.
1. Régulation hormonale de la dégradation du glycogène
Il existe deux voies de régulation hormonale de la dégradation

1.1. Contrôle hormonal par l'adrénaline et le glucagon
Le glucagon et l'adrénaline (épinéphrine) sont les deux principales hormones qui contrôlent la dégradation ou la mobilisation du glycogène.
L'adrénaline qui est une catécholamine secrétée par la médullo-surrénale et les terminaisons nerveuses sympathiques de l'hypothalamus en réponse à un état de stress ou en vue d'une activité physique. Elle a pour rôle de préparer l'organisme à l'urgence de différentes manières, elle inhibe sa biosynthèse et stimule la dégradation du glycogène :
* dans le foie pour fournir du glucose sanguin et de l'énergie pour le travail musculaire anaérobique ;
* dans le muscle pour produire du lactate et des molécules d'ATP par la glycolyse.
- Le glucagon qui est une hormone polypeptidique secrétée par les cellules α du pancréas sous forme de pro-glucagon qui lors du signal, il se transforme en glucagon actif. Son rôle biologique est identique à celui de l'adrénaline. Il stimule la dégradation du glycogène dans le foie.
La régulation hormonale est en fait le résultat de la transduction d'un signal chimique conduisant à des effets intracellulaires qui correspondent ici à la mobilisation du glycogène. Les mécanismes d'action de l'adrénaline et du glucagon sont similaires, une fois que chacune de ces hormones est fixée sur son récepteur membranaire spécifique. La formation du complexe récepteur-hormone déclenche une cascade de réactions.
- Quand les niveaux de glucose sanguin diminuent, le glucagon est secrété et agit sur la cellule en glucose qui sera ensuite libéré dans le sang pour maintenir la glycémie.
- Une contraction musculaire ou une stimulation nerveuse (réponse de lutte ou fuite) provoque la libération de l'adrénaline qui agit sur le foie ou le muscle pour accélérer la dégradation du glycogène en glucose prêt à fournir de l'énergie réclamée par les cellules.
Les mécanismes de l'action de l'adrénaline ou du glucagon sont les suivants (figure 4) :
���La fixation de chacune des hormones sur son récepteur membranaire spécifique entraîne l'activation d'une adénylate cyclase (adénylcyclase) membranaire.
���L'adénylate cyclase activée catalyse, par hydrolyse de l'ATP, la formation de l'AMP cyclique (AMPc), considéré comme un second messager.
� L'AMPc se fixe sur une protéine kinase A (AMPc dépendante) et se combine à la sous-unité régulatrice pour libérer la sous-unité catalytique et forment ainsi la protéine kinase A active (figure 3).
���La protéine kinase A (active) phosphoryle, en présence de l'ATP, la glycogène phosphorylase kinase qui devient active sous forme phosphorylée.

Malgré l'existence de ces multiples étapes dans la régulation, la glycogène phosphorylase atteint son pic d'activité en quelques minutes après fixation de l'hormone sur son récepteur spécifique membranaire.
Quand les taux d'adrénaline ou de glucagon diminuent à nouveau, l'hormone se dissocie du récepteur, il y a inhibition de la biosynthèse de l'AMPc et cette dernière se convertit en AMP par la phophodiestérase. La diminution du taux de l'AMPc coupe la cascade de réactions d'activation. Les enzymes ayant été phosphorylées sont déphosphorylées par la protéine phosphatase.
1.2. Régulation par le calcium
Il existe une autre voie de régulation mais de moindre importance, il s'agit d'une régulation par le Ca2+. C'est un mécanisme très actif dans les muscles striés, il est déclenché par le relargage de grandes quantités d'ions Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique musculaire lors d'une contraction musculaire. Le mécanisme fait intervenir une petite protéine, la calmoduline, qui fixe 4 ions Ca2+ pour former un complexe calmoduline-Ca2+ actif. Ce dernier se comporte ensuite comme une sous-unité activatrice de la phosphorylase kinase calmoduline dépendante (figure 4) sans intervention de la phosphorylation par l'ATP. En présence d'une molécule d'ATP, la phosphorylase kinase phosphoryle la glycogène phosphorylase en passant de la forme inactive à la forme active. Ainsi la régulation par le calcium peut donc renforcer la régulation hormonale et améliorer la dégradation du glycogène surtout dans le cas où la demande en glucose est très importante.


B/ Régulation réciproque de la glycolyse et de la néoglucogenèse
I. Introduction
Certains tissus comme le cerveau, les globules rouges, la région médullaire du rein, le cristallin, la cornée de l'oeil et le muscle en contraction rapide ont besoin d'un approvisionnement continu en glucose. Seul le foie est capable d'assurer cette fonction par mobilisation du glycogène et par néoglucogenèse. Les réserves du foie sous forme de glycogène sont évaluées à 190 g. Les besoins journaliers en glucose sont estimés à 120 g pour le cerveau, 40 g pour le reste de l'organisme. Dans les fluides, circulent 20 g de glucose à l'état dissous. On en déduit que les réserves en glucose hépatique ne couvrent que les besoins d'un jour en l'absence d'alimentation glucidique.

Le glucose peut être synthétisé par la voie de la néoglucogenèse ou gluconéogenèse à partir de précurseurs non glucidiques comme le pyruvate, le lactate, le glycérol issu de la dégradation des triglycérides et des céto-acides provenant de la désamination des acides aminés glucoformateurs. La majeure partie du glucose néoformé (90 %) est synthétisée dans le foie et les 10 % restants dans les reins.
Les reins jouent ainsi un rôle mineur sauf dans le cas de jeûne prolongé où leur contribution devient très importante. La néoglucogenèse est activée dans le cas du jeûne et dans le diabète. En cas d'exercice physique pendant lequel le glucose musculaire est dégradé en lactate, la néoglucogenèse hépatique est stimulée ; pour retransformer le lactate, issu de la glycolyse musculaire, en glucose