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Métabolisme

Métabolisme du glycogène I.

Le glycogène

Le glycogène est un polymère de stockage du glucose. C’est un homopolymère de D-glucopyranose (glucose sous forme cyclique). Les unités sont reliées par des liaisons O-glycosidiques linéaires et ramifiés : -

Répétition de maltose ou amylose  α(1,4) Branchement d’isomaltose ou amylopectine  α(1,6)

Les branchements se répètent tous les 6 à 12 unités de glucose ce qui induit une forme de buisson. La structure 3D sera plutôt sphérique ce qui permet de maximiser le nombre de glucose par unité de volume. Une (macro)molécule de glycogène peut contenir jusqu’à 50 000 unité de glucose. Isolement du glycogène par Claude Bernard en 1857  naissance de la médecine expérimentale

II.

Le métabolisme du glycogène

Dans un homme adulte (environ 70 Kg), on retrouve environ 200g de glycogène. Les stocks sont : -

70% dans les muscles  réserve rapide de glucose pour la glycolyse 30% dans le foie  réserve de glucose pour le cerveau (120 g de glucose par jour)

1. Le rôle des hormones L’insuline produite dans les Ilots de Langerhans (cellules α) du pancréas : -

Dans le muscle, induit la synthèse du glycogène Dans le foie, inhibe la dégradation du glycogène Dans le rein, induit la réabsorption du glucose depuis le filtrat

Le glucagon produit dans les Ilots de Langerhans (cellules β) du pancréas : -

Dans le foie, induit le clivage du glycogène et le relargage du glucose dans le sang

2. Le rôle du foie Le foie est au carrefour du stockage et de la formation du glucose et du glycogène. Le glycogène du foie est synthétisé pendant les repas et utilisé entre les repas, la concentration en glucose dans le sang reste constante. Pendant un repas : -

Augmentation de la glycémie  Augmentation de la production d’insuline Augmentation de la glycogénogénèse et baisse de la glycogénolyse

Pendant un jeun : -

Baisse de la glycémie  Augmentation de la production de glucagon Augmentation de la glycogénolyse

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Métabolisme

III.

La glycogénogénèse

La synthèse du glycogène se fait en 5 étapes. La 1ère étape correspond à la formation du glucose-6-phosphate  même début que la glycolyse et même enzymes. C’est une étape irréversible.

2ème étape : isomérisation du glucose-6-phosphate en glucose-1-phosphate. Etape réversible qui sera catalysée par la phosphoglucomutase qui contient une serine phosphorylée. 3ème étape : Conversion du glucose-1-phosphate en UDP-glucose. Etape réversible, catalysée par l’UTP-glucose1-phosphat-uridylytransferase (ou UDP-glucose-pyrophosphorylase). Cette enzyme à besoin de Mg +2 et intervient aussi dans le métabolisme du galactose. 4ème étape : formation d’un polymère linéaire de glucose. La polymérisation est initiée par la glycogénine, un homodimère qui contient Tyr dans son site actif. La glycogénine a été découverte en 1984, elle est capable de former 2 polymères linéaires de [α-D-Glc(1,4)]8 qui restent attachés à l’enzyme. 4ème étape bis : élongation d’un polymère linéaire de glucose. Une fois que la glycogénine a attaché [α-DGlc(1,4)]8, la glycogène synthase (GS ou glycosyltransférase) rallonge la chaine glycosidique. L’activité de la glycogène synthase est étroitement contrôlée par des kinases. 5ème étape : formation des branchements par l’enzyme « branchant ». L’enzyme (amylo-α(1,4)  α(1,6)transglycosylase) hydrolyse une liaison α(1,4) à la fin d’une chaine d’amylose et transfère 7 unités sur le C6-OH d’un polymère linéaire adjacent  amylopectine. La ramification accélère la vitesse de formation et de dégradation du glycogène.

IV.

Glycogénolyse

4 enzymes sont impliquées : -

-

Glycogène phosphorylase : détache un glucose-1-phosphate de l’extrémité non réductive du glycogène. C’est une enzyme itérative. Elle s’arrête à 4 glucose avant un embranchement (dextrine limite). Enzyme « de-branchante » : agit sur la dextrine limite en hydrolysant [α(1,4)Glc]3 et l’attachant à la fin d’une chaine linéaire. Elle a une activité trans-hydrolase. α(1,6)glucosidase : hydrolyse le glucose de l’embranchement Phosphoglucomutase : convertit le glucose-1-phosphate en glucose-6-phosphate

Glycogène phosphorylase : catalyse une phosphorolyse de la liaison glycosidique : -

Enzyme à pyridossal-phosphate (PLP, vit. B6) Est activée par phosphorylation (phosphorylase-a) Est activé par déphosphorylation (phosphorylase-b), par l’ATP et le glucose-6-phosphate (régulation allostérique)

L’enzyme débranchante agit sur la dextrine limite et transfère un trimère de glucose sur l’amylose  glycosidase + glycosyltransférase. Elle laisse une extrémité à la phosphorylase et un résidu à la α(1,6)glycosidase.

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Métabolisme

Le foie convertit les glucose-1-phosphate en glycose-6-phosphate et glucose qui iront ensuite dans la circulation sanguine. Le muscle convertit le glucose-1-phosphate en glucose-6-phosphate  glycolyse.

V.

Régulation du métabolisme du glycogène

La synthèse et la dégradation ne doivent pas fonctionner en même temps  les enzymes des 2 voies sont régulées par les mêmes acteurs, mais de manière opposée. Les points clés de la régulation sont la glycogène synthase et la glycogène phosphorylase.

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