Fiche de révision : Métabolisme du glycogène et cétogenèse

📋 Plan du Cours

1. Structure et rôle du glycogène
2. Synthèse du glycogène
3. Dégradation du glycogène
4. Régulation du glycogène
5. Conséquences et glycogénoses
6. Formation des corps cétoniques
7. Utilisation des corps cétoniques
8. Régulation de la cétogenèse
9. Cétose du jeûne et du diabète

📖 1. Structure et rôle du glycogène

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogène : Polymère de glucose comportant des liaisons glycosidiques α-1,4 et des ramifications formées par des liaisons α-1,6.

📝 Points essentiels

• Le glycogène est une forme de réserve rapidement mobilisable du glucose, principalement présente dans le foie et les muscles, dans le cytosol.

📌 Le glycogène musculaire participe principalement à la glycolyse, tandis que le glycogène hépatique sert davantage au maintien de la glycémie.

💡 Astuce mémo

Glycogène musculaire → énergie locale ; glycogène hépatique → glycémie

📖 2. Synthèse du glycogène

★ À maîtriser

• 🔄 La glycogénogenèse suit les étapes suivantes:

  1. Isomérisation du glucose-6-phosphate
  2. Activation en UDP-glucose
  3. Amorçage par la glycogénine
  4. Élongation par la glycogène synthase
  5. Ramification par l'enzyme branchante

• La phosphoglucomutase catalyse l'isomérisation du glucose-6-phosphate en glucose-1-phosphate.

• L'UDP-glucose est une forme activée du glucose utilisée pour la synthèse du glycogène, et son pyrophosphate est rapidement hydrolysé par une pyrophosphatase.

• La glycogénine transfère le premier glucose de l'UDP-glucose sur le groupement hydroxyle de la tyrosine 194, puis ajoute environ 7 à 8 résidus de glucose liés en α(1→4).

• La glycogène synthase transfère le glycosyle de l'UDP-glucose sur l'extrémité non réductrice du glycogène en formant des liaisons α-1,4.

Compléments

• L'enzyme branchante transfère environ 7 résidus terminaux vers le groupement C6-OH d'une chaîne existante afin de former une liaison α-1,6.

• Le bilan énergétique de l'incorporation d'une molécule de glucose dans le glycogène est de $1\ ATP + 1\ UTP$ consommés.

💡 Astuce mémo

G6P → G1P → UDP-glucose → amorçage → élongation → ramification

📖 3. Dégradation du glycogène

📝 Points essentiels

• La glycogénolyse dégrade le glycogène par phosphorolyse, débranchement et conversion du glucose-1-phosphate en glucose-6-phosphate.

• La glycogène phosphorylase clive par phosphorolyse les liaisons α-1,4 à partir de l'extrémité non réductrice du glycogène.

• Le débranchement associe une activité 4-α-D-glucanotransferase qui déplace les trois derniers glucoses et une activité amylo-α-1,6-glucosidase qui hydrolyse le dernier glucose lié en α-1,6.

• La phosphoglucomutase convertit le glucose-1-phosphate en glucose-6-phosphate, qui peut entrer dans la glycolyse.

📌 Dans le foie, la glucose-6-phosphatase hydrolyse le glucose-6-phosphate en glucose et phosphate inorganique, permettant la sortie du glucose de la cellule.

💡 Astuce mémo

Phosphorolyse → débranchement → G1P/G6P → glucose hépatique

📖 4. Régulation du glycogène

★ À maîtriser

📌 La glycogène synthase est active sous forme déphosphorylée et inactive sous forme phosphorylée.

• L'insuline active une protéine phosphatase insulinodépendante qui déphosphoryle la glycogène synthase et restaure son activité.

📌 La glycogène phosphorylase existe sous une forme a phosphorylée et active et une forme b déphosphorylée et inactive.

• La phosphorylase kinase active la glycogène phosphorylase par phosphorylation, tandis que la phosphorylase phosphatase la rend inactive par hydrolyse du phosphate.

• Le glucagon et l'adrénaline activent l'adénylate cyclase, qui forme de l'AMPc à partir d'ATP, puis l'AMPc active la protéine kinase A.

Compléments

• Dans le muscle, la calmoduline fixe 4 ions Ca2+ pour former un complexe actif qui renforce la dégradation du glycogène.

💡 Astuce mémo

Insuline déphosphoryle et stocke ; glucagon et adrénaline phosphorylent et mobilisent

📖 5. Conséquences et glycogénoses

★ À maîtriser

📌 Le syndrome de McArdle correspond à un déficit en glycogène phosphorylase musculaire, sans atteinte de la glycogène phosphorylase hépatique.

• Le syndrome de McArdle entraîne:

  • Faiblesse et crampes musculaires après exercice
  • Absence d'élévation de lactate dans les muscles après exercice exténuant
  • Myoglobinurie à l'âge avancé
  • Teneur élevée en glycogène musculaire

• La maladie de Von Gierke empêche l'hydrolyse hépatique, rénale et intestinale du glucose-6-phosphate en glucose, en raison d'un déficit en glucose-6-phosphatase.

• La maladie de Von Gierke provoque:

  • Hypoglycémie sévère pendant le jeûne
  • Hyperlactacidémie
  • Hyperuricémie
  • Augmentation des réserves glycogéniques hépatiques

Compléments

• Les glycogénoses sont des maladies génétiques pouvant affecter la dégradation, la synthèse, la structure ou le stockage du glycogène.

💡 Astuce mémo

McArdle touche la phosphorylase musculaire ; Von Gierke touche la glucose-6-phosphatase

📖 6. Formation des corps cétoniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cétogenèse : Voie métabolique hépatique et mitochondriale qui transforme les acétyl-CoA excédentaires en corps cétoniques.

★ À maîtriser

• Les corps cétoniques sont:

  • Acide acéto-acétique
  • Acide β-hydroxybutyrique
  • Acétone

• L'acétoacétyl-CoA est formé directement par β-oxydation des acyl-CoA ou par condensation de deux molécules d'acétyl-CoA sous l'action de la β-cétothiolase.

• La HMG-CoA synthétase condense l'acétoacétyl-CoA avec une nouvelle molécule d'acétyl-CoA pour former l'HMG-CoA.

• La HMG-CoA lyase scinde l'HMG-CoA en acide acéto-acétique et acétyl-CoA.

Compléments

• L'acide acéto-acétique est réduit en β-hydroxybutyrate par la β-hydroxybutyrate déshydrogénase avec le NADH,H+ comme coenzyme.

• L'acétone provient de la décarboxylation spontanée de l'acide acéto-acétique et aucune enzyme spécifique n'intervient chez l'Homme.

💡 Astuce mémo

Acétyl-CoA → acétoacétyl-CoA → HMG-CoA → acétoacétate → β-hydroxybutyrate ou acétone

📖 7. Utilisation des corps cétoniques

★ À maîtriser

• Les corps cétoniques produits par le foie passent dans le sang et sont utilisés à des fins énergétiques par les tissus extrahépatiques.

• L'utilisation des corps cétoniques est de:

  • 100 % dans le cœur
  • 70 % dans le rein
  • 10 % dans le cerveau
  • 5 % dans le muscle

Compléments

• La concentration sanguine normale des corps cétoniques est de 20 à 50 mg/l, soit 0,5 meq/l.

• En situation normale, l'acide β-hydroxybutyrique est plus abondant que l'acide acéto-acétique, tandis que l'acétone est négligeable.

📌 En cas de production excessive, les corps cétoniques sont principalement éliminés dans les urines malgré une forte réabsorption tubulaire, tandis que l'élimination pulmonaire est faible.

💡 Astuce mémo

Le foie produit les corps cétoniques ; les tissus extrahépatiques les utilisent

📖 8. Régulation de la cétogenèse

📝 Points essentiels

• La cétogenèse dépend de l'augmentation des acides gras libres circulants produits par la lipolyse des triglycérides du tissu adipeux.

📌 La CPT contrôle l'entrée des acyl-CoA dans la mitochondrie avant la β-oxydation ; son activité augmente pendant le jeûne et lorsque l'oxydation des acides gras augmente.

📌 Le malonyl-CoA, formé pendant l'alimentation par l'acétyl-CoA carboxylase, inhibe fortement la CPT et limite l'entrée des acyl-CoA dans la mitochondrie hépatique.

• 🔄 Pendant le jeûne:
  1. Inhibition de l'acétyl-CoA carboxylase par l'acétyl-CoA
  2. Diminution du malonyl-CoA
  3. Levée de l'inhibition de la CPT
  4. Augmentation de la β-oxydation

📌 L'acétyl-CoA issu de la β-oxydation peut entrer dans le cycle de Krebs ou être orienté vers la cétogenèse, et l'augmentation des acides gras libres favorise la cétogenèse.

💡 Astuce mémo

Jeûne ou diabète → lipolyse → β-oxydation → acétyl-CoA → cétogenèse

📖 9. Cétose du jeûne et du diabète

📝 Points essentiels

• Le jeûne et le diabète sucré provoquent une glycopénie intracellulaire, une sécrétion d'hormones hyperglycémiantes et une baisse du rapport insuline/glucagon.

• La baisse du rapport insuline/glucagon stimule la lipolyse, augmente les acides gras libres et la β-oxydation, puis active la cétogenèse et la néoglucogenèse.

• La cétogenèse fournit une énergie d'origine lipidique aux tissus extrahépatiques et épargne le glucose pour les tissus glucodépendants, notamment les globules rouges.

📌 L'acidocétose diabétique correspond à une inondation de l'organisme par les corps cétoniques, qui sont des acides modérément forts et provoquent une acidose lorsqu'ils s'accumulent.

💡 Astuce mémo

Baisse du rapport insuline/glucagon → acides gras libres → corps cétoniques → acidocétose

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison du glycogène hépatique et musculaire