BIO / PHY - ADAPTATION METABOLIQUE ET REGULATION DE LA GLYCEMIE - MODULE 19

Question 1

Définir la glycémie et donner son taux plasmatique normal en mmol/L et en g/L

Answer 1

La glycémie est le taux de glucose présent dans le plasma. Sa valeur normale chez l’homme oscille autour d’une valeur moyenne de 1 g/l, soit environ 5,5 mmol/l

Question 2

Citer les 3 origines du glucose plasmatique

Answer 2

• Du glucose alimentaire
• Des réserves mobilisables de glucose sous la forme de glycogène : la glycogénolyse hépatique
  libère du glucose dans le plasma et participe donc à la régulation de la glycémie
• De la néoglucogenèse qui utilise des molécules non glucidiques (acides aminés glucoformateurs,
  lactate, glycérol) pour synthétiser du glucose.

Question 3

Identifier les différents GLUT

Answer 3

GLUT 1, 2, 3, 4

Question 4

Citer la localisation des GLUT 4 puis préciser leur fonctionnement

Answer 4

Localisation : Tissu adipeux – muscles striés – Coeur

Leur fonctionnement est régulé par l’insuline : en présence d’insuline, les vésicules contenant des GLUT4 fusionnent avec la membrane cellulaire, ce qui permet aux GLUT4 de transporter le glucose depuis le sang vers l’intérieur de la cellule, contribuant ainsi à abaisser la glycémie.

Question 5

Citer la localisation des GLUT 2 puis justifier la faible affinité des GLUT2 hépatiques

Answer 5

Localisation : Foie – pancréas

La faible affinité des GLUT2 hépatiques permet une entrée efficace du glucose dans les hépatocytes après les repas pour la glycolyse et le stockage. Cette faible affinité facilite également la libération du glucose dans le sang lorsque sa concentration diminue, maintenant ainsi l’équilibre glycémique.

Question 6

Justifier la non insulinodépendance des GLUT 1 et 3 présents dans le cerveau et les globules rouges

Answer 6

Les GLUT1 et GLUT3, présents respectivement dans le cerveau et les globules rouges, ne nécessitent pas d’insuline pour transporter le glucose à travers la membrane cellulaire. Leur fonctionnement est caractérisé par une activité constante, assurant un approvisionnement continu en glucose dans des tissus critiques comme le cerveau et les globules rouges, où une régulation stricte de la disponibilité en glucose est essentielle pour leur fonctionnement métabolique.

Question 7

Présenter le contrôle endocrinien de la glycémie en phase postprandiale

Answer 7

En période postprandiale, la glycémie augmente, ce qui entraîne une augmentation de la sécrétion
d’insuline, provoquant ensuite une baisse de la glycémi

L’insuline favorise donc :
§ La pénétration cellulaire du glucose
§ Son utilisation métabolique
§ Sa mise en réserve sous forme de glycogène puis de TG s’il y a un excès d’apport/besoins.

Question 8

Identifier les voies métaboliques mises en jeu, les organiser au sein d’un schéma de synthèse avec les principaux organes et intermédiaires métaboliques impliqués

Answer 8

L’insuline, sécrétée après les repas, agit :
§ Au niveau du muscle pour activer la mise en réserve du glucose sous forme de glycogène, par la glycogénogenèse ou sa dégradation par la glycolyse
§ Au niveau du foie pour activer également la glycogénogenèse
§ Au niveau du foie pour activer la mise en réserve du glucose en excès sous forme d’acides gras puis de triglycérides (lipogenèse), qui seront ensuite exportés sous forme de VLDL
§ Au niveau du tissu adipeux pour activer la transformation du glucose en glycérol 3P, puis la synthèse et la mise en réserve de triglycérides (lipogenèse)
Le principal organe capable de mettre en réserve le glucose est le foie, qui joue le rôle de tampon glycémique.

Question 9

Présenter le contrôle endocrinien de la glycémie en phase de jeûne

Answer 9

La diminution de la glycémie induit un mécanisme endocrinien qui a pour effet la sécrétion de glucagon
par le pancréas.
Le glucagon agit en augmentant le taux intracellulaire d’AMPc
Lorsque la glycémie passe en dessous de sa valeur normale, la sécrétion de glucagon est activée et permet une hausse de la glycémie

Question 10

Identifier les voies métaboliques mises en jeu, les organiser au sein d’un schéma de synthèse
avec les principaux organes et intermédiaires métaboliques impliqués

Answer 10

Le glucagon sécrété au cours du jeûne, agit :
§ Au niveau du foie pour activer la glycogénolyse puis la néoglucogenèse
§ Au niveau du tissu adipeux pour activer la lipolyse (activation de la lipase
hormonosensible), ce qui permet de libérer des acides gras aux tissus non glucodépendants,
et du glycérol qui pourra participer à la néoglucogenèse hépatique.

Question 11

Citer les hormones hyperglycémiantes, leur origine, leur mode d’action cellulaire et les effets
d’une augmentation de leur concentration plasmatique
ADRENALINE

Answer 11

Adrénaline
Origine : glandes médullosurrénales, en réponse à des influx nerveux sympathiques.
Effets sur la glycémie : hyperglycémiante
MODE D’ACTION :
Fixation récepteur membranaire spécifique ⟶
activation protéine G ⟶ activation adénylate cyclase
⟶ AMPc (second messager) ⟶activation protéine kinase

Actions métaboliques :
§ Agit au niveau du muscle pour activer la glycogénolyse musculaire → libération de glucose
utilisé comme substrat énergétique dans le muscle
§ Agit aussi sur le tissu adipeux pour activer la lipolyse avec le même objectif que le glucagon
§ Agit au niveau du foie pour activer la glycogénolyse hépatique et la néoglucogenèse →
production de glucose plasmatique
§ Inhibe la lipogenèse et la glycogénogenèse, son action est antagoniste à celle de l’insuline.

Question 12

Citer les hormones hyperglycémiantes, leur origine, leur mode d’action cellulaire et les effets
d’une augmentation de leur concentration plasmatique
CORTISOL

Answer 12

Cortisol
Origine : glandes corticosurrénales.
Effets sur la glycémie : hyperglycémiante.
Le cortisol est sécrété en cas de stress prolongé, sous le contrôle de l’axe hypothalamo-hypophysaire
MODE D’ACTION :
Traversent librement membrane plasmique ⟶
liaison récepteurs spécifiques intracellulaires ⟶
noyau ⟶ transcription gène codant pour protéine ⟶
formation ARNm ⟶ traduction dans ribosomes ⟶ synthèse
protéine

Actions métaboliques :
§ Active la transcription des gènes codant pour les enzymes de la néoglucogenèse
§ Augmente le catabolisme des protéines → protéolyse musculaire → les acides aminés
glucoformateurs libérés sont transportés vers le foie, qui les utilise comme substrats pour la
néoglucogenèse.

Question 13

Citer les hormones hyperglycémiantes, leur origine, leur mode d’action cellulaire et les effets
d’une augmentation de leur concentration plasmatique
HG
Thyroidienne T3/4

Answer 13

Hormone de croissance GH
Origine : adénohypophyse.
Effet sur la glycémie : globalement hyperglycémiante
MODE D’ACTION : Fixation récepteur membranaire spécifique ⟶ activation protéine G ⟶
activation adénylate cyclase ⟶ AMPc (second messager) ⟶ activation protéine kinase
⟶ phosphorylation enzymes clés des voies métaboliques ⟶ exocytose ⟶ translocation de
transporteurs membranaires

Hormones thyroïdiennes T3/T4
Origine : glande thyroïde.
Effet sur la glycémie : hyperglycémiante
MODE D’ACTION :
Fixation récepteur membranaire spécifique ⟶
activation protéine G ⟶ activation adénylate cyclase
⟶ AMPc (second messager) ⟶activation protéine kinase

Actions métaboliques :
§ Synthèse des récepteurs membranaires spécifiques pour l’adrénaline et le glucagon
§ Activation de la glycogénolyse et de la néoglucogenèse.

Question 14

Présenter le rôle de l’insuline sur le tissu adipeux / le foie /le muscle

Answer 14

§ Au niveau du muscle pour activer la mise en réserve du glucose sous forme de glycogène, par la
glycogénogenèse ou sa dégradation par la glycolyse
§ Au niveau du foie pour activer également la glycogénogenèse
§ Au niveau du foie pour activer la mise en réserve du glucose en excès sous forme d’acides gras
puis de triglycérides (lipogenèse), qui seront ensuite exportés sous forme de VLDL
§ Au niveau du tissu adipeux pour activer la transformation du glucose en glycérol 3P, puis la
synthèse et la mise en réserve de triglycérides (lipogenèse)
Le principal organe capable de mettre en réserve le glucose est le foie, qui joue le rôle de tampon
glycémique.

Question 15

Définir le jeûne

Answer 15

Le jeûne est la privation, volontaire ou non, de nourriture, accompagnée ou pas d’une privation de
boisson

Question 16

Citer les origines des réserves énergétiques de l’organisme et leur importance relative

Answer 16

• L’essentiel des réserves énergétiques est constitué par les triglycérides du tissu adipeux
• La seconde réserve énergétique de l’organisme est représentée par la masse maigre, les protéines
  musculaires. Cependant un maximum de 50% de ces réserves peut être utilisé pour produire de
  l’énergie
• On dispose également de réserves glucidiques, le glycogène, au niveau du foie et des muscles
  squelettiques. Cependant, le glycogène musculaire est uniquement disponible pour le muscle.

Question 17

Présenter les 2 objectifs de l’organisme lors de l’adaptation au jeûne

Answer 17

• Un niveau minimum de glucose plasmatique pour les cellules glucodépendantes
• Un stock protéique tissulaire à un niveau compatible avec la vie.

Question 18

Présenter les adaptations métaboliques au jeûne des différents organes

Answer 18

Au cours du jeûne nocturne, le maintien de la glycémie à un niveau constant est assuré par la production hépatique de glucose : glycogénolyse + néoglucogenèse

La néoglucogenèse est maximale après 48h de jeune, elle va alors assurer seule la production de glucose.

La néoglucogenèse va diminuer après 15 jours de jeûne. La lipolyse adipocytaire, cétogenèse hépatique et insulinorésistance va prendre le relai.

Question 19

Différencier jeûne long et jeûne court au niveau métabolique

Answer 19

Jeune court : glycogénolyse + néoglucogenèse
Jeune long : lipolyse adipocytaire, cétogenèse hépatique et insulinorésistance

Question 20

Identifier les flux de glucose lors du jeûne

Answer 20

GLUCOSE :
*La glycogénolyse hépatique est déclenchée par la diminution de l’insulinémie et l’augmentation du
taux de glucagon (renforcée par les autres hormones hyperglycémiantes) ; elle apporte la plus grande
quantité de glucose (75%).
* La néoglucogenèse apporte une quantité moins importante de glucose durant la nuit (25%).
PUIS
*La lipolyse adipocytaire → libère des acides gras utilisés comme substrats énergétiques par toutes
les cellules capables de les oxyder, cela préserve le glucose pour les cellules glucodépendantes
strictes
* La cétogenèse hépatique → le cerveau s’adapte en utilisant les corps cétoniques comme substrats
énergétiques à la place du glucose habituel
* L’insulinorésistance en raison de l’augmentation plasmatique des AGNE

Question 21

Identifier les flux de lipides lors du jeûne

Answer 21

LIPIDES :
Le tissu adipeux libère des AGNE et du glycérol, ce dernier étant un substrat de la néoglucogenèse

Dans le foie :
AGNE activés en acylCoA => β-oxydation
=> AcétylCoA
==> Corps cétoniques => Dans les tissus consommateurs : muscle, coeur, rein
==> Cycle de Krebs + phosphorylation oxydative => NRJ

Question 22

Identifier les flux d’acides aminés lors du jeûne

Answer 22

AA:
La protéolyse musculaire libère les différents AA, mais du fait de leur métabolisme intramusculaire, 80% des
AA libérés sont l’alanine et la glutamine, qui seront principalement orientés vers le foie pour être utilisés
comme substrats dans la néoglucogenèse.

Question 23

Identifier le rôle du rein dans l’adaptation de l’organisme lors du jeûne long

Answer 23

L’organisme s’adapte en transférant une partie de la néoglucogenèse hépatique aux
reins qui réalisent l’ammoniogénèse
→ le rein va produire du glucose à partir de la glutamine
→ en même temps il y aura libération de NH3 dans la lumière tubulaire rénale et synthèse
de novo de bicarbonates
→ les ions H+ sont neutralisés par l’ammoniac dans le tubule rénal sous forme d’ions
ammonium
→ le rein réalise un double effet, capital lors du jeûne prolongé → production de glucose
couplée avec la régulation de l’équilibre acido-basique

Question 24

Présenter les adaptations métaboliques des différents organes lors de la phase postprandiale

Answer 24

1. Foie :
   
   • Stockage du glucose : Le foie capte le glucose absorbé de l’intestin grêle après le repas et le stocke sous forme de glycogène pour une utilisation ultérieure.
   • Synthèse de glycogène : En période postprandiale, le foie synthétise activement du glycogène à partir du glucose absorbé, ce qui contribue à maintenir la glycémie stable entre les repas.
   • Lipogenèse : En présence d’un excès de glucose, le foie peut également convertir une partie de celui-ci en acides gras, favorisant ainsi la lipogenèse pour le stockage des graisses.
2. Muscles :
   
   • Stockage de glucose : Les muscles peuvent également stocker du glucose sous forme de glycogène, principalement pour une utilisation interne pendant l’exercice.
   • Absorption d’acides aminés : Les acides aminés absorbés pendant la digestion sont utilisés pour la synthèse des protéines musculaires, favorisant ainsi la croissance et la réparation musculaires.
3. Tissu adipeux :
   
   • Stockage des graisses : Le tissu adipeux capte les acides gras libérés par la digestion des lipides et les stocke sous forme de triglycérides pour une utilisation ultérieure en tant que source d’énergie.
   • Libération d’insuline : En réponse à l’augmentation de la glycémie et des acides gras circulants, le tissu adipeux peut libérer de l’insuline pour favoriser l’absorption du glucose par les cellules et inhiber la lipolyse.
4. Pancréas :
   
   • Sécrétion d’insuline : Le pancréas libère de l’insuline en réponse à l’élévation de la glycémie postprandiale, favorisant ainsi l’absorption du glucose par les cellules et la conversion du glucose en glycogène et en graisses.
5. Intestin grêle :
   
   • Absorption des nutriments : Pendant la phase postprandiale, l’intestin grêle absorbe les nutriments essentiels tels que les glucides, les lipides et les protéines pour les transporter vers le foie et d’autres tissus.

Question 25

Identifier les flux de glucose, lipides et acides aminés lors de la phase postprandiale

Answer 25

1. Glucose :
   
   • Après un repas, le glucose provenant des glucides alimentaires est absorbé dans le sang depuis le tube digestif.
   • Une partie du glucose est immédiatement utilisée comme source d’énergie par les cellules, principalement les cellules musculaires et les cellules graisseuses.
   • Le foie joue un rôle crucial dans la régulation du taux de glucose sanguin. Il absorbe le glucose en excès dans le sang et le stocke sous forme de glycogène.
   • Si les réserves de glycogène hépatique sont pleines, le foie peut convertir le glucose en acides gras, qui seront ensuite stockés dans les tissus adipeux sous forme de triglycérides.
2. Lipides :
   
   • Les lipides alimentaires sont digérés et absorbés dans l’intestin sous forme de triglycérides.
   • Après leur absorption, les triglycérides sont emballés dans des chylomicrons, qui sont libérés dans la circulation sanguine et transportent les lipides vers les tissus périphériques.
   • Les adipocytes (cellules graisseuses) stockent les triglycérides pour une utilisation ultérieure comme source d’énergie.
   • Dans les heures suivant le repas, les niveaux d’insuline élevés favorisent le stockage des triglycérides dans les adipocytes et inhibent la libération des acides gras par les tissus adipeux.
3. Acides aminés :
   
   • Les protéines alimentaires sont décomposées en acides aminés lors de la digestion et sont ensuite absorbées dans le sang depuis l’intestin grêle.
   • Les acides aminés circulent dans le sang et sont utilisés pour synthétiser de nouvelles protéines dans les tissus, tels que les muscles, la peau et les organes.
   • Si les niveaux d’acides aminés dépassent les besoins immédiats pour la synthèse protéique, ils peuvent être dégradés dans le foie et convertis en glucose ou en acides gras, selon les besoins énergétiques du corps.

Question 26

Montrer que le glucose, le pyruvate et l’Acétyl-CoA sont les principaux carrefours
métaboliques de l’organisme

Answer 26

Le glucose, le pyruvate et l’acétyl-CoA sont effectivement des molécules clés dans le métabolisme de l’organisme, agissant comme des carrefours métaboliques essentiels où plusieurs voies métaboliques convergent et divergent. Voici comment chacune de ces molécules joue un rôle central dans le métabolisme :

Glucose :

Le glucose est la principale source d’énergie pour de nombreuses cellules de l’organisme, en particulier les cellules du cerveau, des muscles et d’autres tissus.
Il est métabolisé par un processus appelé glycolyse, au cours duquel une molécule de glucose est dégradée en deux molécules de pyruvate, générant de l’ATP et des précurseurs métaboliques pour d’autres voies.
Le glucose peut également être converti en glycogène et stocké dans le foie et les muscles pour une utilisation ultérieure lors de besoins énergétiques accrus.
Pyruvate :

Le pyruvate est un produit intermédiaire central de la glycolyse, résultant de la dégradation du glucose.
Il peut être acheminé vers différentes voies métaboliques en fonction des conditions cellulaires :
En présence d’oxygène, le pyruvate entre dans le cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique) dans les mitochondries pour être oxydé en acétyl-CoA, produisant de l’ATP et des électrons pour la chaîne respiratoire.
En absence d’oxygène (anaérobiose), le pyruvate peut être converti en lactate pour régénérer le NAD+ nécessaire à la glycolyse, ou il peut être converti en éthanol chez certaines levures.
Acétyl-CoA :

L’acétyl-CoA est une molécule clé qui relie plusieurs voies métaboliques entre elles.
Il est produit à partir du pyruvate lors de la décarboxylation du pyruvate dans la mitochondrie lors du processus de transition entre la glycolyse et le cycle de Krebs.
L’acétyl-CoA est le substrat principal du cycle de Krebs, où il est oxydé pour produire du CO2, des électrons transportés par les coenzymes réduits (NADH et FADH2), et de l’ATP par phosphorylation oxydative.
En résumé, le glucose, le pyruvate et l’acétyl-CoA occupent des positions centrales dans le métabolisme de l’organisme, agissant comme des points de convergence et de divergence pour de nombreuses voies métaboliques. Ils sont essentiels à la production d’énergie, à la synthèse de composés métaboliques essentiels et à la régulation des équilibres énergétiques dans les cellules et les tissus.

Question 27

Faire des liens entre l’étude des organes en physiologie et leur orientation métabolique

Answer 27

En physiologie, l’étude des organes est intimement liée à leur orientation métabolique, c’est-à-dire à la façon dont ils utilisent et métabolisent les nutriments pour maintenir leurs fonctions. Voici quelques exemples de liens entre l’étude des organes et leur orientation métabolique :

Foie : Le foie est un organe central dans le métabolisme des glucides, des lipides et des protéines. Il régule la glycémie en stockant le glucose sous forme de glycogène ou en le libérant dans le sang en fonction des besoins. De plus, il synthétise et métabolise les lipides, les protéines et les acides aminés, et il est impliqué dans la détoxification des substances nocives.

Muscle : Les muscles sont des tissus très actifs sur le plan métabolique, car ils consomment de grandes quantités d’énergie pour soutenir les contractions musculaires. Pendant l’exercice, les muscles utilisent principalement le glucose et les acides gras comme sources d’énergie, et ils peuvent également métaboliser les protéines pour fournir de l’énergie en cas de besoin.

Cerveau : Le cerveau dépend principalement du glucose comme source d’énergie, car il ne peut pas stocker de glucose sous forme de glycogène. Il utilise le glucose pour soutenir ses fonctions cognitives et neurologiques essentielles. En cas de jeûne prolongé ou de restriction glucidique, le cerveau peut utiliser des corps cétoniques produits par le foie comme source alternative d’énergie.

Adipocytes : Les cellules adipeuses, ou adipocytes, sont spécialisées dans le stockage des lipides sous forme de triglycérides. Elles jouent un rôle crucial dans le métabolisme des graisses en stockant et en libérant des acides gras en fonction des besoins énergétiques de l’organisme. En outre, les adipocytes sécrètent des hormones telles que la leptine et l’adiponectine, qui régulent le métabolisme énergétique et la balance énergétique globale.

En résumé, l’étude des organes en physiologie nous permet de comprendre comment ils interagissent avec les nutriments et les substrats énergétiques pour maintenir l’homéostasie et soutenir les fonctions vitales de l’organisme. Chaque organe présente une orientation métabolique spécifique qui contribue à l’équilibre global du métabolisme.