I – Glucides et enzymes

1) La diversité des glucides

Les oses (ou glucides) se répartissent en 3 groupes :

• Monosaccharides (Glucose : C₆H₁₂O₆)
• Disaccharides. Exemple, saccharose (glucose + fructose) et maltose (2 glucoses).
• Polysaccharides (amidon et cellulose : nGlu mais disposés de manière différente)

2) L’action des enzymes (TP1)

Les enzymes sont des protéines permettant de réaliser des réactions qui sans elles prendraient trop de temps ou seraient impossibles. Par exemple, les polysaccharides doivent être hydrolysés. L’hydrolyse de l’amidon dans l’eau est très lente mais une enzyme, l’amylase, permet d’accélérer cette réaction : les enzymes sont des catalyseurs biologiques.

Dans l’exemple ci-dessus, la réaction peut être accélérée par la présence de l’amylase, une enzyme favorisant cette réaction d’hydrolyse.

Les enzymes fonctionnent selon des conditions de température et de pH bien précises. Par exemple, l’amylase salivaire fonctionne dans une gamme réduite de températures autour de 37°C et de pH autour de 7. Dans l’expérience ci-dessous, le tube 1 contient de l’amidon et de l’amylase, le tube 2 étant un témoin avec de l’eau distillé à la place de l’amylase. Ces deux tubes ont été mis à 37°C. Les tubes 3 et 5 contiennent de l’amidon et de l’amylase et ont été placés à 0°C et à 80°C. Les tubes 4 et 6 sont les témoins respectifs. La liqueur de Fehling prend une couleur rouge brique en présence de sucres réducteurs (maltose par ex.)

Comment expliquer ces conditions spécifiques ?

3) La spécificité des enzymes (TP2)

Le fonctionnement des enzymes fait intervenir la notion de site actif : chaque enzyme possède une région avec une conformation tridimentionnelle et/ou un assemblage d’acides aminés bien spécifiques d’un substrat. Dans les exemples ci-dessous, on remarque que l’amylase contient une sorte de « poche » réactionnelle (appelé site actif) dont la forme est complémentaire à son substrat, l’amidon.

Il y a deux spécificité de ce site actif :

Une spécificité de substrat : l’enzyme ne réagit qu’avec un seul substrat. Pour s’en rendre compte, il suffit de faire une expérience où on fait réagir une même enzyme (par exemple l’amylase) avec différents substrats. On remarque que l’amylase réalise uniquement l’hydrolyse de l’amidon et non du saccharose ou du maltose. On réitère cette expérience avec la saccharase et on se rend compte que la saccharase ne réalise que l’hydrolyse du saccharose et non de l’amidon ou du maltose.

Une spécificité d’action : l’enzyme ne réalise qu’une seule réaction sur ce substrat. Dans l’exemple suivant, quatre enzymes agissent sur le même substrat, le glucose-6P, mais ont des actions différentes

Ainsi, l’amylase ne permet que l’hydrolyse (action) de l’amidon (substrat).

La spécificité des enzymes est très stricte : la moindre mutation et changement d’acide aminé au niveau (ou a proximité) du site actif peu réduire ou annuler totalement l’action de l’enzyme. On remarque que dans l’exemple suivant, un mutant de l’amylase possède un acide aminé différent dans son site actif. Cet acide aminé (l’alanine en bleu à la place d’un tryptophane en jaune) est plus éloigné du substrat (et de la zone de clivage entre les deux molécules de glucose) que ne l’est le tryptophane. Dès lors, cet acide aminé ne peut pas réaliser la fonction d’hydrolyse de l’amidon.

Les conditions comme la température ou le pH affectent la structure tridimentionelle de l’enzyme et de son site actif. Dès lors, les réactions sont moins efficaces.

III – La glycémie et sa régulation

1) La glycémie : un paramètre régulé

La glycémie correspond au taux de glucose dans le sang qui est normalement relativement stable entre de 0,8 et 1,2g/L. Les valeurs de glycémie sont variables selon les personnes mais restent dans cette gamme pour les situations non pathologiques. Au dessus de 1,26g/L, on parle de diabète.

Ce glucose provient de la digestion des aliments. Il est utilisé par les organes qui en ont besoin. De ce fait, la glycémie va varier au cours de la journée :

Suite à un repas, il y aura une hyperglycémie. Suite à un effort physique ou à une période de jeune, un hypoglycémie. Cependant, ces variations sont plus faibles que celles attendues ce qui suggère une régulation par l’organisme.

2) La mise en réserve du glucose : réponse à l’hyperglycémie

L’ensemble des organes consomment du glucose à des degrés plus ou moins importants. Cependant, certains organes peuvent stocker du glucose.

 

Le foie et les muscles stockent le glucose en excès sous forme de glycogène. Ils réalisent donc la glycogenogénèse.

Le foie possède une irrigation bien spécifique : il est en relation directe avec l’intestin par la veine porte hépatique. Cela lui permet de stocker le glucose en excès dans le sang à la sortie du système digestif.

Le tissus adipeux a aussi la capacité de stocker le glucose de manière indirecte sous forme de triglycérides (glycérol, dérivé du glucose, et 3 acides gras pouvant être synthétisés à partir de glucose).

Si l’on marque radioactivement du glucose et que ce dernier est ingéré, on peut suivre son parcours dans l’organisme. On remarque donc une radioactivité importante dans le foie, les muscles et le tissu adipeux ce qui montre que ce sont des organes privilégiés pour le stockage du glucose.

3) La mobilisation du glucose : réponse à l’hypoglycémie (TP3)

Tous les organes produisant du glycogène comme les muscle sont capables de l’hydrolyser (glycogenolyse) afin de redonner du glucose. Cependant ces réserves sont dites « privées » c’est à dire disponibles uniquement par la cellule en question.

Le foie est le seul organe capable de libérer du glucose dans le sang lors d’une situation de jeune (réserves « publiques »). Pour cela il hydrolyse le glycogène ce qui donne du glucose-6-phosphate (G6P), une forme de glucose ne pouvant pas quitter les cellules car il n’existe pas de transporteurs pour celui-ci dans les membranes plasmique. Cependant, il possède un taux élevé d’une enzyme spécifique, la glucose6-phosphatase, que les cellules musculaires ne possèdent pas (le gène ne s’exprime pas dans ces cellules, cela étant lié aux processus de différenciation cellulaire). Cette enzyme permet de transformer le G6P en glucose pouvant sortir de la cellule par des transporteurs que les cellules hépatiques possèdent.

De plus, les cellules du tissu adipeux, par catabolisme (dégradation) des triglycérides, peuvent libérer dans le sang du glycérol. Le foie peut utiliser ce glycérol afin de le transformer en glucose et donc le rendre disponible pour tout l’organisme.

II – Le contrôle hormonal de la glycémie.

1) Rôle des hormones pancréatiques (TP6)

Les organes effecteurs n’ont pas la capacité de détecter le taux de glucose sanguin. Par contre, le pancréas est un organe capable de d’évaluer la glycémie sanguine par des récepteurs membranaire. Il possède deux types de cellules endocrines (libérant des substances dans le sang) au niveau des îlots de Langherans : les cellules α produisant du glucagon et les cellules β produisant de l’insuline.

On remarque que suite à une augmentation de la glycémie, le taux d’insuline (insulinémie) augmente alors que suite à une hypoglycémie, c’est le taux de glucagon qui augmente.

L’insuline entraîne une baisse de la glycémie et le glucagon une augmentation de la glycémie.

2) Mode d’action des hormones pancréatiques (TP6)

L’insuline et le glucagon sont des hormones c’est à dire qu’elles transitent par le sang et viennent se fixer sur des récepteurs membranaires des cellules. Toutes les cellules ne possèdent pas des récepteurs pour toutes les hormones ce qui les rendent sensibles ou non aux informations.

Toutes les cellules de l’organisme possèdent des récepteurs à l’insuline. L’insuline stimule l’entrée de glucose et son utilisation directe ainsi que son stockage sous forme de glycogène (foie, muscles) ou de triglycérides (foie et tissus adipeux).

Par cela l’insuline a un rôle hypoglycémiant.

Seules les cellules du foie possèdent des récepteurs au glucagon. Celui-ci stimule la glycogénolyse ainsi que l’activité de l’enzyme G6phosphatase permettant la sortie de glucose hors des cellules hépatiques.

Par cela, le glucagon a un rôle hyperglycémiant.

Conclusion : Le paramètre régulé (la glycémie) est mesuré en permanence par des « capteurs » (cellules des îlots de Langherans) agissant sur des « effecteurs » (organes) stockant ou libérant du glucose et permettant de rétablir les variations de la glycémie.