Dégradation du glycogène. A- Introduction

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1 Dégradation du glycogène A- Introduction Glycogène = homopolysaccharide, constitué dʼunités alpha-,4-d-glucose (reliés par des liaisons alpha-4) avec des ramifications alpha --6 les 6 ou 0 résidus. n a une structure arborescente, hélicoïdale du glycogène. L'intérêt de cette forme est d'une part qu'elle est inactive sur le plan osmotique (Le stockage du glucose libre entraine une réaction osmotique importante). L'intérêt de la ramification est la libération rapide de résidus de glucose dans de nombreux points d'attaques. roportion dans les différents tissus : - Environ % de la masse musculaire est composée de glycogène, soit environ 300g. Intérêt : apporter une réserve dʼénergie pour la contraction musculaire. - Environ 6% du poids du foie est composé de glycogène. Environ 00 g de glycogène sur un foie de,6 kg. Au niveau hépatique, le glycogène sert à fournir du glucose aux autres organes quand la glycémie diminue. (représente moins de glycogène que la somme totale au niveau musculaire) Il sert a fournir du glucose de manière rapide aux autres organes lorsque la glycolyse diminue. Quand la glycémie (concentration de sucre dans le sang) diminue, au départ on a une glycogénolyse puis relai de la néoglucogenèse (formation du glucose). Glycogène Structure chimique C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 B- Différentes réactions de dégradation du glycogène - ère étape : phosphorolyse du glycogènes Correspond à la fixation dʼune molécule dʼacide phosphorique sur le glycogène, qui entraîne une coupure, non hydrolytique, libération directe de Glc-- et de glycogène (n- molécules de Glc) : Glycogène (n glc) + i Glycogène (n-) + Glc-- Glycogène phosphorylase [coenzyme: phosphate de pyridoxal] -Intervention de l enzyme débranchante Intervention de l enzyme débranchante ermise par la glycogène phosphorylase, qui est différente au niveau musculaire et au niveau hépatique.

2 hosphate de pyridoxal est le coenzyme participant à cette réaction, qui est réversible, mais va plutôt dans le sens de la dégradation : ratio phosphate/ Glc-- très élevé. Clivage phosphorolytique avantageux sur le plan énergétique. Le Glc est déjà phosphorylé quand il est libéré, (on a du Glc--). Si on avait simplement une libération métabolique de Glc, ce serait beaucoup moins avantageux sur le plan énergétique, car il faudrait ensuite consommer un AT pour faire du Glc-6-. Avantage énergétique. Libération de Glc-- mieux que du Glc, car le Glc-- reste dans la cellule, ce qui est avantageux pour les cellules musculaires. Le Glc-- est converti en Glc-6- et utilisé par la cellule elle-même pour produire de lʼénergie. " 2-2e étape : Intervention d'une enzyme débranchante -hosphorolyse du glycogène 6 Cœur de molécule 2 Enzyme débranchante (suite) 4 hosphorylase a b c 6 4 h i j k l d e f g 2 Enzyme débranchante a b c 6 4 h i j k l -,6-Glucosidase 6Gl ( glucose libéré) d e f g Transférase a b c d e f g h i j k l La phosphorolyse (mot à vérifier) du glycogène peut se produire, mais à partir dʼun certain niveau, on a besoin de lʼintervention dʼune enzyme débranchante, quand on se rapproche des zones de ramification l'enzyme débranchante est alors nécessaire. Quand on se rapproche des régions dʼembranchement, la liaison α--6 ne peut pas être clivée, et la réaction sʼarrête environ 4 résidus de glucose avant lʼembranchement. n a la nécessité, 4 résidus avant lʼembranchement, de la participation dʼune enzyme débranchante, qui va avoir deux étapes successives : - activité transférase : résidus transférés en bloc, sur une autre branche, ce qui libère jusquʼà la liaison alpha 6. - activité glucisadique : alpha-,6-glucosidase: un glucose est libéré. Ce glucose-ci nʼest pas phosphorylé, cʼest un glucose libre qui est libéré. Ici encore, on parle dʼune enzyme bifonctionnelle (appelée enzyme débranchante) (deux activités catalytiques différentes) n a du Glc-- quʼil faut transformer en Glc-6- pour quʼil soit utilisé dans le métabolisme

3 3-3e étape : isomérisation du glucose phosphate en glucose 6 phosphate 3 - Isomérisation du Glc-- en Glc Enzyme en Glc-6- Enzyme Enzyme C C 2 hosphoglucomutase C C 2 Glucose -phosphate C 2 Glucose,6-bisphosphate C 2 Glucose 6-phosphate ll faut transformer le glucose phosphate en glucose 6 phosphate par une phosphoglucomutase. Isomérisation du Glc-- en Glc-6- ne se fait pas directement par la phosphoglucomutase. Deux étapes : - Glc-- forme dans un état intermédiaire du Glc-,6-B( bisphophate) (le phosphate lié à lʼenzyme va être ( ) libéré et fixé sur le Glc-6-) - Glc-,6-B alphaglc-6- (libéré) (phosphorylation de lʼenzyme ( )) Grâce à la phosphorylation du groupement phosphate réversible sur une sérine, cette phosphoglucomutase va faire passer du Glc-- au Glc-6- avec cet intermédiaire métabolique quʻest le Glc-,6-B. 4-4e étape : Libération du glucose (foie et rein) Glc glucose + i Glucose-6-phosphatase Glucose-6-phosphatase permet la libération du Glc. Enzyme présente au niveau de la membrane du réticulum endoplasmique. Schéma : réticulum endoplasmique. Réticulum endoplasmique (Microsomes) EATCYTE Glc T3 GLUT2 Glc Lumière du RE Glc-6- Glc-6- i i T T2 Glucose-6-phosphatase

4 La Glucose-6-phosphatase est présente au niveau de la membrane du réticulum endoplasmique et elle fonctionne dans la lumière du réticulum endoplasmique. Glc-6- rentre par un transporteur, transporteur T. Une fois dans le réticulum endoplasmique, il est ensuite hydrolysé par la Glc-6-phosphatase. n obtient du Glc. Le phosphate sort par un autre canal. Le Glucose ainsi formé sort du réticulum endoplasmique par un transporteur T3. Le Glc se retrouve libre dans lʼhépatocyte, utilise le transporteur GLUT-2 en sortir. Le Glucose passe dans le sang pour maintenir stable la glycémie et fournir le glucose pour les autres organes : muscle et cerveau notamment. Au niveau musculaire L'Activité glucose-6-phosphatase nʼest pas présente au niveau musculaire. our le muscle, le Glc-6- reste dans la cellule et va être ensuite utilisé pour la glycolyse pour fournir lʼénergie nécessaire à la contraction musculaire. Le Foie fournit du Glc aux cellules / Le muscle garde son Glc-6- pour la contraction musculaire. C- La régulation de la dégradation du glycogène Métabolisme du glycogène est contrôlé de façon très précise. Contrôle qui sʼexerce essentiellement sur la phosphorylase. - Régulation dans les muscles a- La phosphorylase musculaire L'enzyme régulée dans les muscles est la phosphorylase musculaire

5 Dimère de la phosphorylase b musculaire Site catalytique Site de liaison de la particule de glycogène Site de l AM Site du phosphate de pyridoxal 2 AD 2 AT hosphorylase kinase 2 AM AM AM 2 2 hosphorylase a (active) rotéine hosphatase () 2 i hosphorylase b (très peu active) 2 AM hosphorylase b (active) La phosphorylase musculaire est sous forme dimérique, avec 2 sous-unités. n a un site catalytique, mais aussi un site de fixation du phosphate de pyridoxal (coenzyme), site de fixation de la particule de glycogène, sites de fixation pour lʼam, pour la régulation allostérique. Cette phosphorylase est soit phosphorylée, soit non phosphorylée. Cette phosphorylation réversible est sous le contrôle hormonal. - hosphorylase a ( (toujours) active) est un dimère phosphorylé sur un seul résidu de sérine, au niveau de chaque sous-unité. - hosphorylase b (très peu active, moins active en tout cas que la phosphorylase a) est un Dimère non phosphorylé. " Cette phosphorylase b très peu active peut être activée en présence dʼam(activateur allostérique de la phosphorylase musculaire). AM permet de réactiver, même sans groupement phosphate, cette forme b, par fixation de lʼam, qui témoigne dʼune carence en charge énergétique. hosphorylation de la phosphorylase b en phosphorylase a est une phosphorylation réversible, permise par une enzyme : la phosphorylase kinase de type musculaire (permet lʼactivation de cette phosphorylase) b- La phosphorylase kinase musculaire Il sʼagit dʼune très grosse protéine, très haut M. Comporte 4 sous-unités : alpha, beta, gamma, delta. Activation par deux voies distinctes : la voie de lʼam cet lʼion calcium. Sous-unité beta peut être phosphorylée par un complexe : la KA rend partiellement active la phosphorylase kinase.

6 Sous-unité delta: est très proche de la calmoduline (protéine qui fixe le Ca 2+ stimulant d e nombreuses enzymes). Sous-unité deltacapable de fixer le Ca 2+ protéine kinase partiellement activée. Intéressant au niveau musculaire : KA (au niveau musculaire) libération de Ca du réticulum sarcoplasmique. Cʼest très intéressant dʼavoir activation de la glycogénolyse en même temps que la contraction musculaire, dʼavoir fourniture dʼénergie, dʼat en même temps que la contraction musculaire. hosphorylase kinase totalement activée (à droite) : fixation de phosphate sur sa sousunité betaet fixation de Ca 2+ sa sous-unité deltade type calmoduline. KA vient de la transduction du signal via lʼamc. RMNE KA hosphorylase kinase inactive artiellement active Ca 2+ Totalement active Ca 2+ Ca 2+ INFLUX NERVEUX CNTRACTIN MUSCULAIRE artiellement active Activation de la phosphorylase kinase musculaire Transmission du signal par la voie de la protéine G : Ligand (ici, adrénaline) se fixe sur son récepteur, qui va alors s'activer et libérer la sousunité alpha de la protéine G avec fixation du GT. La sous-unité alpha accompagnée du GT se déplace et active lʼadénylate cyclase (protéine transmembranaire) qui transforme lʼat en AMc. L'AMc est le second messager de lʼhormone. Cette AMc va se fixer sur la KA, il se fixe plus exactement sur la partie régulatrice R de la KA, ce qui libère la sous-unité catalytique de la protéine kinase, qui va donc avoir ensuite une action kinasique => entraîne des phosphorylations enzymatiques. En ce qui nous concerne, cʼest lʼadrénaline. Quand il y a un début ou anticipation dʼun exercice musculaire, sécrétion dʼadrénaline par les médullo-surrénales, qui se fixe sur le récepteur Beta-énergique au niveau musculaire, ensuite régulation de la sous-unité alpha puis stimulation de lʼadénylate cyclase, formation dʼamc, et finalement la KA libère la sous-unité catalytique et transformer la phosphorylase b peu active (forme non phosphorylée) en phosphorylase a active (forme phosphorylée). => Entraîne une dégradation du glycogène.

7 Effecteur Transmission du signal par la voie de la protéine G Ligand Transducteur G s Récepteur libération de la sous-unité GT GD AT Adénylate cyclase AMc Membrane cellulaire second messager hosphorylation enzymatique rotéine kinase A rotéine kinase A C R C Réponse métabolique Transmission du signal de l adrénaline Adrénaline Dégradation Récepteur du glycogène Stimulation de l adénylate cyclase AT AMc rotéine kinase A R C rotéine kinase A + C R-AMc hosphorylase kinase hosphorylase kinase active hosphorylase b hosphorylase a 2- Régulation dans le foie hosphorylase hépatique Régulation allostérique par le Glc ACTIVITE EN ZYMATIQUE Glucose ajouté Glycogène phosphorylase Glycogène synthase Minutes Le foie joue un rôle important dans le maintient de l'homéostasie du glucose, phosphorylase hépatique, presque identique à la phosphorylase musculaire. Au niveau hépatique, la régulation de la glycogène phosphorylase est différente du fait du rôle très particulier que joue le foie dans lʻhoméostasie et le maintien de lʼhoméostasie du glucose. La phosphorylase hépatique a 90% dʼhomologies la phosphorylase musculaire. La phosphorylase hépatique existe sous 2 formes : - hosphorylée - Non phosphorylée

8 Le contrôle hormonal au niveau hépatique est plus complexe quʼau niveau musculaire : Lʼactivation passe par une cascade, initiée par le glucagon (peptide sécrété par les ilots alpha du pancréas, lorsque le taux de glucose dans le sang est bas). Un taux de Glc bas traduit un état de jeûne. La fixation du glucagon à son récepteur : cʼest comme pour lʼadrénaline, se traduit par une cascade dʼactivation de lʼamc, activation dʼune KA et phosphorylation. Résultat : mobilisation du glycogène hépatique dans cette période de jeune. Régulation plus complexe au niveau hépatique : Le glucagon et aussi l'adrénaline, qui agit comme au niveau du muscle. Lors dʼun stress, on a aussi des récepteurs Beta-adrénergiques au niveau hépatique. Lʼadrénaline renforce lʼeffet induit par le glucagon. Rôle de synergie. Contrôle allostérique : différent du contrôle allostérique quʼon a pour la phosphorylase musculaire. Le principal régulateur est ici le glucose, qui est inhibiteur, et non lʼam comme pour le muscle Transmission du signal du glucagon Glucagon Récepteur Glucagon Stimulation de l adénylate cyclase Dégradation du glycogène AT AMc rotéine kinase A R C rotéine kinase A + C R-AMc hosphorylase kinase hosphorylase kinase active hosphorylase b hosphorylase a Mise en évidence au niveau expérimental n dose lʼactivité enzymatique de la glycogène phosphorylase. n ajoute du glucose : Une perfusion de glucose dans le foie va entraîner très rapidement un effondrement de lʼactivité glycogène phosphorylase. hénomène inverse pour la glycogène synthase: enzyme permettant la synthèse du glycogène. Chute dʼactivité de la glycogène phosphorylase et stimulation de lʼactivité du glycogène synthase. Chute dʼactivité due à la présence dʼun site effecteur du glucose au niveau de la phosphorylase hépatique, allostérie négative. Niveau physiologie : Repas riche en glucides de glucides dans le sang sʼélève, ce qui se traduit par lʼarrêt de la dégradation du glycogène et synthèse du glycogène dans le foie. Quand le glucose est très abondant, il est mis en réserve au niveau hépatique. La glycogène phosphorylase va agir comme un récepteur hépatique du glucose.

9 3- Le système phosphatasique 2 hosphorylase a hosphorylase b i hosphorylase kinase 2 hosphorylase kinase i Enzyme : rotéine-phosphatase ou Son activité dépend d une cascade de réactions de phosphorylation sous l influence de l insuline Système opposé du système kinase : Les phosphatases catalysent lʼhydrolyse du groupement phosphoryle des enzymes phosphorylées. Les phosphatases ont un effet inverse des effets des kinases. ermettent lʼhydrolyse des résidus Ser et Thr phosphorylés des protéines. La phosphorylase est phosphorylée et active va être déphosphorylée par une phosphatase pour donner la phosphorylase b peu active. Même chose au niveau de la phosphorylase kinase qui va être déphosphorylée par ce système phosphatase pour donner la phosphorylase kinase non phosphorylée. Lʼenzyme principale qui agit sur ces deux enzymes : phosphorylase et phosphorylase kinase, sʼappelle la protéine phosphatase, ou plutôt phosphoprotéine phosphatase (), qui est capable dʼenlever les groupements phosphoryles de la phosphorylase et de la phosphorylase kinase. Lʼactivité de la protéine phosphatase dépend dʼune cascade de réactions médiée par lʼinsuline. Insuline a une action inverse du glucagon : Quand le taux de glucose dans le sang sʼélève, lʻinsuline va être sécrétée, elle va se fixer sur son récepteur. Récepteur de type à activité Tyr kinase comporte 2 chaînes alphaqui sont les sites de fixation de lʼinsuline. Comporte aussi 2 chaîne Beta-transmembranaires. Quand lʼinsuline se fixe sur son récepteur, on a une autophosphorylation du récepteur au niveau de ses chaînes Beta, du fait de cette activité Tyr kinase. n a alors possibilité dʼancrage de protéines qui vont être recrutées : la protéine principale est la protéine IRS- (insuline receptor substrate de type ), qui va être phosphorylée et impliquée ensuite dans la médiation des effets insuliniques, notamment la phosphatidyl-inositol-3-kinase (I3- kinase). Cette I3-K va être capable de phosphoryler le phosphatidyl-inositol-biphosphate(i2) en phosphatidyl-inositol-3- (I3). Ce I3 est capable dʼactiver une protéine kinase, appelée DK, qui est capable de phosphoryler la KB (protéine kinase de type B) en KB phosphorylée. Cascade longue et complexe. Fixation de lʼinsuline activation dʼune voie de phosphorylation en cascade de protéines pour finalement phosphoryler la KB dépendante de la transduction du signal de lʼinsuline. KB active est capable de phosphoryler la protéine phosphatase de type, la rend active, la phosphorylée est active. Du fait de son action, la va phosphataser la phosphorylase kinase active en la rendant inactive. Résultat : inhibition de la dégradation du glycogène.

10 Signal cohérent : sécrétion dʼinsuline quand la glycémie sʼélève, il faut donc bloquer la dégradation du glycogène dont la fonction est de produire des glucides. Lors de la synthèse du glycogène : la phosphatase agit aussi sur la glycogène synthase en stimulant la synthèse du glycogène. rincipe : deux voies ne sont jamais actives en même temps, soit on synthétise du glycogène, soit on dégrade le glycogène. Il y aurait un non-sens métabolique à faire fonctionner les deux voies en même temps. Cʼest par ce biais des cascades de phosphatases quʼon a soit lʼactivation de la dégradation, soit lʼinhibition de la dégradation ou soit lʼinhibition de la synthèse du glycogène. Insuline Récepteur ( ) 2 I2 I3 IRS- + I3-K + DK KB KB IRS- hosphorylation enzymatique Réponse métabolique Activation de la voie de la protéine kinase B par l'insuline insuline Récepteur rotéine kinase B ou KB KB active rotéine phosphatase ou active hosphorylase kinase inactive hosphorylase kinase active Inhibition de la dégradation du glycogène [ agit sur la glycogène synthase: stimulation de la synthèse du glycogène] Au total : - Lʼadrénaline au niveau du muscle (++++) et au niveau du foie, et le glucagon spécifiquement au niveau du foie entraînent la phosphorylation de la phosphorylase, donc dégradation du glycogène, glycogénolyse. - Insuline entraîne la déphosphorylation de la phosphorylase kinase et de la phosphorylase. Blocage de la dégradation du glycogène. => Lʼaction hormonale permet dʼorienter soit vers la synthèse, soit vers la dégradation du glycogène.