Chapitre 2: Le métabolisme du glycogène PDF

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Chapitre 2: Le métabolisme du glycogène , Professeur : Bessière L3 BCMP...

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Chapitre 2 : Le métabolisme du glycogène : Le métabolisme du glycogène comprend, d’une part (1) la biosynthèse du glycogène, ou glycogénogenèse, et d’autre part (2) la dégradation du glycogène, ou glycogénolyse. La synthèse du glucose et sa dégradation sont deux voies métaboliques distinctes, impliquant des enzymes différentes, et donc une régulation différente. Le glycogène est particulièrement abondant dans le foie - son lieu de stockage principal - mais est aussi présent en moindres proportions dans le rein et le muscle. Dans le foie et le rein, le glycogène a la fonction de libérer du glucose qui pourra être transporté à différents organes via le sang, tandis que dans les muscles il y a utilisation directe du glycogène, afin de permettre la contraction.

I- La glycogénogenèse, ou la biosynthèse du glycogène : Chez les animaux, ainsi que chez certains microorganismes, l’excès de glucose, fournit par l’alimentation ou produit par la néoglucogenèse, est stocké dans le foie (notamment) sous forme de glycogène, par la voie cytosolique de la glycogénogenèse. Les unités de glucose vont pouvoir être ajoutés à une chaîne de glycogène en croissance après avoir été activées en UDP-glucose grâce à de l’UDP. Le glucose est d’abord phosphorylé en G6P. Cette réaction est catalysée (1) dans le foie par une glucokinase , et (2) dans le muscle par une hexokinase . Puis une phosphoglucomutase mute le groupement phosphate du C6 au C1, formant du G1P. Cependant, comme il a été évoqué, avant que ce G1P puisse être ajouté à la chaîne de glycogène en croissance, il doit être activé. Cette activation met en jeu un équivalent de l’ATP : l’uridine triphosphate (UTP). La formation du complexe activé UDP-glucose est catalysée par une UTPglucose-1-phosphate uridyltransférase (UGUT) ; elle consomme un UTP et libère un pyrophosphate (PPi). Ainsi, à cette étape, 2n Pi sont libérés par n molécules de glucose activées. L’enzyme glycogène synthase (GS) permet l’ajout des unités de glucose activées sur les extrémités non réductrices du glycogène en formant des liaisons α 1 − 4. L’ajout du glucose à la chaine libère l’UDP auquel il s’était lié pour être activé. Toutefois, quand une chaîne linéaire est constituée d’un nombre de résidus glucose supérieur à 11, il y a transfert d’un groupe de 6 ou 7 résidus glucose pour former une ramification avec une liaison α 1 − 6. La réaction de transfert est catalysée par l’enzyme de ramification : une glycosyl(1,6)transférase. Après la ramification, la molécule porte une extrémité non réductrice en plus sur laquelle pourront être greffés d’autres UDP-glucoses activés, s’il reste encore du glucose à stocker.

On a donc, après ajout de n résidus glucoses, n UDP libérés. Pour être recyclés, ces UDP doivent être phosphorylées, et (1) leur phosphorylation consomme de l’ATP. Par ailleurs, on utilise aussi de l’ATP (2) pour phosphoryler le glucose. Finalement, (3) on consomme un UTP pour former le G1P et UTP en UDP-glucose. Il y a donc consommation de l’équivalent de 3n ATP pour n molécules de glucose stockées. En effet, le stockage du glucose sous forme de glycogène consomme beaucoup d’énergie. Ceci s’explique par le fait qu’on veut que le glycogène soit une molécule stable, qui ne se dépolymérise pas facilement. Ceci car le but de la polymérisation et les ramifications du glycogène est de transformer les monomères solubles de glucose en une grosse molécule peu soluble, à pouvoir osmotique faible ; autrement, l’accumulation d’autant de molécules de glucose séparées entraînerait des entrées d’eau trop importantes, incompatibles avec la vie cellulaire.

II) La glycogénolyse, ou la dégradation du glycogène Pour voir le déroulement de la glycogénolyse, À différence de la glycogénogenèse, la glycogénolyse ne consomme pas d’ATP. Elle libère des résidus de glucose qui atterrissent dans le sang (1) soit par libération directe, (2) soit par des réactions métaboliques à partir du G1P. Ainsi, la glycogénolyse permet de répondre aux besoins en glucose des cellules gluco-dépendantes - comme celles du cerveau - et de maintenir la glycémie.

III) La régulation du métabolisme du glycogène Deux enzymes sont les clés de chacune de ces voies. La régulation du métabolisme du glycogène repose sur elles. On trouve la glycogène synthase pour la régulation de la glycogénogenèse et la glycogène phosphorylase pour la régulation de la glycogénolyse. Glycogène synthase Glycogène phosphorylase La glycogène synthase, enzyme clé de la synthèse du La glycogène phosphorylase, enzyme clé de la glydégradation cogène, est trouvée sous deux formes, du glycogène, est trouvée sous deux formes, – une forme A, phosphorylée, active ; – une forme A, déphosphorylée, active ; – une forme B, déphosphorylée, inactive ; – une forme B, phosphorylée, inactive ; Grâce au rôle que joue l’ATP, il y a une régulation réciproque de ces deux enzymes clés du métabolisme du glycogène. Cette régulation s’opère sous contrôle hormonal. En cas de faim ou de stress, un signal hormonal – véhiculé par l’adrénaline ou le glucagon notamment - arrive sur les cellules. L’adrénaline agit sur les cellules musculaires et hépatiques, tandis que le glucagon est spécifique des cellules hépatiques. L’hormone se fixe sur son récepteur, activant une adénylate cyclase, et induisant ainsi la synthèse d’AMPc. L’AMPc, second messager, se fixe sur une PKA, l’activant. Les PKA ont alors deux sites d’action différents. D’une part, en utilisant de l’ATP comme coenzyme, elles transforment la forme active de la GS en forme B, inhibant la glycogénogenèse. D’autre part, elles phosphorylent la forme B de la GPh en forme active, induisant la glycogénolyse, qui libère des G6P susceptibles d’entrer dans la voie de glycolyse. Une fois que le stress ou la sensation de faim disparaît, la concentration en AMPc dans la cellule diminue. Les PKA ne sont plus actives, et les phosphatases cellulaires déphosphorylent les phosphoprotéines qui interviennent dans le métabolisme du glycogène, les rendant à leur état de base. La GPh revient à sa forme B, inactive, marquant l’arrêt de la glycogénolyse, tandis que la GS revient à sa forme A, re-activant la glycogénogenèse. Cette régulation réciproque est très rapide, en matière de quelques millièmes de seconde, permettant à l’organisme de s’adapter aux conditions variables de son environnement....