Cours 4 - Métabolisme du glycogène

Question 1

Sous quelle forme est stocké le glucose chez les plantes?

Answer 1

Sous forme d’amidon.

L’amidon est composé d’un mélange d’amylose et d’amylopectine. L’amylose est formé de liens alpha(1-4), sans ramifications, tandis que l’amylopectine possède des ramifications alpha(1-6).

Question 2

Chez les animaux, le glucose est stocké sous forme de glycogène. Quelle est la différence avec l’amylopectine de l’amidon?

Answer 2

Le glucose a la même structure que l’amylopectine, mais ses ramifications alpha(1-6) sont beaucoup plus nombreuses.

Question 3

Quel est le rôle des ramifications dans le glycogène?

Answer 3

Permettre la dégradation rapide du glycogène grâce au départ simultané d’unités de glucose depuis l’extrémité non-réductrice.

Question 4

Sous quelle forme se trouve le glycogène dans les cellules?

Answer 4

Sous forme de granules cytoplasmiques.

Question 5

Que contiennent les granules de glycogène?

Answer 5

1. Plusieurs milliers unités de glucose
2. Les enzymes qui catalysent la synthèse et la dégradation du glycogène
3. Certaines enzymes qui régulent ces processus

Question 6

Même s’ils sont plus abondants que le glycogène, les lipides ne peuvent pas être utilisés comme réserve énergétique. Pourquoi?

Answer 6

1. Les muscles ne peuvent pas mobiliser les lipides aussi rapidement que le glycogène.
2. Les résidus d’acides gras des graisses ne peuvent pas être métabolisés en conditions anaérobiques, contrairement au glycogène.
3. Les animaux ne peuvent pas directement convertir les acides gras en glucose. Ces derniers sont plutôt bêta-oxydés et transformés en acétyl-CoA.

Question 7

Dans les muscles, pour quelle raison le glycogène est-il dégradé?

Answer 7

Pour fournir de l’ATP.

La transformation du glycogène en G6P permet à cet intermédiaire de rejoindre la voie glycolytique et ainsi produire de l’ATP.

Question 8

Dans le foie, pour quelle raison le glycogène est-il dégradé?

Answer 8

Pour fournir du glucose (hypoglycémie).

La transformation du glycogène en G6P, puis en résidus de glucose (grâce à son hydrolyse par la glucose-6-phosphatase uniquement présente dans foie et reins) permet de libérer le glucose dans la circulation sanguine et ainsi augmenter la glycémie.

Question 9

Quelle est la première enzyme impliquée dans la dégradation du glycogène?

Answer 9

La glycogène phosphorylase (ou phosphorylase).

Question 10

Quel est le rôle de la glycogène phosphorylase?

Answer 10

Libérer les unités de glucose (en les phosphorylant, formant des unités de G1P) se trouvant à au moins 5 unités d’un point de branchement.

Question 11

Vrai ou faux?

La phosphorylase utilise l’ATP pour phosphoryler les unités de glucose du glycogène.

Answer 11

Faux. Elle utilise le phosphate inorganique (Pi).

La réaction qu’elle catalyse est :
Glycogène (n résidus) + Pi ⇌ Glycogène (n-1 résidus) + G1P.

Question 12

Quelle est la deuxième enzyme impliquée dans la dégradation du glycogène?

Answer 12

L’enzyme débranchante.

Question 13

Quel est le rôle de l’enzyme débranchante?

Answer 13

Enlever les ramifications restantes de 4 résidus pour que l’action de la glycogène phosphorylase soit complète.

Question 14

Comment procède l’enzyme débranchante pour enlever les ramifications du glycogène? (2 étapes)

Answer 14

1. Elle transfère 3 unités de glucose du point de branchement vers l’extrémité non-réductrice. Pour ce faire, elle rompt les liaisons alpha(1-4) entre les unités de glucose de la ramification, puis les reforme à la suite de la chaîne de l’extrémité non-réductrice, où les résidus pourront être phosphorylés par la phosphorylase (G1P). L’activité transférase de l’enzyme débranchante lui permet cette action.
2. Elle libère la dernière unité de glucose restante en rompant la liaison alpha(1-6). Comme la rupture de cette liaison ne fournit pas assez d’énergie pour reformer une liaison alpha(1-4) à la suite de la chaîne, l’unité de glucose est libérée sous forme libre (hydrolysée). L’activité glycosidase de l’enzyme débranchante lui permet cette action.

Question 15

Vrai ou faux?

Dans le muscle, tous les résidus du glycogène sont dégradés pour former des unités de glucose.

Answer 15

Faux.

Dans le muscle, seulement 8% des unités du glycogène sont transformés en glucose (action de l’enzyme débranchante ne permet pas la liaison du dernier glucose d’une ramification de se lier à la chaîne linéaire qui sera dégradée).

92% des résidus de glucose sont transformés en G1P par la glycogène phosphorylase, puis en G6P par la phosphoglucomutase. Cet intermédiaire sera intégré à la voie glycolytique pour créer de l’ATP.

Question 16

Vrai ou faux?

Dans le foie, tous les résidus du glycogène vont former des unités de glucose.

Answer 16

Vrai.

8% des résidus sont déjà transformés en glucose par l’action de l’enzyme débranchante.

Dans le foie, les 92% restants, transformés en G1P par la phosphorylase puis en G6P par la phosphoglucomutase, seront transformés en glucose par la glucose-6-phosphatase.

Question 17

Quelle est la troisième enzyme impliquée dans la dégradation du glycogène?

Answer 17

La phosphoglucomutase.

Question 18

Quel est le rôle de la phosphoglucomutase?

Answer 18

Convertir le G1P en G6P.

Question 19

Comment fonctionne la phosphoglucomutase pour assurer la conversion du G1P en G6P?

Answer 19

1. Elle phosphoryle le glucose-6-phosphate (G6P) en C1
2. Ce qui forme le glucose-1,6-biphosphate (G1, 6P)
3. Le (G1, 6P) phosphoryle à son tour l’enzyme pour se débarrasser de son phosphate en C6, formant le G6P

Question 20

Par quoi est régulée l’action de la glycogène phosphorylase? (2)

Answer 20

1. Interactions allostériques

2. Modifications covalentes

Question 21

Quels sont les inhibiteurs allostériques de la phosphorylase? (3)

Answer 21

L’ATP, le G6P et le glucose.

En effet, ces trois molécules sont produites grâce à l’action de la phosphorylase (dégradation du glycogène). Ainsi, une augmentation de leur concentration poussera la cellule à vouloir la diminuer, et donc à inhiber l’action de la phosphorylase.

Question 22

Quel est l’activateur allostérique de la phosphorylase?

Answer 22

L’AMP.

En effet, une forte concentration d’AMP signifie une faible concentration d’ATP et de G6P. Ainsi, le besoin d’ATP (pour muscles) et de G6P (pour intermédiaire ATP dans muscles et transformation en glucose en foie) pousse la cellule à vouloir augmenter sa dégradation de glycogène, et donc activer la phosphorylase.

Question 23

Quelles sont les deux formes que peut prendre la phosphorylase suite à des modifications covalentes? Qu’est-ce que les caractérise?

Answer 23

1. Phosphorylase a :
   Les deux sous-unités de la phosphorylase a sont phosphorylées. Ainsi, elle est toujours active.
2. Phosphorylase b :
   Les deux sous-unités de la phosphorylase b ne sont pas phosphorylées. Elle peut être activée (conformation R) ou inactivée (conformation T) par la variation de concentration d’ATP, G6P et AMP.

Question 24

Que contient la phosphorylase qui lui est indispensable pour son activité?

Answer 24

Du pyridoxal-5-phosphate (PLP), un dérivé de la vitamine B6.

Question 25

Vrai ou faux?

La vitesse maximale de l’enzyme débranchante est beaucoup plus élevée que celle de la phosphorylase.

Answer 25

Faux.

La vitesse maximale de l’enzyme débranchante est nettement inférieure à celle de la phosphorylase. Par conséquent, les branches les plus périphériques du glycogène sont dégradées beaucoup plus rapidement (par la phosphorylase, à au moins 5 résidus du point de branchement). Les branches plus au centre (50%) n’étant pas dégradées à la même vitesse (plus longtemps après), cela explique en partie pourquoi le muscle ne peut soutenir un effort maximum que pendant quelques secondes.

Question 26

Vrai ou faux?
Pour synthétiser le glycogène, il suffit de convertir le G1P en glycogène et Pi car ce processus est thermodynamiquement favorable.

Answer 26

Faux.

La conversion directe de G1P en glycogène et Pi est thermodynamiquement défavorable. En effet, la valeur ΔG de cette réaction est positive. C’est pourquoi il faut une étape exergonique supplémentaire pour permettre la synthèse du glycogène, soit la formation d’UDP-glucose, qui pourra fournir spontanément des unités de glucose à la chaîne grandissante.

Question 27

Pour démarrer la synthèse du glycogène, il faut du G1P. Comment ce dernier est-il formé? (3 étapes)

Answer 27

1. Le glucose entre dans les cellules via un transporteur de glucose.
2. Le glucose est converti en G6P par l’hexokinase (muscle) ou glucokinase (foie) (identique à première étape de la glycolyse).
3. Le G6P est transformé en G1P par la phosphoglucomutase.

Question 28

Quelle est la première enzyme impliquée dans la synthèse du glycogène?

Answer 28

L’UDP-glucose pyrophosphorylase.

Question 29

Quelle est la réaction catalysée par l’UDP-glucose pyrophosphorylase?

Answer 29

Catalyse la réaction entre le G1P et l’UTP pour former l’UDP-glucose :

G1P + UTP ⇌ UDPG PPi (ΔG=0)
H2O + PPi ⇌ 2Pi (ΔG négatif)
D’où G1P + UTP ⇌ UDPG + 2Pi (réaction exergonique)

Question 30

Quelle enzyme permet l’hydrolyse du PPi en 2Pi, étape nécessaire à la formation de l’UDP-glucose?

Answer 30

La pyrophosphatase inorganique.

Question 31

Quelle est la deuxième enzyme impliquée dans la synthèse du glycogène?

Answer 31

La glycogène synthase.

Question 32

Quel est le rôle de la glycogène synthase?

Answer 32

Transférer l’unité de glucose de l’UDP-glucose au groupement C4-OH d’une extrémité non-réductrice du glycogène, formant ainsi une liaison alpha(1-4).

Question 33

On sait que la glycogène synthase catalyse l’ajout d’unités de glucose (provenant de l’UDP-glucose) à la chaîne de glycogène croissante. Mais comment se lient ensemble les tout premiers résidus de la chaîne?

Answer 33

L’initiation de la synthèse du glycogène se fait grâce à la protéine glycogénine. Elle lie un premier résidu de glucose libre, puis catalyse l’ajout de plusieurs autres provenant de l’UDP-glucose (jusqu’à 7). Cette amorce permet ensuite à la glycogène synthase d’ajouter les prochains résidus (fournis par l’UDP-glucose) et ainsi d’allonger la chaîne du glycogène.

Question 34

Vrai ou faux?
Pour chaque molécule de G1P incorporée dans le glycogène (synthèse) puis regénérée (dégradation), une molécule de UTP est hydrolysée en UDP et Pi.

Answer 34

Vrai.

Cela dit, le cycle du glycogène n’est pas une machine à mouvement perpétuel.

Question 35

On sait que l’UDP-glucose est formé à partir de G1P et d’UTP. Comment est régénéré l’UTP consommé?

Answer 35

Par le transfert d’un groupement phosphate de l’ATP à l’UDP par la nucléoside diphosphate kinase :

UDP + ATP ⇌ UTP + ADP

Question 36

Quelle est la troisième enzyme impliquée dans la synthèse du glycogène?

Answer 36

L’enzyme branchante, soit l’amylo-(1,4 1,6)-transglycosylase.

Question 37

Quel est le rôle de l’enzyme branchante?

Answer 37

Former les ramifications du glycogène par le transfert de segments de chaînes terminales contenant environ 7 résidus de glycolyse sur les groupements C6-OH de résidus de glucose de la même chaîne ou d’une autre, formant ainsi une liaison alpha(1-6).

Question 38

Quelle est la longueur minimale de la chaîne de laquelle peut être transféré un segment pour former une ramification?

Answer 38

11 résidus.

Question 39

À quelle distance minimale doivent se trouver les nouveaux points de branchement formés?

Answer 39

4 résidus.

Question 40

Concernant la régulation allostérique des enzymes phosphorylase et glycogène synthase, que provoque un besoin d’ATP?

Answer 40

Un besoin d’ATP se traduit par une faible concentration d’ATP et de G6P ainsi qu’une concentration élevée de AMP.

Cela stimule la phosphorylase b qui passe de la forme inactive à la forme active, et inhibe la glycogène synthase.

La dégradation de glycogène est donc augmentée.

Question 41

Concernant la régulation allostérique des enzymes phosphorylase et glycogène synthase, que provoque une quantité trop élevée de glucose dans le sang?

Answer 41

Une quantité trop élevée de glucose dans le sang se traduit par une faible concentration d’AMP et de fortes concentrations d’ATP et de G6P.

Cela inhibe la phosphorylase b qui passe de la forme active à la forme inactive, et stimule la glycogène synthase.

La synthèse de glycogène est donc augmentée.

Question 42

Concernant la régulation par phosphorylation de la glycogène phosphorylase, quelle est la première enzyme à jouer un rôle important? Quel est son rôle?

Answer 42

La phosphorylase kinase.

Elle phosphoryle les 2 sous-unités de la phosphorylase b, qui devient alors la phosphorylase a.

Question 43

Concernant la régulation par phosphorylation de la glycogène phosphorylase, quelle est la deuxième enzyme à jouer un rôle important? Quel est son rôle?

Answer 43

La protéine kinase A (PKA).

Elle phosphoryle et active la phosphorylase kinase.

Question 44

Concernant la régulation par phosphorylation de la glycogène phosphorylase, quelle est la troisième enzyme à jouer un rôle important? Quel est son rôle?

Answer 44

La phosphoprotéine phosphatase-1 (PP1).

Elle déphosphoryle et inactive la phosphorylase a et la phosphorylase kinase.

Question 45

Vrai ou faux?

Les sous-unités alpha et bêta de la phosphorylase kinase sont activatrices lorsque phosphorylées.

Answer 45

Vrai.

Leur phosphorylation par la protéine kinase A (PKA) permet à la phosphorylase kinase de phosphorer la glycogène phosphorylase.

Question 46

Vrai ou faux?

La sous-unité delta de la phosphorylase kinase est une sous-unité activatrice activée en présence de calcium.

Answer 46

Faux.

La sous-unité delta de la phosphorylase kinase est plutôt une sous-unité INHIBITRICE qui est INACTIVÉE en présence de calcium. Elle a donc un effet inhibiteur en absence de calcium et un effet activateur en présence de calcium.

La liaison de calcium à cette sous-unité permet à la phosphorylase kinase de phosphorer la glycogène phosphorylase.

Question 47

Comment est activée la protéine kinase A (PKA)?

Answer 47

1. Signal hormonal
2. Activation de l’adénylate cyclase
3. Transformation de l’ATP en AMPc
4. Activation de la PKA par l’AMPc

Question 48

Le calcium peut activer la phosphorylase kinase. D’où provient-il? (2 sources)

Answer 48

1. Dans le muscle, le calcium est libéré de réserves intracellulaires en réponse à la contraction musculaire.
2. Dans le foie, le calcium est libéré suite à une stimulation hormonale.

Question 49

Que provoque la libération d’insuline?

Answer 49

Insuline → active PPI et dégrade AMPc → déphosphoryle phosphorylase kinase et glycogène phosphorylase → arrêt dégradation glycogène

Question 50

Que provoque la libération de glucagon?

Answer 50

Glucagon → active adénylate cyclase → augmentation AMPc → activation PKA → phosphorylation phosphorylase kinase → phosphorylation glycogène kinase → augmentation dégradation glycogène

Question 51

Que provoque la libération d’adrénaline?

Answer 51

Adrénaline → active mobilisation de calcium → active glycogène phosphorylase → augmentation dégradation glycogène

Question 52

Quelle enzyme est déficiente dans la glycogénose de type 1 (maladie de von Gierke)? Quel effet cela a-t-il?

Answer 52

La glucose-6-phosphatase.

Son absence provoque une accumulation de G6P, ce qui inhibe la glycogène phosphorylase et active la glycogène synthase.

Hypertrophie du foie et épisodes d’hypoglycémie.

Question 53

Quelle enzyme est déficiente dans la glycogénose de type 3 (maladie de Cori)? Quel effet cela a-t-il?

Answer 53

L’enzyme débranchante.

Son absence provoque une dégradation imparfaite du glycogène, et donc une accumulation de glycogène de structure anormale (chaînes externes très courtes).

Épisodes d’hypoglycémie.

Question 54

Quelle enzyme est déficiente dans la glycogénose de type 4 (maladie d’Anderson)? Quel effet cela a-t-il?

Answer 54

Enzyme branchante.

Son absence provoque la synthèse de glycogène de structure anormale (très longues chaînes), soit sous la forme d’amylose.

Disfonctionnement du foie (cirrhose).

Question 55

Qu’est-ce qui caractérise la glycogénose de type 0?

Answer 55

Une activité très faible de la glycogène synthase.

Cela provoque un manque de glycogène, et donc des épisodes d’hypoglycémie.