Métabolisme du glycogène Flashcards

1
Q

Vrai ou faux? Le glucose est une des principales sources énergétiques métaboliques, tellement que certains tissus musculaires prennent seulement le glucose.

A

Vrai.

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2
Q

Comment le glucose est-il stocké chez les plantes?

A

Chez les plantes, le glucose est stocké sous forme d’amidon, un mélange d’amylose (~30%, sans ramifications) et d’amylopectine (~70%, avec ramifications tous les 24 à 30 résidus).

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3
Q

Vrai ou faux? Les polysaccharides ne peuvent pas être rapidement dégradés en cas de besoin métabolique.

A

Faux. Les polysaccharides peuvent être rapidement dégradés en cas de besoin métabolique.

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4
Q

Quel est le polysaccharide de réserve chez les animaux?

A

Le glycogène.

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5
Q

Comment se forme un lien glycosidique?

A

Un alcool attaque le carbone anomérique d’un ose ce qui crée une liaison glycosidique ainsi que l’élimination d’une molécule d’eau.

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6
Q

Comment caractériser les liaisons à l’intérieur d’une molécule de glycogène?

A

Les liaisons entre les molécules de glucose sont des liaisons α (1->4) tandis que les liaisons qui lient les ramifications au reste de la chaîne sont de type α (1->6).

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7
Q

Pourquoi le glycogène possède des ramifications?

A

Parce que la structure très ramifiée du glycogène permet sa dégradation rapide grâce au départ simultané d’unités de glucose depuis l’extrémité de chaque ramification.

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8
Q

Le glycogène se trouve sous quelle forme?

A

Le glycogène se trouve sous forme de granules cytoplasmiques de 100 à 400 A de diamètre.

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9
Q

Les granules de glycogène sont-elles visibles en microscopie? Si oui, quelles sont les caractéristiques?

A

Les granules sont visibles en microscopie éléctronique dans les cellules qui ont le plus besoin de glycogène:
les cellules musculaires (~1-2% de glycogène en poids) et les cellules hépatiques (~10% de glycogène en poids).

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10
Q

Qu’est-ce que chaque granule de glycogène contient?

A

Elles peuvent contenir jusqu’à 120 000 unités de glucose.
Elles contiennent aussi les enzymes qui catalysent sa synthèse et sa dégradation ainsi que certaines enzymes qui régulent ces processus.

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11
Q

Quelle est la réserve énergétique que le glycogène fournit? Que se passe-t-il lorsqu’on a épuisé cette réserve?

A

Le glycogène fournit une réserve énergétique d’environ 12 heures.

Lorsque cette réserve est épuisée, le foie fait de la glucogénèse à partir des acides aminés (perte de poids par masse musculaire).

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12
Q

Vrai ou faux? Les enzymes qui catalysent la synthèse et la dégradation du glycogène peuvent fonctionner en même temps.

A

Faux. Elles ne peuvent pas, car cela serait une trop grande perte d’énergie.

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13
Q

Pourquoi le corps humain utilise le glycogène comme réserve énergétique? Pourquoi ne pas utiliser les lipides qui sont beaucoup plus abondants?

A
  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.
  3. Les animaux ne peuvent pas directement convertir les acides gras en glucose.
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14
Q

Vrai ou faux? Les plantes/graines peuvent directement convertir les acides gras en glucose.

A

Vrai.

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15
Q

Dans les muscles, le besoin en ATP provoque quoi?

A

Dans les muscles, le besoin en ATP provoque la transformation du glycogène en glucose-6-phosphate (G6P) qui est ensuite degradé par la voie glycolytique.

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16
Q

Dans le foie, que se passe-t-il en cas d’hypoglycémie?

A

Dans le foie, en cas d’hypoglycémie, le glycogène est dégradé en G6P. Le G6P est hydrolysé en glucose par l’enzyme glucose-6-phosphatase et le glucose est libéré dans la circulation sanguine pour augmenter le niveau de glucose à sa valeur normale.

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17
Q

Pourquoi le muscle ne peut pas est hydrolyser le G6P en glucose par l’enzyme glucose-6-phosphatase?

A

Car cette enzyme est absente dans les muscles.

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18
Q

Qui suis-je? Je suis exprimée seulement dans le foie et les reins?

A

L’enzyme glucose-6-phosphatase.

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19
Q

La dégradation du glycogène implique la participation de trois enzymes. Quelles sont-elles?

A
  1. La glycogène phosphorylase (aussi appelé phosphorylase)
  2. L’enzyme débranchante
  3. La phosphoglucomutase
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20
Q

Quel est le rôle de la glycogène phophorylase dans la dégradation du glycogène? Quelle est sa réaction?

A

Cette enzyme libère une unité de glucose qui se trouve à au moins 5 unités d’un point de branchement du côté de l’extrémité réductrice (va tout libérer celles qui se trouve plus loin que 5 aussi). Les molécules libérées vont être sous forme de G1P.

glycogène + Pi = glycogène + G1P

Cette réaction ne consomme pas d’ATP, le phosphate inorganique est directement intégré dans la molécule.

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21
Q

Quel est le rôle de l’enzyme débranchante? Quels sont ses 2 mécanismes d’action?

A

L’enzyme débranchante enlève les ramifications du glycogène, permettant ainsi que l’action de la glycogène phosphorylase soit complète. Cette enzyme enlève aussi les unités glucosyle liées en α(1->6) pour donner du glucose. Par conséquent, 92% des résidus de glucose du glycogène sont transformés en G1P. Les 8% restants, ceux qui sont aux points de branchement, sont transformés en glucose.

Elle possède une activité transférase qui permet de transférer les unités de glucose qui proviennent de la ramification vers là où ils viennent juste d’être enlevés par la la glycogène phosphorylase. Elle va toujours laisser une unité de glucose lié au point de branchement.

Elle possède aussi une activité glycosidase qui va lui permettre d’enlever l’unité laissée précedemment au point de branchement.

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22
Q

Quel est le rôle de la phosphoglucomutase?

A

La phosphoglucomutase assure la conversion du G1P en G6P. Le G6P peut être métabolisé via la glycolyse (comme dans le muscle) ou être hydrolysé en glucose (comme dans le foie).

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23
Q

Pourquoi l’enzyme débranchante possède deux activités?

A

Parce que pour former de nouvelles liaisons α (1->4) dans la chaîne, il faut avoir assez d’énergie et défaire une liaison α (1-6) n’en donne pas assez.

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24
Q

Quelle est la structure de la glycogène phosphorylase?

A

Le glycogène phosphorylase est un dimère de sous-unités identiques de 842 résidus (97 kD).

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25
Q

Comment la glycogène phosphorylase est-elle régulée? Quels sont ses inhibiteurs et ses activateurs?

A

L’enzyme est régulée à la fois par intéractions allostériques et par modifications covalentes.

Les inhibiteurs allostériques sont l’ATP, le G6P et le glucose. Son activateur allostérique est est l’AMP.

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26
Q

Le processus enzymatique qui assure les modifications covalentes conduit à deux formes de phosphorylase. Quelles sont ces deux formes?

A
  1. La phosphorylase α où chaque sous-unité est phosphorylée (un groupement phosphoryle a été transféré).
  2. La phosphorylase β, qui n’est pas phosphorylée.
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27
Q

Qu’est-ce qui est indispensable à l’activité de la phosphorylase?

A

La phosphorylase contient du pyridoxal-5-phosphate (PLP) (dérivé de la vitamine B6) indispensable à son activité.

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28
Q

Comment expliquer qu’un muscle ne peut soutenir un effort maximal que pendant quelques secondes?

A

Parce que si le muscle veut continuer à soutenir cette activité maximale pendant plus longtemps, cela requiert l’activité de l’emzyme débranchante qui prend plus de temps pour accomplir son travail.

En effet, la vitesse maximale de la réaction de la glycogène phosphorylase est très supérieure à celle de la réaction de l’enzyme débranchante.

Par conséquent, les branches les plus périphériques du glycogène (~50% des résidus) sont dégradées en quelques secondes dans les muscle en cas de besoins métaboliques intenses.

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29
Q

En quoi sera converti le G1P (produit de la phosphorylase)? À quoi va-t il servir?

A

Le G1P, produit de la phosphorylase, est convertit en G6P par la phosphoglucomutase, soit pour alimenter la glycolyse dans le muscle, soit pour être hydrolysé en glucose dans le foie.

Un groupement phosphoryle est transféré de la phosphoenzyme active au G1P, formant ainsi le glucose-1,6-bisphosphate (G1,6P), qui rephosphoryle ensuite l’enzyme pour donner le G6P.

Le glucose-1,6-bisphosphate (G1,6P) est donc un intermédiaire de réaction.

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30
Q

Vrai ou faux? La dégradation et la synthèse du glycogène se font par les mêmes voies.

A

Faux. La dégradation et la synthèse du glycogène se font par des voies séparées.

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31
Q

La conversion de G1P en glycogène est-elle thermodynamiquement favorable?

A

La conversion directe de G1P en glycogène et Pi est thermodynamiquement défavorable (ΔG > 0).

32
Q

D’où vient le G1P?

A

Le glucose (provenant de l’alimentation) entre dans les cellules (lors de l’augmentation de la glycémie) via un transporteur de glucose. Le glucose est convertit en G6P par l’hexokinase/glucokinase. Finalement, le G6P est transformé en G1P par la phosphoglucomutase.

33
Q

Comment est-ce que la transformation du G1P en Pi est rendue favorable?

A

La synthèse du glycogène (glycogénogenèse) nécessite une étape exergonique supplémentaire : la formation de l’uridine diphosphate glucose (UDP-glucose ou UDPG). Le caractère « riche » en énergie de l’UDP-glucose lui permet de fournir « spontanément » des unités glucosyle à la chaîne de glycogène croissante. Cela rend donc la réaction favorable.

34
Q

Quelles sont les enzymes qui catalysent les 3 réactions de la synthèse du glycogène?

A
  1. L’UDP-glucose pyrophosphorylase
  2. La glycogène synthase
  3. L’enzyme branchante
35
Q

Qui suis-je? Je suis une enzyme capable de seulement faire une structure linéaire?

A

La glycogène synthase.

36
Q

Quel est le rôle de la UDP-glucose pyrophosphorylase?

A

La UDP-glucose pyrophosphorylase catalyse la réaction entre G1P et l’UTP.

L’échange du pyrophosphate pour donner de l’UDPG a un ΔG proche de zéro.

Cependant, le PPi formé est hydrolysé dans une réaction très exergonique catalysée par la pyrophosphatase inorganique omniprésente.

37
Q

Quel est le DG global de la réaction catalysée par l’UDP-glucose pyrophosphate?

A

-33,5 kJ/mol-1

38
Q

Quel est le rôle de la glycogène synthase?

A

La glycogène synthase catalyse le transfert de l’unité glycosyle de l’UDPG au groupement C4-OH d’une des extrémités non réductrices du glycogène pour établir une liaison glycosidique α(1-4).

39
Q

Qui suis-je? Je suis un électrophile très puissant généré par l’UDP-glucose?

A

L’ion oxonium.

40
Q

Comment décrire la thermodynamique de la réaction catalysée par la glycogène synthase?

A

La valeur ΔG de la réaction catalysée par la glycogène synthase est de -13.4 kJ . mol-1.

La réaction est donc favorable dans les mêmes conditions qui permettent la dégradation du glycogène par la phosphorylase.

41
Q

Comment les vitesses des réactions de synthèse et de dégradation sont-elles contrôlées?

A

Les vitesses des deux réactions peuvent être contrôlées indépendamment, moyennant un coût énergétique.

En effet pour chaque molécule de G1P incorporée dans le glycogène puis régénérée, une molécule de UTP est hydrolysée en UDP et Pi. La synthèse et la dégradation cyclique du glycogène n’est donc pas une « machine » à mouvement perpétuel.

42
Q

Comment se fait la regénération de l’UTP?

A

La régénération de l’UTP est assurée par une réaction de transfert de groupement phosphate catalysée par la nucléoside diphosphate kinase : UDP + ATP = UTP + ADP

43
Q

Quelle est la limite de la glycogène synthase?

A

La glycogène synthase ne peut catalyser la formation d’une liaison entre deux résidus glucose; elle ne peut qu’allonger une chaîne d’unités glucosyle (un glucane) à liaisons α (1-4) déjà existante.

En d’autres mots, elle ne peut pas démarrer une synthèse, mais seulement allonger une chaîne déjà existante.

44
Q

Comment est initiée la synthèse du glycogène?

A

La première étape de la synthèse du glycogène est la liaison auto-catalysée d’un résidu glucose à une protéine appelée glycogénine.

La glycogénine ajoute ensuite à la chaîne de glucane jusqu’à 7 résidus glucose supplémentaires fournis sous forme d’UDPG, formant ainsi une « amorce » d’initiation pour la synthèse du glycogène.

Une fois amorcée, la glycogène synthase intervient et allonge progressive la chaîne de glucane.

45
Q

Quel est le rapport entre la quantié de glycogène synthase et de glycogénine dans une granule de glycogène?

A

La glycogène synthase et la glycogénine se trouvent à un rapport de 1:1 dans les granules de glycogène.

C’est-à-dire chaque molécule de glycogène n’est associée qu’à une molécule de glycogène synthase et une molécule de glycogénine.

46
Q

Une molécule de glycogénine combien de molécules de glucose?

A

Une molécule de glycogénine est entourée de ramifications d’unités glucose. Le complexe globulaire entier peut contenir ~ 30 à 120K unités de glucose.

47
Q

La structure branchée du glycogène est obtenue par quoi?

A

La structure branchée du glycogène est obtenue par une autre enzyme, l’amylo-(1,4 1,6)-transglycosylase (enzyme branchante) qui est différente de l’enzyme débranchante.

48
Q

Comment les ramifications (branches) du glycogène sont-elles formées?

A

Les branches sont formées par le transfert de segments de chaîne terminaux contenant environ 7 résidus glycosyle sur les groupements C6-OH de résidus glucose de la même chaîne ou d’une autre chaîne.

Chaque segment transféré doit provenir d’une chaîne d’au moins 11 résidus, et le nouveau point de branchement doit se trouver à plus de 4 résidus d’autres points de branchement.

49
Q

La glycogène synthase catalyse seulement quoi?

A

La glycogène synthase ne catalyse que la formation de liaisons α(1-4), ce qui donne de l’a-amylose.

50
Q

Quelles sont les valeurs du DG du bris de la liaison α(1-4) et du bris de la liaison α(1-6)?

A

ΔG hydrolyse liaison α(1-4): -15.5 kJ . mol-1

ΔG hydrolyse liaison α(1-6): -7.1 kJ . mol-1

51
Q

Quel est le principe du branchement du glycogène?

A

On brise une liaison α(1-4) pour former une liaison α(1-6).

52
Q

L’activité de la glycogène synthase et de la glycogène phosphorylase doit être rigoureusement contrôlée afin que le glycogène soit synthétisé ou dégradé selon les besoins cellulaires. Pourquoi?

A

Si les deux voies fonctionnaient simultanément (les 2 voies sont exergoniques et donc thermodynamiquement favorables), il y aurait une hydrolyse d’UTP en pure perte.

53
Q

Comment sont contrôlées les activités de la glycogène synthase et de la glycogène phosphorylase?

A

L’activité des deux enzymes est régulée par des interactions allostériques et des modifications covalentes enzymatiques.

Les réactions de modifications covalentes sont elles-mêmes contrôlées (par des hormones) par le biais d’une cascade enzymatique.

54
Q

Quels sont les effecteurs allostériques de la glycogène synthase et de la glycogène phosphorylase ?

A

Dans le muscle, la glycogène phosphorylase est stimulée par l’AMP et inhibé par l’ATP et le G6P.

La glycogène synthase quant à elle est stimulée par le G6P.

55
Q

Que se passe-t-il lorsque la demande en ATP est importante ([ATP] et [G6P] faibles, [AMP] élevée)?

A

La phosphorylase est stimulée et la glycogène synthase est inhibée. Cela entraîne donc la dégradation du glycogène.

56
Q

Que se passe-t-il si la demande en ATP est faible ([ATP] et [G6P] élevées, [AMP] faible)?

A

La phosphorylase est inhibée et la glycogène synthase est stimulée. Cela entraîne une augmentation de la synthèse du glycogène.

57
Q

Comment est régulée l’activité de la glycogène phosphorylase?

A

En plus du contrôle allostérique, l’activité de la glycogène phosphorylase est régulée par interconversion enzymatique (phosphorylation/déphosphorylation) sous la dépendance de trois enzymes :

  1. La phosphorylase kinase, qui phosphoryle les 2 sous-unités de la glycogène
    phosphorylase b.
  2. La protéine kinase A (PKA), qui phosphoryle et active la phosphorylase kinase.
  3. La phosphoprotéine phosphatase-1 (PP1), qui déphosphoryle et inactive la glycogène phosphorylase a et la phosphorylase kinase.
58
Q

Quels sont les signaux qui mènent à la phosphorylation de la phosphorylase b?

A

Les signaux hormonaux (glucagon et adrénaline).

59
Q

Comment expliquer l’interconversion entre la phosphorylase b et la phosphorylase a?

A

Lorsque la phosphorylase b (inactive) est phosphorylée grâce à des signaux hormonaux (glucagon, adrénaline), elle est transformée en phosphorylase a. Lorsque la phosphorylase a est déphosphorylée, elle prend le nom de phosphorylase b (active).

60
Q

Vrai ou faux? La phosphorylase a est en pratique toujours active et insensible aux régulateurs allostériques.

A

Vrai.

61
Q

Quelle est la structure de la phosphorylase kinase?

A

La phosphorylase kinase est une enzyme multimérique composée de 4 tétramères. Chaque tétramère est composé de 4 sous-unités : α, β, δ, γ.

62
Q

Comment expliquer la régulation par les sous-unités de la phosphorylase kinase?

A
  • Les sous-unités α et β sont activatrices lorsque phosphorylées.
  • La sous-unité δ est inhibitrice en absence de Ca2+.

En effet, les sous-unités α, β et δ sont régulatrices tandis que la sous-unité γ est ls sous-unité catalytique.

63
Q

Quel est le rôle de la protéine kinase A? Comment est-elle activée?

A

C’est elle qui va phosphoryler les sous-unités α et β de la phosphorylase kinase pour la rendre active.

Elle est activée ou mobilisée en réponse à une stimulation hormonale.

64
Q

Expliquez le chemin complet de la régulation de l’activité de la phosphorylase.

A

Une hormone (par exemple le glucagon) va se fixer à son récepteur sur la membrane ce qui va activer l’adénylate cyclase. L’adénylate cyclase va transformer l’ATP en AMP cyclique. L’AMPc va activer une protéine kinase A qui va phosphoryler les sous-unités α et β de la phosphorylase kinase afin de l’activer. Cette phosphorylase kinase va phosphoryler la phosphorylase b pour ls transformer en sa forme active, la phosphorylase a. La phosphorylase a pourra ensuite procéder à la dégradation du glycogène.

65
Q

Comment expliquer l’activation de la phosphorylase kinase dans les muscles et dans le foie?

A

Dans le muscle et dans le foie, la phosphorylation des sous-unités α et β active la phosphorylase kinase. La phosphorylation est effectuée par la PKA qui est elle même activée en réponse à des signaux hormonaux.

66
Q

Comment la sous-unité inhibitrice de la phosphorylase kianse est-elle inactivée?

A

La sous-unité inhibitrice δ est également inactivée en présence de Ca2+. Dans le muscle, le calcium est libéré de réserves intracellulaires en réponse à la contraction musculaire. Dans le foie, le calcium est libéré suite à une stimulation hormonale.

67
Q

Quels sont les différents signaux hormonaux qui régulent le métabolisme du glycogène?

A

L’insuline active la PP1 et dégrade AMPc = déphosphoryle la phosphorylase kinase et la glycogène phosphorylase ce qui cause un arrêt de la dégradation du glycogène

Le glucagon active l’adénylate cyclase ce qui cause une augmentation de l’AMPc = activation PKA = phosphorylation de la phosphorylase kinase = phosphorylation de la phosphorylase ce qui cause l’augmentation de la dégradation du glycogène.

L’adrénaline active la mobilisation de Ca2+ ce qui active la glycogène phosphorylase = dégradation du glycogène augmentée.

68
Q

Qu’est-ce qu’une glycogénose?

A

C’est une maladie du stockage du glycogène.

69
Q

Les maladies du stockage du glycogène (glycogénoses) sont classées en combien de différents types?

A

10.

70
Q

Les maladies du stockage du glycogène (glycogénoses) sont causées par quoi et pourquoi?

A

Le métabolisme du glycogène étant contrôlé de façon si sophistiqué, il n’est pas surprenant que des déficiences enzymatiques d’origine génétique entraînent des pathologies.

L’étude de ces pathologies et des déficiences enzymatiques qui en sont responsables a permis de mieux comprendre comment est assuré l’équilibre du système.

De nombreuses maladies dues à des déficiences héréditaires (mutations de gènes) de plusieurs enzymes du métabolisme du glycogène ont été caractérisées.

71
Q

Quelles sont les caractéristiques des maladies de stockage du glycogène de type I? Par quoi est-elle causée? Comment est-elle transmise? Quels sont les symptômes? Quels sont les tissus affectés? Quels sont les traitements possibles?

A

Une déficience en glucose-6-phosphatase (G6Pase) provoque la maladie de von Gierke (glycogénose de type 1) qui est la plus fréquente des glycogénoses avec une incidence de 1/50 000 à 1/100 000 naissances.

La maladie est transmise de façon autosomale récessive.

La G6Pase catalyse la libération du glucose (à partir de G6P) dans la circulation par le foie.

Le tissu affecté est le foie et pas le muscle puisque l’enzyme n’est pas exprimée par les cellules musculaires.

En absence de G6Pase, la [G6P] augmente ce qui provoque une accumulation importante de glycogène de structure normale dans le foie et les reins.

Pourquoi ?
• La G6P inhibe la phosphorylase et active la glycogène synthase

Les symptômes de cette maladie sont une hypertrophie du foie (due à l’accumulation du glycogène) et une hypoglycémie quelques heures après un repas.

Un traitement fréquemment utilisé consiste à ingurgiter de petites quantités de fécule de maïs cru pour allonger la période de jeûne.

Un protocole de thérapie génique est théoriquement possible. La stratégie de ce traitement est d’exprimer, par le biais de virus, le gène de la G6Pase.

72
Q

Quelles sont les caractéristiques des maladies du stockage de glycogène de type 3? Quels sont les symptômes? Quel est le traitement? Quel est le défaut génétique?

A

Cette maladie (appelé maladie de Cori) se caractérise par l’accumulation de glycogène de structure anormale ayant des chaînes externes très courtes aussi bien dans le foie que dans le muscle.

Le défaut génétique est autosomal récessif (~1/100 000 naissances). Les individus affectés n’expriment pas l’enzyme débranchante. En son absence, la dégradation du glycogène ne peut se faire complètement.

Comme la glycogénose de type 1, les personnes porteuses de cette maladie souffrent d’hypoglycémie.

Due à une dégradation imparfaite du glycogène, les patients doivent adopter un régime alimentaire riche en protéines afin de produire le glucose manquant par gluconéogenèse (sera étudié ultérieurement).

73
Q

Quelles sont les caractéristiques d’une glycogénose de type 4? Qu’est-ce qui est affecté? Quelles sont les conséquences?

A

Une glycogénose de type 4 (appelée maladie d’Andersen) est une des maladies du stockage de glycogène les plus graves.

Les victimes dépassent rarement l’âge de 5 ans en raison d’un dysfonctionnement du foie (cirrhose).

La concentration en glycogène hépatique n’est pas affectée mais sa structure est anormale, avec de très longues chaînes non branchées (amylose) dues à l’absence de l’enzyme branchante.

Le taux de branchement anormalement bas diminue fortement la solubilité du glycogène.

74
Q

Quelles sont les caractéristiques d’une glucogénose de type 0? Qu’est-ce qui est affecté? Quels sont les symptômes?

A

Cette maladie est caractérisée par un manque, et non pas un excès, de glycogène.

L’activité de la glycogène synthase est extrêmement faible chez les individus atteints de cette maladie.

Les personnes porteurs de cette maladie présentent une hyperglycémie après le repas et une hypoglycémie à d’autres moments.

Des mutations associées aux gènes codants pour les isoformes hépatiques de l’enzyme sont à la base de cette maladie.

75
Q

Pourquoi les personnes qui portent une glucogénose de type 0 présentent une hyperglycémie après le repas et une hypoglycémie à d’autres moments.

A

Car le glucose n’est pas emmagasiné dans la cellule. Après un repas, il y a donc une hyperglycémie et une fois toute l’énergie utilisée, une hypoglycémie.