CHAPITRE I-Glucides-1ère année médecine-2 PDF

CHAPITRE I Les glucides 1 1 Structure et propriétés physico-chimiques des glucides 1.1 Introduction Les glucides, également appelés sucres, sont des biomolécules essentielles pour l'organisme. Ils jouent un rôle fondamental en tant que source d'énergie, constituants structuraux et intermédiai...

CHAPITRE I Les glucides 1 1 Structure et propriétés physico-chimiques des glucides 1.1 Introduction Les glucides, également appelés sucres, sont des biomolécules essentielles pour l'organisme. Ils jouent un rôle fondamental en tant que source d'énergie, constituants structuraux et intermédiaires dans divers processus biologiques. La formule brute des glucides est souvent représentée par Cn(h20)n, où n ≥ 3, ce qui leur a valu le nom d'hydrates de carbone, bien que ce terme soit aujourd'hui obsolète. Il existe plusieurs types de glucides, classés en fonction de leur taille et de leur structure. Les principales catégories de glucides Les glucides se subdivisent en quatre grandes catégories selon le nombre d'unités qui les composent : Monosaccharides : Ce sont les unités de base des glucides, appelées aussi "oses". Ils sont les plus simples et ne peuvent pas être hydrolysés en molécules plus petites. Le glucose, le fructose et le galactose sont des exemples courants de monosaccharides. Leur rôle dans l'organisme est essentiel, notamment pour fournir une source d'énergie rapide. Oligosaccharides : Ces molécules sont constituées de 2 à 10 unités de monosaccharides liées entre elles par des liaisons covalentes. Les disaccharides, comme le saccharose (sucre de table), sont un exemple d'oligosaccharides. Les oligosaccharides sont souvent impliqués dans des processus de reconnaissance cellulaire, particulièrement lorsqu'ils sont liés à des protéines ou des lipides pour former des glycoprotéines ou des glycolipides. Polysaccharides : Ce sont des polymères de monosaccharides contenant des centaines, voire des milliers d’unités. Ils jouent souvent un rôle de réserve d'énergie (comme le glycogène chez l'homme et l'amidon chez les plantes) ou ont une fonction structurale (comme la cellulose). Leur taille et leur complexité leur permettent d'avoir des fonctions variées au sein des cellules. Hétérosaccharides : Ce sont des glucides complexes, dans lesquels des unités de sucre sont liées à d'autres types de molécules, telles que des protéines ou des lipides. Ces molécules ont souvent des rôles biologiques spécifiques, notamment dans les interactions cellulaires et la signalisation. Structure et propriétés des monosaccharides (oses) Les oses sont des molécules simples, mais leurs propriétés sont déterminées par la présence de groupes fonctionnels particuliers : Fonction aldéhyde ou cétone : Selon la nature de la fonction carbonylée (C=O), les oses se divisent en aldoses (fonction aldéhyde en bout de chaîne) et en cétoses (fonction cétone au milieu de la chaîne). Ces fonctions leur confèrent des propriétés réductrices, c’est-à-dire qu’ils peuvent réagir avec des agents oxydants. 2  Groupes hydroxyles (-OH) : Chaque atome de carbone, sauf un, porte un groupe hydroxyle, ce qui rend les oses très solubles dans l'eau et leur permet de participer à de nombreuses réactions biochimiques. Isomérie de fonction : Si un aldose et un cétose ont la même formule brute, ils sont appelés isomères de fonction. Cela signifie qu’ils partagent la même composition chimique, mais la disposition des atomes dans l’espace est différente, ce qui leur donne des propriétés distinctes. Réactions chimiques des oses et dérivés Les oses peuvent subir différentes modifications chimiques dans l’organisme : Oxydation : Les aldoses peuvent être oxydés pour former des acides aldoniques, comme l'acide gluconique. Réduction : Par la réduction des aldoses ou cétoses, on obtient des polyols, ou alcools de sucre, comme le sorbitol. Ces réactions sont importantes, car elles permettent de transformer les oses en dérivés des oses, souvent impliqués dans des fonctions biologiques spécifiques, comme la protection contre le stress oxydatif ou la signalisation cellulaire. Exemples de monosaccharides Afin de mieux visualiser la structure et les propriétés des oses, trois exemples typiques sont souvent utilisés dans les cours de biochimie : Dihydroxyacétone : Un cétose très simple, sans carbone asymétrique, souvent utilisé comme exemple pour expliquer la structure des cétoses. Glycéraldéhyde : Un aldose simple qui sert de modèle pour comprendre les propriétés des aldoses. Érythrose : Un aldose à quatre atomes de carbone, utilisé pour introduire les notions de stéréochimie et d’isomérie optique. Cette introduction aux glucides et aux oses nous a permis d’établir les bases nécessaires pour aborder plus en détail chaque type de sucre et leurs fonctions biologiques. Les concepts clés, comme la distinction entre aldoses et cétoses, ou encore les propriétés réductrices des oses, sont essentiels pour comprendre la biochimie des glucides. Les prochaines parties de ce chapitre exploreront plus en profondeur les structures moléculaires, les réactions biochimiques, et les rôles physiologiques des différents types de sucres. L’objectif pédagogique est d’amener les étudiants à maîtriser ces notions de base pour qu’ils puissent les appliquer dans des contextes plus complexes, notamment en lien avec la physiologie et la biochimie humaine. 3  Figure 1: Classification générale des Glucides 1.2 Représentation et Classification des glucides Les monosaccharides sont classés en fonction de deux critères principaux : la nature chimique de leur groupement carbonyle et le nombre d'atomes de carbone qu'ils contiennent. Selon le type de groupement carbonyle, un monosaccharide peut être un aldose ou un cétose. Si le groupement carbonyle est un aldéhyde, comme c'est le cas pour le glucose, le sucre est alors un aldose. En revanche, si le groupement carbonyle est une cétone, le monosaccharide est appelé cétose, comme le ribulose. Figure 2: Structure générale des oses En plus de la nature du groupement carbonyle, les monosaccharides sont également classés selon le nombre d'atomes de carbone dans leur structure. Les plus petits monosaccharides, ceux qui possèdent trois atomes de carbone, sont appelés trioses. Ceux qui ont quatre, cinq, six ou 4 sept atomes de carbone sont respectivement désignés comme des tétroses, pentoses, hexoses et heptoses. Ces deux critères peuvent être combinés pour nommer précisément un monosaccharide. Par exemple, le glucose est un aldohexose car il possède un groupement aldéhyde et six atomes de carbone, tandis que le ribulose est un cétopentose, ayant une cétone et cinq atomes de carbone. Cette nomenclature permet de décrire précisément la structure chimique des monosaccharides et de faciliter leur identification. 1.3 Filiation des oses 1.3.1 Nomenclature D et L Lorsque la molécule présente plusieurs carbones asymétriques, la projection de Newman devient difficile à exploiter. La représentation de Fischer est alors privilégiée, car elle projette les liaisons sur un même plan. Selon les conventions établies, le carbone asymétrique est situé dans le plan de la feuille, la chaîne carbonée la plus longue est disposée verticalement, tandis que les autres substituants non carbonés sont placés horizontalement avec leurs liaisons orientées vers le haut. Cette approche facilite l'interprétation des configurations moléculaires complexes. Figure 3: Représentations perspectives et de Fischer du D-glycéraldéhyde (1) et du L-glycéraldéhyde (II). Les monosaccharides, ou oses, sont des composés organiques essentiels définis comme des dérivés aldéhydes ou cétoniques de chaînes linéaires polyalcooliques contenant au moins trois atomes de carbone. Ils sont les unités de base des glucides, ne pouvant être hydrolysés en molécules plus simples. Leur classification en séries D et L repose sur la représentation de Fischer, qui permet de visualiser la disposition spatiale des atomes. Plus précisément, cette classification est déterminée par la position du groupement hydroxyle (-OH) porté par l'avant- dernier carbone (Cₙ₋₁) de la chaîne. 5  Si ce groupement est orienté à droite dans la projection de Fischer, l'ose appartient à la série D S'il est orienté à gauche, l'ose est de la série L. Il est intéressant de noter que la grande majorité des oses naturels, tels que le D-glucose, appartiennent à la série D, ce qui reflète leur prévalence dans les processus métaboliques des organismes vivants. En revanche, les oses de la série L sont beaucoup plus rares et sont principalement rencontrés chez certaines bactéries. Remarque En fonction de la configuration des autres carbones de la chaîne, plusieurs stéréoisomères peuvent exister pour un même ose, offrant une grande diversité structurale malgré un même nombre d'atomes de carbone. 1.3.2 Synthèse de Kiliani-Fischer La réaction d'addition d'un cyanure sur un aldose permet d'obtenir deux cyanhydrines épimères, ce qui est à la base du processus d'extension des oses par la méthode de Kiliani-Fischer. Cette technique repose sur l'addition d'acide cyanhydrique (HCN) ou de cyanure de sodium (NaCN) ou de potassium (KCN) au niveau du groupement carbonyle de l'aldose. Ce processus crée un nouveau centre de chiralité au carbone initial de l'aldéhyde, générant ainsi deux cyanhydrines épimères en proportions égales. 6 Une fois les cyanhydrines formées, elles sont isolées et soumises à une hydrogénation catalytique dans un milieu acide sous haute pression. Lors de cette étape, le nitrile se transforme en imine, qui est ensuite hydrolysée pour former un aldose ayant un squelette carboné allongé d'une unité supplémentaire. Ce nouvel aldose, tel que le D-ribose, résulte de l'allongement de la chaîne carbonée de l'aldose d'origine par l'ajout d'un atome de carbone. La méthode de Kiliani-Fischer permet ainsi d'étendre progressivement les oses, en modifiant leur structure carbonée par l'addition de cyanure suivie d'une série de transformations chimiques, offrant un outil clé dans la synthèse et l'étude des sucres. 1.3.3 Filiation des aldoses de série D Le D-glycéraldéhyde, considéré comme la référence des sucres de la série D, est à l'origine de la formation des autres aldoses par un processus d’allongement de la chaîne carbonée. À chaque étape, un atome de carbone est ajouté juste après la fonction réductrice, ce qui génère de nouveaux carbones asymétriques. Par exemple, les aldohexoses, qui possèdent six atomes de carbone, comptent quatre carbones asymétriques, aboutissant à 16 stéréoisomères possibles (2⁴), répartis-en 8 isomères de la série D et 8 de la série L. Parmi les isomères de la série D, on trouve le D-glucose, l’un des aldoses les plus connus et les plus présents dans la nature. La synthèse de Kiliani-Fischer permet d’ajouter un carbone supplémentaire à un ose, augmentant ainsi le nombre d’isomères. À chaque étape de ce processus, un nouveau centre chiral apparaît, créant deux épimères, des isomères qui ne diffèrent que par la configuration d’un seul carbone. 7  Figure 4 : Filiation des aldoses de la série D Par exemple, le D-glucose et le D-mannose sont des épimères au niveau du carbone 2, tandis que le D-glucose et le D-galactose le sont au niveau du carbone 4. Cela illustre le principe de filiation des oses, qui repose sur l’allongement progressif de la chaîne carbonée, à partir du triose de base, le D-glycéraldéhyde. 1.3.4 Filiation des cétoses de la série D Les cétoses, quant à eux, suivent un parcours différent. Leur filiation commence avec la dihydroxyacétone, un cétotriose dépourvu de carbone asymétrique. Ce n’est qu’à partir de l’érythrulose, un cétotétrose, qu'apparaît un premier centre chiral. 8  Figure 5 : Filiation des cétoses de la série D Comparés aux aldoses, les cétoses possèdent toujours un centre asymétrique de moins en raison de la position de leur fonction carbonyle. Ainsi, pour un cétose de n atomes de carbone, il existe 2ⁿ⁻³ stéréoisomères, alors qu’un aldose de la même longueur aura 2ⁿ⁻² stéréoisomères. Remarque : En représentation symbolique, on n’écrit plus certains C, ni les H et un tiret représente un groupement OH, exemple : Figure 6: Ecriture simplifié de Reichstein 1.4 Structure cyclique La structure linéaire de Fischer est largement utilisée pour illustrer la filiation des oses ainsi que la réactivité de ceux comportant quatre atomes de carbone. Toutefois, cette représentation 9 présente des limites lorsqu'il s'agit d'expliquer certaines réactions chimiques des oses comprenant plus de quatre atomes de carbone en solution. Cette insuffisance a incité les biochimistes à envisager une structure cyclique, plus apte à rendre compte des propriétés spécifiques des oses. En effet, les sucres, qui possèdent diverses fonctions chimiques, subissent une réaction entre leur fonction réductrice et l'une de leurs fonctions alcools. La formation de cette nouvelle liaison chimique aboutit alors à la constitution d'une structure cyclique, permettant une meilleure explication de la réactivité des oses. 1.4.1 Hémicétal et hémiacétal La cyclisation des sucres, bien que théoriquement possible avec plusieurs fonctions alcools, se fait préférentiellement avec certaines d'entre elles, en fonction de la structure de l’ose, qu’il s’agisse d’un aldose ou d’un cétose. Figure 7 : Mécanisme de formation de l’hémiacétal et de l’hémicétal Lors de la cyclisation des aldoses, une réaction intramoléculaire se produit entre la fonction aldéhyde du carbone 1 et une fonction alcool, souvent celle du carbone 5, formant ainsi un hémiacétal. Cette cyclisation transforme le carbone 1 en carbone anomérique, créant deux isomères, α et β, appelés anomères. Ces nouveaux isomères sont représentés dans la projection de Haworth, une représentation qui découle du passage de la structure linéaire de Fischer à une structure cyclique. La formation du pont oxydique introduit un nouveau centre d’asymétrie, où le groupement hydroxyle hémiacétalique peut adopter deux positions distinctes par rapport au plan du cycle : en dessous, caractérisant l'anomère α, ou au-dessus, définissant l'anomère β. 10  Figure 8 : Passage d'une molécule de D-glucose Linéaire en Fischer à une molécule cyclisée d'α ou de β D- glucopyranose et représentation de Haworth correspondante. Selon la fonction alcool impliquée, les sucres forment des cycles à six ou cinq atomes, appelés respectivement pyranoses ou furanoses, par analogie avec le pyrane et le furanne. Figure 9 : Représentations topologiques des molécules de furanne et de pyranne. Chez les cétoses, comme le fructose, la cyclisation se fait préférentiellement entre la fonction cétone du carbone C2 et l’hydroxyle du carbone C5, formant un cycle furannique à cinq atomes et un carbone anomérique au niveau du carbone C2 (La fonction cétone n’est donc plus libre mais condensée). Durant la cyclisation, le carbone C2 devient asymétrique, générant ainsi deux anomères, α et β, ce même carbone C2 constituant le carbone anomérique des cétoses. 11  Figure 10 : Cyclisation des cétoses 1.5 Principales propriétés des oses Les oses présentent des propriétés physiques et chimiques distinctes qui reposent sur trois éléments structuraux fondamentaux : la polarité du groupe carbonyle, l'acidité de l'hydrogène lié au carbone α, et la polarité des groupes hydroxyles. Ces caractéristiques permettent une variété de réactions, telles que l'oxydation, la réduction, et diverses additions réversibles impliquant des alcools ou des amines, ainsi que des procédés spécifiques comme la synthèse de Kiliani-Fischer. 1.5.1 Propriétés physiques 1.5.1.1 Solubilité Les oses, riches en groupements hydroxyles (OH), possèdent des propriétés polaires leur permettant d'établir de multiples liaisons hydrogène. Cette caractéristique explique leur grande hydrosolubilité, pouvant atteindre jusqu'à 540 g/L. En revanche, leur solubilité dans les solvants organiques varie : ils sont solubles dans le méthanol mais insolubles dans l'éther. De plus, ces liaisons hydrogène facilitent les interactions des oses avec d'autres biomolécules, telles que les protéines, renforçant leur rôle clé dans les processus biologiques. 1.5.1.2 Chiralité Un carbone asymétrique, ou carbone chirale (C*), est un atome de carbone auquel sont liés quatre substituants distincts, créant ainsi un centre de chiralité. Cette disposition confère à la molécule un caractère chirale, la rendant non superposable à son image dans un miroir. Les molécules chirales se distinguent par leur capacité à influencer la lumière polarisée en modifiant 12 son plan de polarisation, un phénomène appelé activité optique, illustrant leur rôle unique dans les interactions physiques. Figure 11: Molécule Chirale (Exemple de Glycéraldéhyde) 1.5.1.3 Pouvoir rotatoire Tous les oses, à l'exception de la dihydroxyacétone, manifestent en solution un pouvoir rotatoire, caractérisé par leur aptitude à dévier la lumière polarisée. Lorsqu'un ose induit une déviation vers la droite (sens horaire), il est dit dextrogyre et noté (+), tandis qu'une déviation vers la gauche (sens antihoraire) le qualifie de lévogyre, noté (-). Ce phénomène de rotation optique, propre aux oses dotés de plusieurs centres asymétriques, est la somme des contributions individuelles de ces centres optiquement actifs. Chaque substance possède un pouvoir rotatoire spécifique, qui la distingue. En revanche, un mélange équimolaire de deux énantiomères, nommé mélange racémique, n'exerce aucune déviation sur la lumière. Il convient de souligner que les préfixes D et L n'informent en rien sur la direction de cette rotation optique, mais se réfèrent uniquement à la configuration spatiale des molécules. 1.5.1.4 Mutarotation Les anomères d'une molécule d'ose, tels que ceux du glucose, se distinguent par leur capacité à dévier la lumière polarisée. Cette activité optique, cependant, n'est pas fixe en solution et évolue progressivement jusqu'à atteindre un équilibre stable, un phénomène connu sous le nom de mutarotation. Par exemple, pour le D-glucopyranose, le pouvoir rotatoire initial de +113° pour la forme α diminue jusqu'à +52°, tandis que la forme β, avec un pouvoir rotatoire de +19°, contribue également à cet équilibre. La mutarotation est donc la variation progressive du pouvoir rotatoire observée lorsqu'un ose est dissous en solution aqueuse. Ce processus est particulièrement lié à l'instabilité de l'hémiacétal formé lors de la cyclisation, permettant la réversibilité des conversions entre les formes anomériques. 13 Pour le glucose, à l'équilibre, environ 36 % des molécules adoptent la forme α, tandis que 64 % prennent la forme β, avec des traces négligeables de la forme linéaire ouverte. La mutarotation met ainsi en évidence la dynamique moléculaire des oses en solution et leur tendance à atteindre un état stéréochimique stable. Figure 12: Mutarotation du glucose 1.5.1.5 Cas d’isomérie L’isomérie permet de distinguer et de classer les molécules en fonction de leurs structures spécifiques. Dans le cadre des stéréoisomères, ces molécules peuvent être comparées en fonction de la disposition de leurs atomes autour des carbones asymétriques. Lorsque la variation se produit sur un seul carbone asymétrique, on parle d’épimères, deux isomères ne différant que par la configuration de cet unique carbone. Figure 13: Le D-(+)-glucose et le D-(+)-galactose sont épimères au niveau du carbone 4. Si tous les carbones asymétriques présentent des configurations inversées, les isomères deviennent des énantiomères, des images miroir l'une de l'autre. 14  Figure 14: Le D-(+)-glucose et le L-(-)-glucose sont énantiomères car ils diffèrent par la configuration de tous leurs carbones asymétriques. Entre ces deux extrêmes, les molécules présentant des différences sur plusieurs (mais pas tous) carbones asymétriques sont appelées diastéréoisomères. Figure 15: Le D-(+)-glucose et le D-(-)-gulose sont diastéréoisomères car ils diffèrent par les configurations de deux sur quatre de leurs carbones asymétriques. 1.5.2 Propriétés chimiques 1.5.2.1 Propriétés dues à la présence de la fonction carbonyle  Réduction des oses La réduction des oses, qu'ils soient aldoses ou cétoses, conduit à la formation de polyalcools appelés alditols par un processus chimique irréversible. Ce mécanisme implique l'addition nucléophile d'un ion hydrure (H-) sur le carbone du groupement carbonyle (C=O), entraînant la rupture de la double liaison et la formation d’un alcoolate. 15  Figure 16: Réduction du carbonyle par addition nucléophile Dans le cas des cétoses, cette réduction génère deux épimères, résultant de l'attaque de l'hydrure sur les différentes faces du carbonyle, produisant ainsi deux configurations possibles autour du carbone asymétrique. Par exemple, la réduction du glucose produit le glucitol (sorbitol), tandis que celle du fructose donne à la fois du sorbitol et du mannitol. Figure 17: Réduction des oses Par ailleurs, dans les systèmes biologiques, cette réduction est souvent catalysée par des enzymes spécifiques, comme les réductases, garantissant la production stéréospécifique d'un seul des épimères. o Réaction avec la liqueur de Fehling La réaction de la liqueur de Fehling est couramment utilisée pour détecter la présence d'oses, notamment dans les liquides biologiques tels que les urines, en recherchant des sucres réducteurs. Ce test repose sur une réaction de réduction impliquant des sels cuivriques. En milieu alcalin et sous l'effet de la chaleur, les ions cuivre (Cu²⁺), initialement présents dans la solution bleuâtre de Fehling, sont réduits en ions Cu⁺ par l'action des sucres réducteurs, comme le glucose. Ces ions Cu⁺ se combinent alors avec de l'oxygène pour former de l'oxyde cuivreux (Cu₂O), qui apparaît sous forme de précipité rouge brique. Figure 18: Réaction des aldoses avec la liqueur de Fehling 16 Dans le cas des cétoses on aura la coupure de la molécule entre la fonction cétonique C=O et le carbone C3. Figure 19: Réaction des cétoses avec la liqueur de Fehling  Oxydation des oses o Oxydation douce (ménagée) Les aldoses, riches en groupes aldéhyde oxydables, réagissent sous l'effet de l'oxydation douce, transformant ces sucres en acides aldoniques. L'aldose d'origine voit alors son suffixe « -ose » remplacé par « -onate » ou « -onique », comme le glucose qui devient acide gluconique, ou le mannose en acide mannonique. Figure 20: oxydation douce du D-glucose o Oxydation forte (poussée) Les aldoses, sous l'effet d'oxydants puissants tels que l'acide nitrique dilué à chaud, subissent une oxydation simultanée de leur groupement aldéhyde et de l'alcool primaire terminal, conduisant à la formation de diacides carboxyliques appelés acides aldariques. Cette transformation chimique, qui affecte spécifiquement les carbones 1 et 6 de la molécule, modifie le nom de l'aldose d'origine en substituant le suffixe "-ose" par "-arate" ou "-arique". Ainsi, le glucose devient acide glucarique, tandis que le galactose donne l'acide galactarique. 17  Figure 21: Exemples d'aldariques Quant aux cétoses, cette oxydation entraine la rupture de leur squelette carboné, causant leur dégradation. 1.5.2.2 Propriétés dues à la présence des fonctions alcooliques  Formation des esters phosphoriques Les fonctions alcool primaire et secondaire des oses peuvent être transformées en esters phosphoriques par l'action de l'acide phosphorique (H₃PO₄), donnant lieu à des composés intermédiaires dans les voies métaboliques, indispensables au métabolisme cellulaire. Par exemple, la phosphorylation de l'alcool primaire du glucose produit du glucose-6- phosphate, une étape cruciale qui permet d’activer le glucose pour des réactions énergétiques. Il s'agit d'un glycoside où l'aglycone est un résidu d'acide phosphorique. 1.6 Osides Les osides regroupent des composés qui, après hydrolyse, libèrent des oses. On distingue deux types principaux : Holosides, composés exclusivement d'oses, qui ne libèrent que des sucres simples lors de leur dégradation. Hétérosides, qui, en plus des oses, libèrent des éléments non glucidiques, appelés aglycones. 18 La liaison entre les oses ou entre un ose et un aglycone est appelée liaison osidique. Selon le nombre d'unités osidiques, les osides se divisent en oligosides (peu d'oses) et polyosides (chaînes plus longues de nombreux oses). 1.6.1 Liaison osidique La liaison osidique se forme par un mécanisme de condensation impliquant l’hydroxyle de la fonction hémiacétalique présente sur le carbone anomérique d’un ose (généralement le carbone C1 pour les aldoses et C2 pour les cétoses) et un groupement hydroxyle (-OH), amine (-NH2), ou thiol (-SH) d’une autre molécule. Si cette dernière est un ose, le produit résultant est appelé un holoside, tandis que si elle est un aglycone, on obtient un hétéroside. Les hétérosides sont classés en sous-catégories selon la nature du groupement non glucidique : Les O-hétérosides (liés à des alcools ou des phénols), les N-hétérosides (associés à des amines), les S-hétérosides (reliés à des thiols). Figure 22: Liaison osidique L’hydroxyle hémiacétalique de l'ose joue un rôle essentiel dans la formation de cette liaison, puisque sans son implication, la liaison osidique ne pourrait pas exister. De plus, cette liaison verrouille la configuration anomérique de l'ose dans l'une des deux conformations possibles : α ou β, en fonction de la position stéréochimique du carbone anomérique. Ainsi, deux isomères sont possibles, α ou β, en fonction de la configuration adoptée par le carbone anomérique lors de la formation de la liaison osidique, conférant à chaque oside une stéréospécificité précise. 1.6.2 Stabilité de la liaison osidique Même si la liaison osidique présente une certaine stabilité à un pH neutre (environ 7), elle est susceptible de se rompre par hydrolyse. 1.6.2.1 Hydrolyse enzymatique Dans les conditions physiologiques, cette réaction d’hydrolyse est exergonique, c’est-à-dire qu’elle libère de l’énergie, mais elle nécessite l’intervention de catalyseurs enzymatiques spécifiques, appelés osidases, qui sont capables de reconnaître à la fois la nature de l’ose impliqué (spécificité principale) et parfois la configuration α ou β de la liaison (spécificité secondaire). 19 1.6.2.2 Hydrolyse chimique In vitro, cette hydrolyse peut être accélérée dans un environnement acide (pH de 1 à 2) et à une température élevée (environ 60°C), permettant une rupture en une heure environ. Cette hydrolyse agit de manière non spécifique, brisant l’ensemble des liaisons glycosidiques et libérant comme produits les unités d'oses. 1.6.3 Etude de quelques disaccharides 1.6.3.1 Les différents types de liaisons osidiques entre 2 oses Un diholoside résulte de la condensation de deux oses par une liaison osidique. Dans cette structure, l’un des oses est toujours engagé via le groupement hydroxyle (-OH) de sa fonction hémiacétalique, tandis que le second ose peut être attaché de deux manières distinctes : Si le second ose est lié par un hydroxyle (-OH) de l'une de ses fonctions alcools, qu'elles soient primaires ou secondaires, il conserve sa fonction hémiacétalique libre. Le diholoside ainsi formé est réducteur et présente un phénomène de mutarotation, en raison de la capacité de cet ose à interagir avec son environnement chimique. Si le second ose est lié par l'hydroxyle (-OH) de sa propre fonction hémiacétalique, le diholoside devient non réducteur, car les deux fonctions hémiacétaliques sont engagées dans la liaison osidique. Dans ce cas, le phénomène de mutarotation ne se produit pas, car il n'y a plus de fonction hémiacétalique libre. Figure 23: Mode de liaison des Oses (Liaison O-Glycosidique) Un exemple typique de cette interaction serait la liaison de l'αD-glucopyranose à l'αD- galactopyranose via le groupement hémiacétalique du premier. 1.6.3.2 Disaccharides réducteurs Ce sont des osides qui possèdent une fonction hémiacétalique libre et qui peuvent se présenter sous deux formes anomères en équilibre (phénomène de mutarotation). 20  Figure 24: Exemple de sucres réducteurs 1.6.3.3 Disaccharides non-réducteurs Ce sont des diholosides dans lesquels les 2 oses sont engagés par leur fonction hémiacétalique ce qui bloque les 2 oses dans l’une ou l’autre des 2 formes anomères : il n’y a donc pas de pouvoir réducteur pour ces osides. Ces osides présenteront un pouvoir rotatoire mais pas de phénomène de mutarotation. Figure 25: Sucre non-réducteur 21 1.6.4 Polysaccharides 1.6.4.1 Homopolysaccharides  Homopolysaccharides de réserve o Amidon L'amidon est un polymère insoluble dans l'eau froide, que les végétaux accumulent sous forme de réserve glucidique. Il se compose de deux fractions homogènes : L'amylose, représentant 20% de l'amidon, est soluble dans l'eau tiède et cristallise en refroidissant. L'amylopectine, constituant 80% de l'amidon, forme à chaud un gel visqueux. Bien que l'amylose et l'amylopectine possèdent une seule extrémité réductrice, elles ne partagent pas les propriétés des sucres réducteurs. Lors de l'hydrolyse, l'amidon se décompose en chaînes plus courtes, appelées dextrines, qui sont réductrices. Deux types d'hydrolyse peuvent survenir : L'action d'un acide minéral à chaud libère du D-glucose. L'action de l'enzyme maltase libère du maltose. Figure 26: Structure de l'amidon (Amylose et l'Amylopectine) o Glycogène Le glycogène est un polymère de glucose que les animaux stockent dans le cytosol des hépatocytes (pour la régulation de la glycémie) et dans les muscles (pour la contraction musculaire). Sa structure est similaire à celle de l'amylopectine, mais présente plusieurs différences : Les branchements se produisent tous les 8 à 12 résidus de glucose, voire tous les 3 à 5 au centre de la molécule. Les chaînes ramifiées sont en moyenne plus courtes. 22 En conséquence, la structure du glycogène est plus compacte et plus dense que celle de l'amylopectine. Figure 27: Structure du glycogène  Homopolysaccharides de structure o Cellulose La cellulose, présente chez certaines bactéries et constituant principal des fibres des parois végétales, représente près de la moitié du carbone disponible sur Terre. Cependant, elle ne constitue une source de glucose que pour les ruminants. C'est un polymère linéaire dont les liaisons glycosidiques sont de type (β1→4). Figure 28: Structure de la cellulose 1.6.4.2 Hétéropolysaccharides Ils sont des chaînes d'oses ou de dérivés d'oses différents, la plupart du temps limités à deux types.  Les glucosaminoglycanes Les glycosaminoglycanes sont de longues chaînes composées d'unités disaccharidiques répétitives. Un des deux résidus glucidiques est toujours un glucide aminé (N-acétylglucosamine ou N- acétylgalactosamine) et le second est habituellement un acide uronique (glucuronique ou iduronique). 23  L’acide hyaluronique La chondroïtine sulfate L’héparane sulfate Le kératane sulfate. 1.6.4.3 Hétérosides On regroupe sous ce nom des molécules résultant de l'association covalente de glucides avec d'autres types de molécules et on les désigne très souvent sous le terme de glycoconjugués : Des lipides de membranes des cellules animales ou bactériennes portent des chaînes oligo ou polyosidiques : ce sont des glycolipides. Dans les associations avec les protéines, on distingue : o Les protéoglycannes (PG) : des polyosides souvent très longs (les glycosaminoglycannes ou GAG) sont associés à une protéine en restant très majoritaires (> 90%) o Les glycoprotéines (GP) : ce sont des protéines sur lesquelles sont greffées des chaînes glucidiques courtes dont la fraction varie en général de 1 à 20% o Les peptidoglycanes : réseau de polyosides reliés par de nombreux petits peptides o Les protéines glyquées : produits de la fixation chimique d'une unité de glucose. Les osides sont fixés sur les protéines par deux types de liaisons formées par condensation : La liaison N-osidique qui s'établit en général entre le dérivé N-acétylamine du glucose et la fonction amide de l'asparagine La liaison O-osidique est plus diverse. Elle s'établit par le dérivé N-acétylamine du galactose chez les mammifères (mannose pour les levures…) et la fonction alcool de la sérine ou de la thréonine. Figure 29: Mode de liaison des hétérosides 24 2 Métabolisme des glucides : glycolyse 2.1 Introduction 2.1.1 Anabolisme et catabolisme Tous les organismes vivants, qu'ils soient unicellulaires ou pluricellulaires, reposent sur une source indispensable : l’énergie chimique. Cette énergie est nécessaire pour maintenir leurs structures moléculaires, organiser leurs cellules, et orchestrer les fonctions vitales comme la croissance et la reproduction. Chez les animaux, l’énergie est obtenue par la transformation des macromolécules alimentaires. Figure 30: Anabolisme et catabolisme Le catabolisme, ensemble des réactions de dégradation, permet de démanteler ces grandes molécules pour en extraire des ressources cruciales : 1. L’ATP, la monnaie énergétique : L’énergie chimique est libérée sous forme d’ATP, véritable carburant des cellules, stockée dans ses liaisons riches en énergie. 2. Pouvoir réducteur : Le catabolisme génère également des coenzymes réduits tels que le NADPH, le NADH et le FADH₂. Ces molécules jouent un rôle clé dans les réactions d'oxydoréduction, essentiels pour le transfert d'électrons au sein de la cellule. 3. Métabolites : Enfin, des petites molécules intermédiaires appelées métabolites sont produites. Ces métabolites serviront de briques de construction pour la synthèse des macromolécules dans le cadre des réactions d’anabolisme. L’anabolisme est, en contraste avec le catabolisme, l’ensemble des réactions de construction et de synthèse moléculaire. Il utilise les métabolites issus du catabolisme pour assembler des macromolécules essentielles comme les glucides, les lipides et les acides nucléiques. Ces 25 réactions consomment de l’énergie sous forme d’ATP et requièrent les coenzymes réduits (NADPH, NADH, FADH₂) pour fonctionner. Ainsi, malgré leur apparente opposition, le catabolisme et l’anabolisme fonctionnent en parfaite symbiose. Ils sont interdépendants et complémentaires, assurant ensemble l’équilibre énergétique de l’organisme. 2.2 Le glucose : clé de voûte du métabolisme énergétique Le glucose est un substrat énergétique fondamental pour l’organisme, et il possède plusieurs caractéristiques essentielles qui le rendent unique et indispensable : 1. Disponibilité immédiate : Le glucose circule dans le sang en quantités suffisantes, ce qui le rend rapidement accessible à toutes les cellules de l'organisme à tout moment. 2. Utilisation ubiquitaire : Grâce à la voie métabolique de la glycolyse, présente dans toutes les cellules sans exception, le glucose peut être utilisé partout dans l’organisme, sans distinction de spécialisation tissulaire. 3. Substrat obligatoire pour certaines cellules : Certaines cellules dépendent exclusivement du glucose pour leur énergie. C’est le cas des globules rouges et de certaines cellules de la médullaire rénale. Cependant, les neurones, bien que capables d’utiliser du glucose, peuvent aussi exploiter d'autres substrats comme les corps cétoniques ou même du lactate. 4. Production d'énergie en l’absence d’oxygène : Le glucose peut produire de l’ATP via la fermentation en conditions anaérobies, un mécanisme crucial dans des situations où l’oxygène manque, contrairement aux acides gras qui nécessitent de l’oxygène pour être métabolisés. 5. Capacité de stockage : Le glucose peut être stocké sous forme de glycogène, un polymère qui sert de réserve d’énergie dans les cellules. Il peut également être transformé en triglycérides et stocké dans le tissu adipeux pour une utilisation énergétique à long terme. 2.3 Métabolisme du glucose et du glycogène : mécanismes et implications Après avoir exploré les concepts d’anabolisme et de catabolisme, examinons maintenant les voies métaboliques spécifiques impliquant le glucose et son dérivé, le glucose-6-phosphate. Voies cataboliques : 1. La glycolyse : Il s'agit d'une voie catabolique clé où le glucose est oxydé en acide pyruvique (ou pyruvate). C'est une source essentielle d'énergie, générant de l’ATP tout en libérant des intermédiaires métaboliques importants. 2. La glycogénolyse : Cette voie concerne la dégradation du glycogène en glucose-6- phosphate. Dans le foie, cette dégradation peut se poursuivre jusqu’à la production de glucose libre, disponible pour l’ensemble de l’organisme. Cependant, dans le muscle, cette voie s'arrête au glucose-6-phosphate, qui est utilisé directement pour les besoins énergétiques musculaires sans libération de glucose dans le sang. 26 Voies anaboliques : 1. La glycogénogenèse : Cette voie anabolique implique la synthèse de glycogène à partir du glucose. Elle est active principalement dans deux tissus : le foie et les muscles, qui sont les principaux réservoirs de glycogène dans l’organisme, permettant un stockage rapide d’énergie. 2. La néoglucogenèse : Il s'agit de la synthèse de glucose (la synthèse denovo de glucose) à partir de précurseurs non glucidiques tels que le lactate, le glycérol, ou certains acides aminés. Cette voie est active dans seulement trois tissus spécialisés : le foie, certaines parties du rein, et l’intestin grêle. Elle permet à l’organisme de maintenir la glycémie en l'absence d'apport glucidique direct, notamment lors de jeûnes prolongés. Ces différentes voies montrent la flexibilité du métabolisme glucidique, capable de s’adapter aux besoins énergétiques de l’organisme, soit en produisant de l’énergie (catabolisme), soit en stockant ou en fabriquant du glucose (anabolisme) pour garantir un apport constant, même dans des situations métaboliques complexes. 27 2.4 Digestion et absorption des glucides Les glucides de notre alimentation se composent principalement de polysaccharides, notamment d’amidon, ainsi que de disaccharides, parmi lesquels le sucrose est omniprésent dans de nombreux produits agroalimentaires. L’amidon, que l’on retrouve couramment dans des aliments tels que la pomme de terre, subit sa première phase de digestion dans la bouche, où les amylases salivaires commencent à dégrader ce polymère en oligosaccharides, maltose et dextrines. Cette dégradation se poursuit dans l’intestin grêle, plus précisément dans la lumière du duodénum, où l’amylase pancréatique est libérée. La décomposition de l’amidon et des dextrines se termine au niveau de la bordure en brosse des entérocytes, cellules épithéliales spécialisées de l’intestin grêle. Figure 31: Digestion des glucides La bordure en brosse est dotée d’un ensemble d’enzymes hydrolases, telles que la saccharase, la maltase et la lactase, qui sont essentielles à l’hydrolyse des oligosaccharides. Le maltose est ainsi dégradé en glucose par la maltase, tandis que le lactose est hydrolysé en galactose et glucose grâce à la lactase. De même, le sucrose est converti en deux monosaccharides : le glucose et le fructose. Il est crucial de noter que seuls les monosaccharides peuvent passer à travers l’épithélium intestinal, à moins qu’une perméabilité anormale ne soit observée. 28  Figure 32: Digestion des glucides dans la bordure en brosse Une fois dans la circulation sanguine, le glucose et autres monosaccharides rejoignent les capillaires sous l’épithélium, puis sont transportés par les veines mésentériques vers la veine porte, conduisant ces nutriments au foie. Ce dernier est le premier organe à traiter les monosaccharides absorbés.  Transport transmembranaire du glucose dans les entérocytes La transition du glucose de la lumière intestinale vers les capillaires sanguins se réalise grâce à un mécanisme précis au sein des entérocytes. À la surface apicale de ces cellules, des co- transporteurs appelés SGLT1 (sodium-glucose co-transporter 1) permettent l’entrée simultanée de sodium et de glucose. Le sodium pénètre dans la cellule selon son gradient électrochimique, favorisant ainsi l’entrée du glucose par un mécanisme de transport actif secondaire. Ce processus repose sur le gradient de sodium établi par la Na+/K+ ATPase, une pompe de transport primaire. Une fois à l’intérieur de l’entérocyte, le glucose est transféré du côté basal, où il est libéré dans la circulation sanguine par le biais de la perméase GLUT2 (glucose transporter 2). Ainsi, le glucose sort par la membrane basale de l’entérocyte pour rejoindre les capillaires sanguins, permettant son transport vers le reste de l’organisme. Ce processus est fondamental pour assurer une absorption efficace du glucose, essentiel à notre métabolisme. 29  Figure 33: Transport transmembranaire du glucose dans les entérocytes 2.5 Les principaux acteurs du métabolisme des glucides Le métabolisme des glucides implique plusieurs tissus jouant des rôles essentiels dans la gestion du glucose. 1. Intestin : Principal site de digestion et d'absorption des glucides, il permet aussi la néoglucogenèse en période de jeûne, maintenant ainsi l'équilibre glycémique. 2. Foie : Régule le glucose en stockant celui provenant de l’intestin sous forme de glycogène après les repas. Il libère ce glucose entre les repas via glycogénolyse et active également la néoglucogenèse lors de jeûne prolongé. Il consomme beaucoup d'insuline, jouant un rôle clé dans la régulation de la glycémie. 3. Muscles squelettiques : Stockent le glycogène pour un usage propre, essentiel pour l'énergie musculaire. 4. Tissu adipeux : Transforme le glucose excédentaire en triglycérides, servant de réserve énergétique à long terme. 5. Reins : Synthétisent du glucose en période de jeûne sévère et éliminent l'excès de glucose en cas d'hyperglycémie, prévenant ainsi la glycosurie, souvent indicatrice de diabète. En résumé, le métabolisme des glucides repose sur une coordination complexe entre ces tissus, régulée par l'insuline, qui modifie les voies de stockage et de consommation des nutriments pour maintenir l'équilibre métabolique. 2.6 Glycolyse La glycolyse, également appelée voie d'Embden-Meyerhof-Parnas, est le moyen le plus rapide d'obtenir de l'énergie pour une cellule et, dans le métabolisme des glucides, il s'agit généralement de la première voie d'utilisation. Se déroulant dans le cytosol, elle est structurée en 10 réactions enzymatiques qui permettent la transformation d'une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate par un processus catabolique. 30 Dans des conditions aérobiques, la glycolyse génère 2 ATP, 2 NADH,H+ et 2 pyruvates, avec l’oxydation de NADH,H+ dépendant de la présence d’oxygène. Ce processus est essentiel pour la conversion du pyruvate en Acétyl-CoA, aliment du cycle de Krebs, entraînant une oxydation complète du glucose en CO2 et H2O. En conditions anaérobies, la glycolyse produit également 2 ATP, 2 NADH,H+ et 2 pyruvates, mais la suite des réactions varie selon l'équipement enzymatique et la disponibilité d'oxygène. Cela peut aboutir soit à la fermentation lactique, produisant du lactate pour les cellules sans mitochondries, soit à la fermentation alcoolique, produisant de l’éthanol. Les fonctions de la glycolyse sont donc: La génération de molécules de haute énergie (ATP et NADH) en tant que source d'énergie cellulaire dans les processus de respiration aérobie (présence d'oxygène) et de fermentation (absence d'oxygène). La génération de pyruvate qui passera au cycle de Krebs, dans le cadre de la respiration aérobie. La production d'intermédiaires à 6 et 3 atomes de carbone pouvant être utilisés dans d'autres processus cellulaires. 2.6.1 Entrée du glucose dans la cellule Le glucose ne peut pas pénétrer dans la cellule par simple diffusion. Son entrée est régulée par deux mécanismes principaux : 1. Transport facilité : Actuellement, cinq transporteurs membranaires de glucose, désignés par l'appellation GLUTp, sont identifiés, numérotés de 1 à 5, soit GLUT-1 à GLUT-5 (spécifique pour le fructose). 2. Cotransport : Ce mécanisme est un processus actif qui nécessite de l'énergie, permettant le transport du glucose contre son gradient de concentration. Figure 34: Transporteurs de glucose (GLUT1-5) exprimés dans différents organes humains 31 2.6.2 Etapes enzymatiques de la glycolyse La voie de la glycolyse correspond à une série de réactions catalysées par des enzymes qui dégradent une molécule de glucose (6 carbones) en deux molécules de pyruvate (3 carbones). Chez les eucaryotes, cette transformation a lieu dans le cytosol de la cellule. La glycolyse se divise généralement en deux phases : la première, la dépense énergétique, et la seconde, l'obtention d'énergie. La première phase « Phase de dépense énergétique (ATP) » : consiste à transformer une molécule de glucose en deux molécules de glycéraldéhyde (molécule à faible énergie) en utilisant du 2 ATP. Cela permet de dupliquer les résultats de la deuxième phase de la production d'énergie. Elle intègre, dans l'ordre : o L’hexokinase, o La glucose-6-phosphate isomérase (phosphohexose isomérase, phosphoglucose isomérase), o La phosphofructokinase-1 (PFK1), o L’aldolase (fructose-bisphosphate aldolase), o La triose-phosphate isomérase. Dans la deuxième phase « Phase de bénéfice énergétique (ATP, NADH) », le glycéraldéhyde est transformé en un composé de haute énergie, dont l'hydrolyse génère une molécule d'ATP. Deux molécules de glycéraldéhyde ayant été générées, deux molécules d'ATP sont effectivement obtenues. Cette génération d'énergie est obtenue en couplant une réaction fortement exergonique après une réaction légèrement endergonique. Ce couplage intervient à nouveau dans cette phase, générant deux molécules de pyruvate. De cette manière, dans la deuxième phase, 4 molécules d'ATP sont obtenues. Elle intègre, dans l'ordre : o La glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase, o La phosphoglycérate kinase, o La phosphoglycérate mutase, o L’énolase (phosphopyruvate hydratase, 2-phosphoglycérate déshydratase), o La pyruvate kinase (PK). Remarque : Comme dans toutes les phosphorylations Mg++ est indispensable L'enzyme pyruvate kinase dépend du magnésium Mg++, manganèse Mn++ et du potassium K+. 32 Figure 35: Les étapes de la glycolyse 33 Le tableau suivant résume les enzymes qui catalysent les réactions de la glycolyse : La différence entre la glucokinase et l’hexokinase est illustrée sur la figure suivante (figure 36) : 34  Figure 36: Différences entre l'Hexokinase et Glucokinase 2.6.2.1 Le bilan moléculaire de la glycolyse La glycolyse est un mécanisme de régénération d'ATP qui ne nécessite pas d'oxygène. Elle correspond à l'oxydation du glucose en pyruvate et la réduction de coenzymes NAD+ en NADH,H+. 35 2.6.2.2 Le bilan énergétique de la glycolyse Pour chaque glucose il y a eu : Consommation de 2 ATP lors de la formation du glucose-6-phosphate et du fructose- 1,6-bisphosphate. Chaque molécule de glucose donne 2 glycéraldéhyde-3-phosphate. Au niveau de chaque triose phosphate il y a formation d'un NADH,H+ équivalent a 3 ATP , de 2 ATP et d'un pyruvate. Donc : 2 ATP consommée et 4 produite en anaérobiose sans phosphorylation oxydative. Ce qui fait 2 ATP gagnés à la fin de la glycolyse mais après phosphorylation oxydative le totale reviens à 8 ATP gagnés à la fin des deux processus métaboliques. Figure 37: Bilan énergétique de la glycolyse 2.6.3 Régulation de la glycolyse L’intérêt de la régulation est d’adapter la vitesse de la glycolyse aux besoins de la cellule en énergie (ATP) et en intermédiaires précurseurs de synthèse. Dans les voies métaboliques, les enzymes qui catalysent des réactions irréversibles sont des sites potentiels de contrôle. La glycolyse est fonction : De la disponibilité cellulaire en glucose. De la vitesse des réactions limitantes : 36 Les 3 réactions limitantes de la glycolyse sont les réactions 1,3 et 10 catalysées respectivement par l’hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase. 2.6.3.1 Régulation du substrat (transporteur de glucose) : La membrane plasmique des cellules est imperméable au glucose. Pour le transporter à l'intérieur, il utilise des convoyeurs spéciaux appelés GLUT, de types différents et certains spécialisés pour chaque cellule. 2.6.3.2 Régulation allostérique 2.6.3.2.1 L’hexokinase : L’activité de l’hexokinase, qui est retrouvée dans toutes les cellules, est soumise à un contrôle allostérique. Elle est inhibée par le glucose 6 phosphate : l’accumulation de glucose-6- phosphate, ralentit le flux glycolytique. En revanche, il existe dans le foie une autre enzyme, la glucokinase, qui catalyse la même réaction mais qui n`est pas inhibée par le glucose-6-phosphate (non allostérique), en effet, le foie peut phosphoryler le glucose en excès provenant du sang pour le stocker sous forme de glycogène. L`insuline secrétée par le pancréas à chaque fois que la concentration du glucose sanguin est élevée, stimule la synthèse de la glucokinase. Celle-ci est diminuée dans le diabète et au cours du jeûne. 2.6.3.2.2 La phosphofructokinase-1 : La phosphofructokinase-1 (PFK1) est la principale enzyme régulatrice de la glycolyse. Son activité est soumise à un contrôle allostérique : Elle est inhibée par : Le citrate, intermédiaire du cycle de Krebs ; L’ATP, en tant que témoin de la satisfaction des besoins énergétiques cellulaires ; Elle est activée par : Le fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP). Le fructose 2,6-bisphosphate provient du fructose-6-phosphate (par action de la PFK2). Par conséquent, une abondance de F6P entraîne une concentration plus élevée de fructose 2,6-bisphosphate (F-2,6-BP). Elle régulée positivement par l'ADP. 2.6.3.2.3 La pyruvate kinase : L’activité de la pyruvate kinase est soumise à un contrôle allostérique : Activée par le fructose-1,6-bisphosphate, en tant que témoin de l’activité de la glycolyse ; 37  Inhibée par l’acétyl coenzyme A et l’ATP en tant que témoin de la satisfaction des besoins énergétiques. Figure 38: Régulation allostérique de la glycolyse. 2.6.3.3 Régulation hormonale 2.6.3.3.1 Système hyperglycémiant : L`adrénaline et le glucagon stimulent la dégradation du glycogène via le système adenyl cyclase/AMPc. Il faut noter que l`adrénaline agit aussi bien sur le foie que sur le muscle, le glucagon n`agit que sur le foie. L`hormone de croissance GH stimule la sécrétion de glucagon par les cellules α- pancréatiques Le cortisol favorise la glycogénolyse hépatique mais stimule également la néoglucogenèse. 2.6.3.3.2 Système hypoglycémiant : L`insuline secrétée par les cellules β de LANGERHANS du pancréas en réponse a une augmentation du glucose sanguin, entraine un transit accru du glucose à travers les membranes des adipocytes et des cellules musculaires. Elle active en même temps la glycogène synthase et inhibe la lipolyse ; En outre, l`insuline favorise la synthèse de la glucokinase et de la PFK (glycolyse) alors qu`elle réprime celle de la PK et de la Fructose-6-Pphosphatase (néoglucogenèse). 38  Figure 39: Régulation hormonale de la glycolyse. 2.6.4 Entrée des oses dans la voie de la glycolyse En plus du glucose, divers autres glucides peuvent être métabolisés par la glycolyse pour produire de l'énergie. 2.6.4.1 Glycogène et amidon Les chaînes de glucose du glycogène ou de l'amidon sont d'abord dégradées en glucose 1- phosphate par le glycogène ou amidon phosphorylase, puis ce dernier est converti en glucose 6-phosphate par l'enzyme phosphoglucomutase. 39 Figure 40: Dégradation du glycogène et de l'amidon 40 Le métabolisme du glycogène se manifeste : Principalement dans le foie et le muscle (dans les granules de glycogène) Secondairement dans le lysosome Les 4 enzymes nécessaires sont : La glycogène phosphorylase La phosphorylase constitue une enzyme essentielle dans le métabolisme du glycogène. Classifiée comme une α (1-4) glucosidase, elle clive son substrat par addition d'orthophosphate (Pi), aboutissant à la formation de glucose-1-phosphate. Ce mécanisme de clivage, par ajout de Pi, est désigné sous le terme de phosphorolyse. Par ailleurs, la phosphorylase catalyse l'élimination séquentielle des résidus glycosyle à partir des extrémités non réductrices de la molécule de glycogène. La transférase Le processus consiste à transférer un groupe de trois résidus glycosyles d'une branche externe vers une autre branche voisine, reliée par une liaison α (1-4). Ce transfert met en évidence un résidu de glucose uni par une liaison α (1-6), localisé au niveau du point de ramification glucosidique, susceptible d'être reconnu par l'enzyme α (1-6) glucosidase. La α (1-6) glucosidase Également désignée sous le terme d'enzyme débranchante, cette enzyme hydrolyse les liaisons α (1-6) glycosidiques, entraînant la libération de glucose libre non phosphorylé. En conséquence, environ 92 % des résidus de glucose présents dans le glycogène sont convertis en glucose-1-phosphate (G1P). Les 8 % restants, situés aux points de ramification, sont transformés en glucose libre, qui est ensuite phosphorylé par l'enzyme glycolytique, l'hexokinase. Ainsi, l'action combinée de la transférase et de l'enzyme α (1-6) permet de convertir une structure branchée en une structure linéaire, préparant ainsi le glycogène pour un clivage ultérieur par la phosphorylase. La phosphoglucomutase Elle catalyse la conversion du glucose-1-phosphate (G-1-P) en glucose-6-phosphate (G-6-P) par le biais d'un déplacement d'un groupement phosphoryle, une étape essentielle pour son intégration dans le métabolisme. Pour réaliser ce transfert, l'enzyme engage un échange de groupes phosphoryles avec le substrat. 2.6.4.2 Diholosides Les diholosides ne peuvent entrer directement dans la voie de la glycolyse, ils doivent être d'abord hydrolysés en oses simples. Ceux-ci seront ensuite phosphorylés et canalisés vers la séquence glycolytique. Saccharose (sucre de table) 41  Maltose (produit de l'hydrolyse de l'amidon) Lactose (diholoside du lait) 2.6.4.3 Oses simples Galactose 42  Mannose 43  Fructose o Dans le foie, le fructose est principalement transformé en fructose 1-phosphate par la fructokinase. Celui-ci est clivé pour former de la dihydroxyacétonephosphate et du glycéraldéhyde. Ce dernier est phosphorylé en glycéraldéhyde 3-phosphate. o Dans les autres tissus, le fructose est transformé en fructose 6-phosphate 44