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07/02/2021
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Université d’Alger 1 Banyoucef Benkhedda
Faculté des Sciences
Département SNV
Master I SNV (S1)
Module: Voies métaboliques et sites de contrôles
Voies métaboliques et
sites de contrôles
(suite)
Année universitaire: 2020/2021
5. Rôle de l'insuline
Le glucose pénètre dans le muscle et le tissu adipeux par l'intermédiaire de
transporteurs contrôlés par l'insuline.
Une carence en insuline (diabète insulino dépendant) a donc pour
conséquence une élévation de la concentration du glucose sanguin.
L'effet net est une augmentation du stock de glycogène (foie) et une
diminution de la production de glucose (muscle, tissu adipeux, foie).
Effet de l'insuline
sur la glycolyse :
l'insuline active la
glucokinase, la
PFK-1 et la
pyruvate kinase.
Effet de l'insuline sur la
glycogénogénèse :
l'insuline active la
glycogène synthétase et
inhibe la glycogène
phosphorylase.
Effet de l'insuline sur la
néoglucogénèse : l'insuline
stimule la synthèse protéique
diminuant ainsi la quantité
d'acides aminés disponibles
pour la néoglucogénèse.
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6. La charge énergétique adénylique
La charge énergétique adénylique (CEA) de la cellule a été définie par Daniel
Atkinson et Gordon Walton (1967) par la relation :
Cette relation exprime la fraction molaire en ATP (qui contient 2 liaisons
phosphoanhydride à haut potentiel énergétique) plus la moitié de la fraction
molaire en ADP (qui n'en contient qu'une).
La CEA est donc une mesure de l'énergie disponible à un instant donné dans
une cellule, un tissu ou un organisme.
Il s'agit d'un paramètre de valeur universelle atteignant des valeurs
comparables chez tous les organismes vivants.
[ATP] + 1/2 [ADP]
---------------------
[ATP] + [ADP] + [AMP]
6. La charge énergétique adénylique
La CEA est très sensible aux variations de l'environnement interne des
organismes (stress) ou de l'environnement extérieur :
stress dans l’organisme
Consommation d'énergie (donc d'ATP) pour contre-balancer ces effets
CEA
En théorie, la valeur de la CEA peut varier de 0 (il n'y a que de l'AMP) à 1 (il
n'y a que de l'ATP).
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6. La charge énergétique adénylique
Cependant, dans la plupart des cellules, la CEA est trés finement régulée et
on observe des variations de 0,7 (forte hydrolyse de l'ATP et de l'ADP en AMP)
à 0,95 (typiquement une cellule au repos).
- Quand la valeur
de la CEA est
élevée, l'énergie
que contient la
cellule est
suffisante : la
glycolyse est
ralentie.
- Quand la valeur
est basse, la
cellule a besoin
d'énergie : la
glycolyse est
activée.
Résumé des activateurs (A) et des inhibiteurs
(I) des enzymes clé de la glycolyse
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
La contraction et l'insuline
sont les stimuli majeurs qui activent le transport du glucose dans les muscles
squelettiques. La mobilisation du glucose par les muscles squelettiques
représente environ 70% du glucose prélevé au sérum.
Ce processus est donc extrêmement important dans l'homéostasie du glucose.
L'aptitude à transporter le glucose au travers de la membrane plasmique est
une caractéristique commune à quasiment tous les types de cellules, de la
simple bactérie à la cellule neuronale hautement spécialisée.
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Il existe 2 types de transport du glucose.
a. Transport facilité
Il est assuré par des membres de la famille des transporteurs GLUT ("GLUcose
Transporter") qui forment un pore au travers de la membrane (uniport).
Certains oses entrent via ce type de pore par diffusion passive, c'est-à-dire
sans apport d'énergie (ce type de transport s'effectue dans le sens du
gradient de concentration ou gradient électrochimique).
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Le transport d'un soluté par diffusion facilitée augmente considérablement la
vitesse de transport de ce soluté.
KMglucose GLUT1 ≈ 1,5 mM (figure ci-dessous)
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
b. Transport actif secondaire
Il s'effectue via les symports [Na+ / glucose] ("Sodium/Glucose Co-
Transporter" - SGLT1 et SGLT2).
Ces symports utilisent le gradient transmembranaire de Na+généré par la pompe à
sodium ou [Na+/K+]-ATPase constitué de 12 hélices α transmembranaires.
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Rôle de l'insuline et transporteur GLUT4
Dans une cellule non stimulée ou quand la concentration en insuline est
faible, le transporteur insulino-dépendant du glucose GLUT4 est localisé dans
des vésicules de stockage des cellules hépatiques et musculaires.
Ces vésicules doivent fusionner avec la membrane plasmique avant que le
glucose ne pénètre dans la cellule.
Quand le niveau de glucose circulant est élevé,
l'insuline est libérée par les ilots de Langerhans et
elle facilite la mobilisation du glucose via une
augmentation de la synthèse et de la translocation
de GLUT4 des compartiments endosomiques vers la
membrane plasmique.
En conséquence, l'absorption du glucose augmente.
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
L'insuline se fixe sur
son récepteur ce qui
active le domaine
tyrosine kinase du
récepteur.
Le récepteur
recrute IRS-1 ("Insulin
Receptor Substrate")
en le phosphorylant.
Via sa Tyr
phosphorylée, IRS-1 se
fixe à son tour sur le
domaine SH2 de la
kinase PI3
("phosphatidylinositid
e 3-kinase" - PI3K).
Rôle de l'insuline et transporteur GLUT4
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Rôle de l'insuline et transporteur GLUT4
PI3K transforme le lipide
membranaire PIP2 en
PIP3.
PIP3 est spécifiquement
reconnu par les
protéines kinases PDK1
et Akt2 ("3-
phosphoinositide
dependent protein
kinase-1") : PDK1
phosphoryle et active
Akt2.
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Rôle de l'insuline et transporteur GLUT4
Akt2 phosphoryle à son tour
TBC1D1 ("TBC1 domain
family member 1" - Thr
596) et AS160 ("Akt
substrate of 160 kDa" - Thr
642). Cela a pour
conséquence d'inhiber le
domaine activateur de
l'activité GTPase ("GTPase-
activating domain" - GAP)
de TBC1D1 et de AS160,
domaine dont le rôle est
d'augmenter l'hydrolyse du
GTP par les protéines Rab.
L'inhibition des domaines GAP de [TBC1D1 / AS160] contribue donc à une activité
GTPase diminuée de Rab, qui est donc plus chargé en GTP qu'en GDP. Or Rab est plus
actif sous la forme Rab-GTP que sous la forme Rab-GDP.
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Rôle de l'insuline et transporteur GLUT4
La forme active Rab-GTP
participe à la translocation
des vésicules de stockage
de GLUT4 et à la fusion de
ces vésicules avec la
membrane plasmique .
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Convergence des voies de signalisation initiées par l'insuline et par l'exercice
conduisant à la translocation de GLUT4
La signalisation de l'insuline via la voie
PI3-kinase (PI3K) et la contraction du
muscle via un rapport élevé AMP/ATP
et une concentration intracellulaire
élevée de Ca2+ conduit à l'activation
de protèines kinases qui agissent en
aval : la CaM kinase II, Akt, des
protéines kinases C isoformes λ et ζ, la
protéine kinase activée par l'AMP.
Ces protèines kinases phosphorylent
des effecteurs qui modulent les étapes
de la voie du traffic de GLUT4.
AS160 est l'un de ces effecteurs qui régule négativement l'une des étapes précoces de
l'exocytose de GLUT4.
La régulation négative de ces voies par les acides gras, les cytokines et la réponse au
stress du réticulum endoplasmique sont observées dans l'obésité et les diabètes, ce qui
contribue à la résistance à l'insuline.
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Convergence des voies de signalisation initiées par l'insuline et par l'exercice
conduisant à la translocation de GLUT4
Les lignes pointillées impliquent des voies hypothètiques non encore mises en évidence
expérimentalement.
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7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
Régulation de la phosphofructokinase-2/fructose 2,6-bisphosphatase-2 (PFK-
2/FBPase-2) par le glucagon
Dans le foie, la PFK-2 est sous le contrôle du glucagon, une hormone produite par le
pancréas quand le taux de glucose sanguin baisse.
Quand la concentration du glucagon augmente, la protéine kinase AMP cyclique
dépendante (PKA) phosphoryle une sérine ou une thréonine de la [PFK-2 / FBPase-2].
Exemples : foie de rat : Ser 32 - coeur de boeuf : Ser 84 - levure : Thr 157.
La déphosphorylation est catalysée par la protéine phosphatase 2A xylulose-5-
phosphate-dépendante qui est activée par le glucose.
7. Rôle de GLUT4, de l'insuline et du glucagon dans la
régulation de la glycolyse
La phosphorylation :
réduit l'activité kinase de la [PFK-2 / FBPase-2] : la synthèse du F2,6BP est diminuée
augmente l'activité phosphatase de la [PFK-2 / FBPase-2] : le fructose 2,6-
bisphosphate reforme du fructose 6-phosphate
Il en résulte une baisse de concentration du fructose 2,6-bisphosphate et la
phosphofructokinase-1 de la glycolyse est moins activée.
En conséquence, la glycolyse est ralentie quand la concentration du glucagon
augmente après une baisse du taux de glucose sanguin.
La diminution d'insuline augmente les effets du glucagon
• activation de la glycogénolyse hépatique, rénale et musculaire
• inhibition de la glycogénèse (synthèse du glycogène à partir du glucose 6-
phosphate)
• stimulation de la néoglucogénèse (synthèse du glucose à partir du pyruvate)
• inhibition de la glycolyse par phosphorylation et inactivation de la pyruvate kinase
• Les changements du métabolisme induits par le glucagon favorisent la
néoglucogénèse en défaveur de la glycolyse et entraînent une hyperglycémie.
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Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
Les reins contribuent à l’homéostasie de la glycémie. Environ 140 à 160 g de glucose
sont filtrés chaque jour par les glomérules rénaux et plus de 99 % sont réabsorbés
dans le tubule proximal. Deux cotransporteurs du Na+/glucose ont été identifiés le
long de la surface apicale du tubule proximal.
Les transporteurs SGLT2 sont situés dans la partie initiale et sont responsables de la
plus grande partie de l’absorption du glucose. Les transporteurs SGLT1 se situent
dans la partie plus distale et absorbent le glucose restant (moins de 10 %)
Les inhibiteurs du sodium-glucose cotransporteur 2 (SGLT2-i) sont des agents
hypoglycémiants proposés pour le traitement du diabète de type 2 (DT2). Ils agissent
sur les reins et inhibent environ 30 à 50 % de la réabsorption du glucose filtré.
Une correction partielle de l’hyperglycémie est observée du fait de l’augmentation
de l’excrétion urinaire du glucose. Ce mécanisme est indépendant de l’insuline et
présente un risque limité d’hypoglycémie ou d’interaction médicamenteuse avec
d’autres traitements hypoglycémiant
Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
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Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
En cas de diabète, la quantité de glucose filtrée augmente considérablement
en fonction du niveau d’hyperglycémie. Quand le débit de filtration
glomérulaire (DFG) est normal et que le taux de glucose sanguin est inférieur
à 180-200 mg/ dL, les reins réabsorbent tout le glucose filtré. Au-delà de ce
seuil, l’absorption est saturée, ce qui entraîne une augmentation linéaire de
la glycosurie.
Ce seuil est plus élevé en cas de diabète et cela est à l’origine d’une capacité
accrue de réabsorption tubulaire du glucose (20 %) liée à un plus grand
nombre de transporteurs SGLT2 attribués à une hypertrophie générale du
tubule proximal avec l’excès de glucose ou à un feed-back stimulant
provenant du néphron. À l’inverse, les transporteurs SGLT1 ne sont pas
augmentés en cas de diabète, voire diminués.
Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
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Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
Malgré ce rôle important du rein dans l’homéostasie glucidique, les
diabétologues étaient très mitigés sur le développement de ces
traitements du fait de la glycosurie permanente à l’origine d’un
hypothétique risque rénal.
Les néphrologues les ont rassurés. Les mutations du SGLT2 humain sont des
maladies rares caractérisées par une glycosurie rénale persistante. Les
patients porteurs de ces mutations ne développent pas de troubles rénaux,
ni de maladies graves
Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
Sur cette base, le développement d’inhibiteurs de SGLT a été initié il y a
quelques années. La phlorizine, un flavonoïde situé dans la peau des fruits
(pomme) était connue pour provoquer une glycosurie.
La phlorizine inhibe les SGLT1 et SGLT2 avec une forte affinité pour les
SGLT1 qui sont présents dans d’autres organes que le rein et spécialement
l’intestin, où ils constituent la principale voie d’absorption du glucose. À
l’inverse, le SGLT2 ne se trouve, a priori, que dans les reins.
L’administration orale de phlorizine chez l’homme est à l’origine d’une
glycosurie, mais avec des effets secondaires intestinaux majeurs. Des
SGLT2-i (« gliflozines ») spécifiques administrés par voie orale ont donc été
développés pour ne cibler que les reins avec un bon profil d’innocuité.
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Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
La phloridzine est présente dans l'écorce d'arbres fruitiers tel que le poirier
(Pyrus communis), le pommier, le cerisier et d'autres arbres de la famille des
Rosaceae. On en trouve aussi dans la pomme et ses dérivés (confiture, compote).
La phlorizine
Les inhibiteurs des SGLT2 : traitement anti diabétiques
