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1 Glycémie et diabète I Les enzymes. Les glucides à grosses molécules des aliments sont transformés en glucose grâce à l'action d'enzymes digestives. Ils pourront ainsi franchir la paroi de l intestin pour passer dans le sang. Par exemple : hydrolyse de l amidon par une amylase Amidon n glucoses sites d action des amylases site d action de l amylase site d action de l amylase glucose H H H H H 1. Des catalyseurs biologiques. Les enzymes accélèrent les réactions chimiques sans être consommées elles-mêmes par la réaction qu elles accélèrent. Elles peuvent donc agir à faible concentration. Ce sont là les caractéristiques de catalyseurs tels qu ils sont définis en chimie. Les enzymes, protéines utilisées par les cellules vivantes, sont donc des catalyseurs biologiques. Elles permettent que les réactions nécessaires à la vie se fassent à des vitesses et dans des conditions compatibles avec le vivant. 2. L influence des conditions du milieu. Les enzymes rendent possibles les réactions dans les conditions du vivant. Page 1 sur 6

2 Activité (%) 100 Activité de l enzyme en fonction de la T et du ph. Activité (%) T optimale T ph optimal Chaque enzyme ne fonctionne que dans une gamme donnée de T et de ph ; Il existe une T et un ph auxquels son activité est optimale. Ces gammes sont généralement celles des milieux cellulaires mais pas uniquement. 3. La double spécificité. Une enzyme ne peut agir que sur un seul type de molécule. Elle sera inefficace sur une autre, même de structure très proche. n appelle la molécule sur laquelle agit l enzyme son substrat. n dit qu il y a spécificité de substrat. Une enzyme donnée ne peut catalyser qu un seul type de réaction chimique. n dit qu il y a spécificité d action..il y a une double spécificité des enzymes : spécificité de substrat et spécificité d action. Le nom de l enzyme permet de connaître cette double spécificité (en général) : Saccharase : hydrolase du saccharose. Glucose oxydase : oxyde le glucose. 4. Le complexe enzyme substrat. Il doit s établir un contact entre l enzyme et le substrat : c est la formation d un complexe enzyme-substrat. Action d'une enzyme ph Enzyme Substrat Complexe Enzyme-substrat Enzyme Produits Cette liaison s effectue dans une région particulière de l enzyme appelée le site actif, qui comprend : - un site de liaison au substrat, complémentaire par sa forme à celui-ci. - Un site catalytique, qui catalyse la réaction. Page 2 sur 6

3 complexe enzyme substrat Acides aminés catalytiques, réagissent avec le substrat pour le transformer en produits au niveau du site actif SUBSTRAT Liaisons faibles Liaisons faibles Acides aminés de reconnaissances, fixent le substrat au niveau du site actif Acides aminés de reconnaissances, fixent le substrat au niveau du site actif Pont disulfure entre acides aminés soufrés non contigus Liaison faible ENZYME Polypeptide constituant l enzyme Acides aminés ne faisant pas partie du site actif La structure tridimensionnelle de la protéine est donc primordiale pour sa fonction. Tout ce qui modifie la structure de l enzyme (Température et ph, un changement de séquence d a. a.) peut modifier l activité de l enzyme. II La régulation de la glycémie. La glycémie est la concentration sanguine de glucose, exprimé en g.l -1. Le glucose est consommé par les cellules lors de la respiration. Les cellules le prennent dans le sang. L organisme le tire de l alimentation après digestion La glycémie augmente après les repas et diminue pendant un effort physique, mais elle revient toujours autours de 1 g.l -1 + ou 0,2 g/l. C est un paramètre de l homéostasie, qui est le maintien des paramètres sanguins à des valeurs constantes. Lorsque le taux sanguin est sous cette valeur, on parle d hypoglycémie. Au-dessus, on parle d hyperglycémie. Il existe une régulation de la glycémie. Problème : Comment la glycémie est-elle régulée? 1. Le rôle du foie. Le foie est l organe principal de réserve du glucose. C est lui qui va réaliser des échanges de glucose avec le sang. Son irrigation particulière par un système porte hépatique fait qu il reçoit directement le sang venu des intestins, donc le glucose issu de la digestion. Un système porte désigne, en anatomie, une partie d'un système circulatoire sanguin qui relie deux réseaux capillaires de même type. Ici la veine porte hépatique se situe entre un réseau capillaire dans la paroi de l intestin et un réseau de capillaires dans le foie. Page 3 sur 6

4 Système porte hépatique vers le cœur Veine sus-hépatique foie intestin Veine porte Artère intestinale C est sous forme de granules de glycogène que le glucose est mis en réserve dans les cellules du foie : les hépatocytes. Cellules de foie de lapin (x 1000, objectif à immersion ; zoom numérique x 2 ; coloration par le lugol) source : site SNV Jussieu Le glycogène est un polymère de glucose, ce qui permet un gain de place. 2. D autres organes de réserve. n trouve aussi du glycogène dans les muscles mais cette réserve n est consommée que par le muscle lui-même et ne peut-être restituée au sang. L autre forme de réserve du glucose est le tissu adipeux, sous forme de triglycérides. Ce tissu peut participer à la régulation de la glycémie, mais de façon moins rapide que le foie. 3. Le rôle du pancréas. Le pancréas est une glande double. Les acini pancréatiques sécrètent les enzymes du suc digestif. Le pancréas est donc une glande exocrine : ses produits sont libérés dans le milieu extérieur. Les îlots de Langerhans organisés autour de capillaires sanguins produisent des hormones qui interviennent dans la régulation de la glycémie. Page 4 sur 6

5 îlot de Langerhans et acini Acinus pancréatique Ilot de Langerhans Vaisseau sanguin Une hormone est une substance sécrétée par une glande, transportée en général par le sang, vers des cellules cibles qui lui sont spécifiquement sensibles car elles possèdent un récepteur spécifique de l hormone. cellule endocrine vaisseau sanguin hormone récepteur spécifique cellule cible réponse cellulaire d amplitude variable Le pancréas est donc aussi une glande endocrine : ses produits sont libérés dans le sang. Deux types de cellules coexistent dans les îlots de Langherans : n peut définir - Les cellules β au cœur de l îlot. Elles sécrètent l insuline, hormone peptidique qui fait baisser la glycémie. n dit qu elle est hypoglycémiante. Elle est produite lorsque la glycémie augmente. L insuline va agir sur le foie, les muscles et le tissu adipeux. Elle va favoriser l entrée et la consommation ou la mise en réserve du glucose (synthèse de glycogène, de triglycérides) en activant certaines enzymes (la glycogène synthétase). - Les cellules α en périphérie de l îlot. Elles sécrètent le glucagon, hormone peptidique qui augmente la glycémie. Elle est dite hyperglycémiante. Elle est produite lorsque la glycémie diminue. Le glucagon agit essentiellement sur le foie (d autres hormones hyperglycémiantes existent) pour faire dégrader le glycogène en activant la glycogène phosphorylase.. Les cellules α et β sont donc des senseurs de la glycémie. Le codage se fait par la quantité d hormone émise. n a ici un système qui se régule lui-même. - Système réglé : la glycémie, avec une valeur de consigne de 1 g.l-1. - Système réglant, qui comporte Des senseurs qui détectent les écarts par rapport à la valeur de consigne. Un système de commande. Des effecteurs qui agissent sur la valeur de consigne pour corriger les écarts. Page 5 sur 6

6 III Les diabètes Il existe des personnes chez qui la glycémie est différente de 1 g.l -1. Dans le cas des diabétiques, la glycémie à jeûne est supérieure à 1,26 g.l -1. Il existe deux types de diabètes. 1. Le diabète de type 1 - Les diabètes de type 1, ou insulino-dépendant : ils correspondent à une déficience ou une absence de sécrétion d insuline, liée à une destruction des îlots de Langerhans par le système immunitaire. Ces diabètes interviennent chez des sujets jeunes (vers 12 ans), maigres. Le malade doit s injecter régulièrement de l insuline. 2. Le diabète de type 2 Les diabètes de type 2, ou non insulino-dépendants : l insuline est sécrétée par les îlots de Langherans mais ne provoque plus de réaction de l effecteur. Il y a une résistance à l insuline. Le pancréas commence par sécréter davantage d insuline puis la production baisse. Ces diabètes interviennent chez des sujets âgés, présentant généralement un surpoids. n peut considérer le diabète comme un phénotype alternatif. Deux influences concourent à sa réalisation. a. La part du génotype. Les études familiales montrent que le diabète a une composante génétique. Toutefois le génotype ne le détermine pas à 100%. Des allèles de certains gènes augmentent le risque d avoir la maladie : ce sont des gènes de prédisposition. Certains de ces gènes commencent à être connus, par exemple certains allèles du système HLA pour les diabètes de type 1. Le diabète insulinodépendant (type I) Parmi toutes les familles recensées qui présentent un DID, on estime à 10% seulement celles qui transmettent le diabète de façon héréditaire "classique". Les autres formes sont considérées comme consécutives aux facteurs psychosomatiques et/ou environnementaux. Mais depuis quelques années, les chercheurs des nombreuses équipes qui travaillent sur l'influence des gènes sur les diabètes, ont montré qu'il existe au moins une quinzaine de gènes dits "de susceptibilité" du DID. Chromosome concerné Gène Rôle normal du gène Action probable du gène muté 6p21 bras court du chromosome 21 11p15 bras court du chromosome 11 Chromosome concerné HLA ou du CMH de l'insuline CTLA4 Le diabète non insulinodépendant (type II) 17 glucagon Découvert par le Pr. Jean Dausset, le système HLA (Human Leucocyte Antigen) ou CMH (Complexe Majeur d'histocompatibilité) est un ensemble de protéines codées par plusieurs gènes DR ET DQ. Le gène de l'insuline présente une région appelée "promotrice" qui a pour rôle de réguler la production de l'insuline par le reste du gène. La protéine CTLA4 est impliquée dans le système immunitaire. Plusieurs diabétiques présentent les gènes DR3 ou DR4. Les mécanismes ne sont pas encore élucidés. Certains diabétiques de type I présentent des mutations de la région promotrice du gène de l'insuline. Sa déficience (gène muté) pourrait intervenir dans la destruction des îlots de Langerhans. Gène Rôle normal du gène Action probable du gène muté HNF- 4alpha glucokinase HNF- 1alpha IPF-1alpha HNF-1bêta Production du glucagon, hormone hyperglycémiante. Ses récepteurs sont sur les membranes des cellules des îlots de Langerhans, des cellules musculaires et adipeuses. Le glucagon régule la sécrétion de l'insuline. La glucokinase permet aux cellules hépatiques de capter le glucose et aux cellules pancréatiques de sécréter l'insuline. Diabète "MDY" qui touche des sujets jeunes. 5 gènes sont impliqués : MDY 1 : HNF-4alpha, MDY 2 : glucokinase, MDY 3 : HNF-1alpha, MDY 4 : IPF-1 et MDY 5 : HNF-1bêta. b. La part de l environnement. L environnement joue un rôle important en particulier pour les diabètes de type 2, avec l alimentation et le manque d exercice. (exemple des Indiens Pimas). Rechercher la présence de certains allèles permet de définir un certain risque, sur lequel on peut agir via l environnement. C est le but de la médecine prédictive. Page 6 sur 6

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