Digestion des glucides
Les principaux glucides alimentaires sont l'amidon, le saccharose et le lactose. L'amidon est constitué de résidus de glucose reliés par des liaisons α-1,4-glucosidiques et α-1,6-glucosidiques.
La digestion de l'amidon commence dans la cavité buccale sous l'action de l'α-amylase salivaire avec formation de dextrines. L'estomac ne contient pas d'enzymes d'hydrolyse des glucides, seule une action résiduelle de l'amylase salivaire y est possible. Dans le duodénum, l'α-amylase pancréatique hydrolyse l'amidon en maltose (α-1,4) et en isomaltose (α-1,6).
Sur la bordure en brosse des entérocytes agissent les glycosidases membranaires : le complexe sucrase-isomaltase hydrolyse le maltose, l'isomaltose et le saccharose ; la lactase (β-glycosidase) dégrade le lactose en galactose et en glucose. L'activité de la lactase est maximale chez l'enfant et diminue avec l'âge, ce qui entraîne chez certains adultes un déficit en lactase.
Absorption des monosaccharides
- La diffusion facilitée par des transporteurs spécifiques est caractéristique du fructose (GLUT5), et est également possible pour le glucose et le galactose.
- Le transport actif secondaire avec symport Na⁺ (SGLT) assure le transport du glucose et du galactose contre leur gradient ; le gradient de Na⁺ est maintenu par la Na⁺/K⁺-ATPase aux dépens de l'ATP.
- De l'entérocyte vers le sang, les monosaccharides passent par diffusion facilitée (GLUT2).
La capture du glucose par les cellules tissulaires est réalisée par les protéines de la famille des GLUT. Le GLUT4, transporteur insulino-dépendant du tissu musculaire et adipeux, revêt une importance particulière.
Phosphorylation du glucose dans la cellule
Après son entrée dans la cellule, le glucose est immédiatement phosphorylé en glucose-6-phosphate. La réaction est catalysée par :
- L'hexokinase, caractérisée par un faible $K_m$ (~0,1 mmol/L), fonctionne dans tous les tissus et est inhibée par son produit, le glucose-6-phosphate.
- La glucokinase, caractérisée par un $K_m$ élevé (~10 mmol/L), est induite par l'insuline et fonctionne dans les hépatocytes et les cellules β du pancréas.
Le glucose-6-phosphate est un métabolite clé utilisé pour la synthèse du glycogène, des pentoses, d'autres monosaccharides, des acides aminés, ainsi que pour le catabolisme en CO₂ et H₂O avec production d'ATP, ou en lactate.
Glycogénogenèse
La glycogénogenèse est active pendant la période post-prandiale (1 à 2 heures après le repas). Étapes :
- Glucose → glucose-6-phosphate (hexokinase/glucokinase).
- Glucose-6-phosphate → glucose-1-phosphate (phosphoglutamutase).
- Glucose-1-phosphate + UTP → UDP-glucose + pyrophosphate (UDP-glucose pyrophosphorylase).
- La glycogène synthase transfère un résidu de glucose de l'UDP-glucose vers une amorce de 5 à 8 résidus, formant une liaison α-1,4-glucosidique.
- Après l'allongement de la chaîne d'environ 12 résidus, l'enzyme de branchement (amylo-1,4→1,6-glucosyltransférase) transfère un fragment de 5 à 6 résidus et forme une liaison α-1,6, créant ainsi un point de ramification.
Mobilisation du glycogène
La glycogénolyse a lieu pendant la période de jeûne (10 à 18 heures de jeûne) et lors d'un effort physique intense. L'enzyme clé est la glycogène phosphorylase, qui clive les liaisons α-1,4 pour libérer du glucose-1-phosphate. Au niveau des points de ramification, lorsqu'il reste 4 résidus, l'oligosaccharide-transférase transfère le fragment triosidique sur la chaîne principale, ne laissant qu'un seul résidu lié en α-1,6. Cette liaison est hydrolysée par l'α-1,6-glucosidase, libérant du glucose libre.
Le glucose-1-phosphate s'isomérise en glucose-6-phosphate. Dans les muscles, il est utilisé pour les besoins propres de la cellule (glycolyse). Dans le foie, sous l'action de la glucose-6-phosphatase, il est converti en glucose libre qui est libéré dans le sang pour maintenir la glycémie.
Régulation hormonale
La synthèse et la dégradation du glycogène sont régulées de manière réciproque par phosphorylation de deux enzymes clés : la glycogène synthase (active sous forme déphosphorylée) et la glycogène phosphorylase(active sous forme phosphorylée). L'état métabolique est évalué par le rapport insulinémie/glucagonémie.
L'insuline (rapport élevé, après le repas) : par l'intermédiaire de son récepteur à activité tyrosine kinase, elle active la protéine phosphatase des granules de glycogène, qui déphosphoryle les deux enzymes — la glycogène synthase est activée, tandis que la glycogène phosphorylase est inactivée. Parallèlement, l'insuline stimule l'insertion membranaire du GLUT4, induit la glucokinase et active la phosphodiestérase, qui dégrade l'AMPc.
Le glucagon (dans le foie) et l'adrénaline (via les récepteurs β₂-adrénergiques) agissent par l'intermédiaire d'une protéine G et de l'adénylate cyclase : ATP → AMPc → activation de la protéine kinase A (PKA). La PKA phosphoryle la phosphorylase kinase, qui active à son tour la glycogène phosphorylase, tout en phosphorylant et inactivant la glycogène synthase. L'adrénaline, par l'intermédiaire des récepteurs α₁, déclenche la voie des inositols phosphates et l'activation Ca²⁺-dépendante de la phosphorylase kinase.
Points clés
- L'amidon est hydrolysé par les α-amylases salivaire et pancréatique en maltose et isomaltose, puis par les glycosidases bordantes en monosaccharides.
- Le glucose est absorbé par transport actif secondaire couplé au Na⁺ (SGLT) et par diffusion facilitée ; il pénètre dans les tissus via les transporteurs GLUT, le GLUT4 étant insulino-dépendant.
- L'hexokinase a un $K_m$ faible et est inhibée par son produit, tandis que la glucokinase a un $K_m$ élevé et est induite par l'insuline.
- La synthèse du glycogène passe par l'intermédiaire de l'UDP-glucose ; la glycogène synthase forme les liaisons α-1,4, et l'enzyme de branchement forme les liaisons α-1,6.
- La dégradation est catalysée par la glycogène phosphorylase ; les points de ramification sont éliminés par l'oligosaccharide-transférase et l'α-1,6-glucosidase.
- Seul le foie contient la glucose-6-phosphatase et fournit du glucose libre dans le sang.
- L'insuline active la glycogène synthase par déphosphorylation ; le glucagon et l'adrénaline, via l'AMPc et la PKA, activent la dégradation et inhibent la synthèse.