Métabolisme des Hydrates de carbone et glycogène

maxence47

vétéran de la fonte
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SUPERMODO
Sources: P. Pilardeau - Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche

Synthèse et simplification par moi-même.


I - METABOLISME DES HYDRATES DE CARBONE

Le métabolisme des hydrates de carbones concerne essentiellement les voies métaboliques du glucose. Ces voies métaboliques sont au nombre simplifiées des 6 suivantes, mais dans ce thread nous allons, sur les 6, voir les deux qui nous intéressent le plus directement.

Pour info, les 6 voies (simplifié) :

- Phosphorylation du glucose
- Métabolisme du glycogène
- Glycolyse
- Métabolisme du pyruvate
- La voie de l’oxydation
- La néoglucogenèse.

Si vous le souhaitez, je pourrais créer un thread sur les autres chapitres, mais je pense que nous devons nous contenter de nos besoins directs plutôt que de tout explorer.


A) - PHOSPHORYLATION

A1) GLUCOSE

Le glucose est apporté dans l'alimentation sous forme de glucose simple (fruits, boisson énergétique) de saccharose (sucre de cuisine) ou d'amidon (cette dernière forme représente plus des 3/4 du glucose alimentaire).

Chez l'homme au repos, environ 50% du glucose ingéré est utilisé comme source énergétique immédiate. Les 50% restant sont mis en réserve sous forme de glycogène ou de triglycérides.



a) Ingestion de glucose

Le glucose ingéré est très rapidement retrouvé au niveau plasmatique (moins d’une demi-heure après). La quantité relative de glucose exogène peut représenter une fraction importante du glucose plasmatique (25 mmol). Ainsi, trente minutes après une ingestion de glucose de 10, 30 et 40g, la fraction exogène représente 25, 45 et 65% du glucose circulant.

Au niveau intestinal, le glucose franchit la membrane de l’entérocyte de façon passive, mais aussi de façon facilité avec un transporteur selon le modèle de Crâne.

Il s’agit d’une diffusion facilitée couplée à la pompe à sodium. Ce système fait intervenir une protéine membranaire comportant des sites de reconnaissance pour le glucose et le sodium. La bascule de cette protéine dans la membrane libère dans le milieu intérieur le Na+ et le glucose (les concentrations de ces deux éléments sont plus faibles dans le cytoplasme). Le sodium est extrudé de la cellule par une pompe à sodium ATPasique.

b) Effet d’une ingestion de glucose pendant l’activité physique

L’arrivée massive de glucose par la veine porte stimule la glucokinase, qui synthétise du G-6-P. Celui-ci s’additionne au G-6-P provenant de la néoglucogenèse et de la glycogénolyse, et freine par rétrocontrôle le glycogénolyse, induisant ainsi une épargne de glycogène hépatique.



c) Pénétration cellulaire

c.1)Passage de la membrane :


Pour être utilisé, le glucose plasmatique doit franchir les membranes cellulaires. En fonction de l’organe la membrane cellulaire offre plus ou moins de résistance au passage de cette molécule. On distingue deux types de cellules, les cellules insulinodépendantes et les cellules non insulinodépendantes.

Pour les tissus non insulino-dépendants (hépatocyte, neurones, érythrocytes) le glucose diffuse dans la cellule. Sa pénétration est uniquement fonction du gradient de concentration entre le plasma et le cytoplasme cellulaire.

Dans le cas des tissus insulino-dépendants, le franchissement de la membrane nécessite la présence d’un transporteur et d’une hormone, l'insuline. Les principales cellules concernées sont les cellules musculaires, endocrines, adipocytaires.

c.2) Phosphorylation

La phosphorylation est assurée, dès le passage de la membrane cellulaire, par l'hexokinase dans toutes les cellules de l'organisme, à l'exclusion du foie où cette fonction est assurée par la glucokinase.



Le glucose entrant dans la cellule est immédiatement phosphorylé en G-6-P. Sous cette forme il ne peut ressortir de la cellule. Ces deux enzymes sont irréversibles.



c) Effet d’une ingestion de glucose après l’activité physique

Après l’activité physique les réserves glycogéniques hépatiques sont excessivement basses. La glycogénogenèse est activée (voir § suivant), le G-6-P est immédiatement intégré dans cette voie, son taux hépatocytaire reste donc peu élevé, la G-6-P phosphatase est très peu activée.



d) Effet d’ingestions itératives de glucose

L’ingestion répétée d’hydrates de carbone ne permet en aucun cas de surmultiplier les réserves de glycogène hépatique. Au niveau de l’hépatocyte, la glucose-6-P phosphate est donc activée, et délivre de grandes quantités de glucose dans la circulation. Cette hyperglycémie a pour effet de provoquer un hyperinsulinisme, et de ce fait, la stimulation des acides gras hépatiques via la glycolyse.



e) Effets d'une ingestion de glucose sur les sécrétions hormonales

e.1) Glucose et réponse insulinique

- Au repos

L'ingestion de glucose est responsable d'une hyperglycémie dans la demi-heure qui suit, et d'une réponse insulinique (voir insuline). Cependant, l’état métabolique du sujet ou son rapport masse maigre / masse grasse (M/G) est susceptible de modifier l’importance de la réponse et sa durée.

Ainsi, l’ingestion de 100 g de glucose, chez des bodybuilders présentant un rapport masse musculaire/BF très élevé, semble mieux tolérée que chez le sujet sédentaire ou le sujet obèse. Le pic le moins élevé et surtout le retour à la normal est réalisé beaucoup plus rapidement.

Ce phénomène s’accompagne d’une réaction insulinique deux fois plus faible que chez l’obèse. Il peut être expliqué par la plus grande masse musculaire et un effet permissif accru des membranes musculaires pour le glucose.

- A l’exercice

Si l’ingestion de glucose est réalisée pendant la pratique sportive le pic insulinique ne se produit pas du fait du taux élevé de catécholamines circulantes.

Si cette ingestion est proposée dans le premier quart d’heure, on peut seulement noter une diminution moins rapide de l’insulinémie.

Cependant, si l’exercice est de très faible intensité (<30% de la VO2 max) et prolongé l’ingestion de 200 g de glucose est responsable d’un hyperinsulinisme (la valeur de repos peut être multipliée par 2).

e.2) Réponse insulinique sans glucose (on en parlait ici avec Coca zéro, par exemple:) http://musclesenmetal.com/forum/sho...Coca-Cola-sur-votre-corps?p=438041#post438041

Il existe d’autres moyens de provoquer une décharge d’insuline sans ingestion de glucose. L’absence d’apport aboutit très vite à une sensation de faim, puis à une hypoglycémie réactionnelle.

L’odorat (une odeur agréable devant une rôtisserie ou une croissanterie) peut, en stimulant l’hypothalamus, et donc par voie nerveuse, provoquer une décharge d’insuline.

La vue (photographie de plats alléchants) agit selon un processus identique.

Le goût est lui aussi directement impliqué dans ce processus neurologique. L’absorption de boissons faussement sucrées (édulcorants), agît également sur les centres de stimulation pancréatique.

Si aucune calorie n’est présente dans cette boisson, (ce qui est généralement le cas), le processus de la lipogenèse peut cependant être déclenché, mettant ainsi en péril le jeûne glucidique destiné à réduire l’excès pondéral.

e.3) Glucose et réponse au glucagon

- Au repos

L’ingestion de glucose provoque une diminution de la glucagonémie

- A l’exercice

Le glucose absorbé pendant un exercice physique est responsable d’une modification des réponses hormonales.

Le glucagon (normalement faiblement augmenté par l’exercice) croît moins rapidement et n’atteint, après deux heures d’exercice, que la moitié du taux observé pour le même exercice pratiqué sans apport d’hydrates de carbone (valeur de départ 145 pg/ml, avec 160 pg/ml, sans 180 pg/ml).

Si l’exercice est inférieur à 30% de la VO2 max., la prise de 200 g de glucose provoque une stagnation de la glucagonémie proche de sa valeur de repos.

e.3) Glucose et réponse de l’adrénaline

- Au repos

L’ingestion de glucose induit une diminution des catécholamines circulantes.

- A l’exercice

L’absorption de boisson glucosée au début d’un exercice est responsable d’une moins grande augmentation de l’adrénaline tandis que l’insuline et la noradrénaline ne sont pas sensiblement modifiées.



A2) FRUCTOSE

Le fructose est un céto-héxose isomère du glucose essentiellement apporté par la consommation de saccharose (disaccharide formé d’un glucose et d’un fructose) et plus faiblement sous forme libre par les fruits.

L’ingestion de fructose ne provoque pas de réponse insulinique. Cependant, il a pu être noté qu’en situation d’hyperglycémie l’ingestion de fructose pouvait stimuler la sécrétion pancréatique. Ce phénomène encore non expliqué ne se rencontre pas lors de l’activité physique chez le sujet sain.

Le fructose circulant est normalement capté en totalité par le foie où il est phosphorylé en Fructose 1 - P.

a) Métabolisme hépatique

a.1) Enzymes hépatiques

Fructokinase :

La fructokinase est présente dans le foie, l’intestin et le rein. Il s’agit d’une enzyme très spécifique pour le fructose. (Km 0.5 mM), et dont la vitesse de réaction est très grande (jusqu’à 10 µmol/min/g de tissu)



La régulation de cette synthèse est assurée par l’ADP produit par la réaction. L’administration d’une dose importante de fructose est responsable d’une déplétion hépatique en ATP du fait de la grande activité de cette voie métabolique

a.2) Métabolisme hépatique en fonction du statut hormonal

Suivant le statut hormonal du sujet (insuline/glucagon) le fructose entrera dans la néoglucogenèse (Insuline/glucagon bas) ou dans la glycolyse Insuline/glucagon élevé).

a.3) Après un repas :

L’absorption concomitante de glucose active la sécrétion d’insuline, qui, à son tour active la glycolise.



a.4) Lors du jeune ou d’un exercice physique

Lors du jeûne ou de l’exercice physique, quand la néoglucogenèse se trouve accélérée, le fructose alimentaire devient un précurseur essentiel du glucose.



L’utilisation de fructose pendant la compétition est un bon moyen d’épargner le glycogène hépatique en limitant la glycogénolyse. Plusieurs expériences menées sur ce sujet ont confirmé cette donnée.

a.5) Métabolisme périphérique

Lors de l’absorption « massive » de fructose, une fructosémie peut apparaître (La fructokinase étant débordée, le fructose franchit l’hépatocyte et se déverse dans la circulation).

Bien que l’affinité de l’hexokinase musculaire soit dix fois plus faible pour ce sucre que pour le glucose, une fraction de fructose peut être incorporée aux muscles, au rein, au tissu adipeux, aux hématies, sous forme de fructose-6-P.


Sa captation est très rapide (deux fois plus rapide que le glucose). Pour une charge de 0.5 g/Kg, la demi-vie du fructose plasmatique est de 18 minutes.

Il s’agit d’une voie très minoritaire du fait de la faible affinité de l’hexokinase pour le fructose par rapport à son affinité pour le glucose d’une part, mais surtout des très faibles taux de fructose circulant d’autre part (la fructokinase hépatique empêchant pratiquement toute fructosémie). Seule une quantité assez faible semble pouvoir être utilisée par les muscles squelettiques et les érythrocytes.

Au niveau tissu adipeux, l’existence d’un transporteur spécifique rend peut-être son utilisation sensiblement plus importante. La faible quantité de fructose phosphorylé par cette voie rejoint directement la glycolyse après phosphorylation en 6 du fructose par l’hexokinase.

De nombreuses expériences utilisant des injections intraveineuses de fructose ont pu montrer que le fructose, quand il se trouvait dans le plasma à de très fortes concentrations (extra physiologiques), pouvait être utilisé par le muscle au même titre que le glucose. Contrairement au galactose, le fructose ne présente pas de toxicité cellulaire.

Contrairement à la galactosémie, la fructosémie n’est pas toxique. Le fructose peut alors être phosphorylé par l’hexokinase des cellules périphériques (La phosphorylation par l’hexokinase ne concerne que le métabolisme extra hépatique, muscles, adipocytes, érythrocytes).

La formation de lactate au repos après ingestion massive de fructose est supérieure à celle observée avec une dose équivalente de glucose. Ce phénomène peut s’expliquer par le court-circuit de l’hexokinase qui n’est pas freinée le F-6-P.

A3) GALACTOSE

Le galactose est capté et phosphorylé au niveau hépatique par une enzyme spécifique, la galactokinase. Une faible partie du galactose peut passer dans la circulation, mais la faible affinité de l’hexokinase pour ce substrat ne permet pas une phosphorylation significative de ce sucre au niveau musculaire.

La galactose 1 P sera transformée en UDP galactose, puis en glucose, par deux voies différentes.

Cette enzyme est adaptative, son activité augmente lors de l’ingestion importante de galactose ou plus généralement de lactose. Pendant les premières semaines de la vie, l’ingestion de lait peut donc être à l’origine de troubles momentanés de la croissance, le temps que la concentration en galactokinase hépatique soit suffisante pour métaboliser le galactose.

L’intolérance au galactose correspond à un déficit en galactokinase. Ce déficit a pour effet de provoquer une augmentation de la galactosémie, responsable d’atteintes neurologiques irréversibles.

L’UDP galactose subit alors deux épimérisations successives pour donner de l’UDP glucose, molécule utilisée pour la synthèse du glycogène.

Le galactose absorbé et phosphorylé au niveau hépatique, peut donc donner du G-1 P ou de l’UDP glucose, c’est-à-dire les substrats pour la glycogénogenèse.

Le galactose absorbé ne peut donc pas être utilisé directement au niveau musculaire (pas de galactosémie), mais seulement après mise en réserve sous forme de glycogène hépatique.

Le galactose, outre ses capacités énergétiques étudiées ci-dessus, sert également à la synthèse du lait et à la constitution des glycoprotéines, des glycolipides et des protéoglycanes (dans ces derniers cas le galactose utilisé est synthétisé dans la cellule, il ne provient pas du galactose alimentaire).


II - METABOLISME DU GLYCOGENE

Le glycogène est formé de chaînes alpha glucosidiques. Il s’agit d’holopolymères de glucose qui, après purification se présente sous forme de grains de diverses dimensions.

Onze à dix huit molécules de glucoses sont liées entre elles en 1-4 pour former la partie linéaire de cette molécule (amylose), et en 1-6 au niveau des ramifications (amylopectine).

L’amylose est une molécule en hélice de poids moléculaire variant de 600 à 6000 D, l’amylopectine est de poids moléculaire beaucoup plus élevé (10 8 à 10 9 D).

Le glycogène est essentiellement présent dans le foie (80 à 100 g) et dans les muscles (200 à 400 g suivant l’importance de la masse musculaire et de l’entraînement).

Dans le foie, comme dans les muscles, le glycogène peut être synthétisé (glycogénogenèse) ou dégradé pour redonner du glucose (glycogénolyse). Il s’agit dans un cas comme dans l’autre, de deux voies métaboliques antiparallèles régulées par le statut hormonal du sujet. Les médiateurs intracellulaires sont cependant différents dans le foie (fructose 2-6-diP) et dans le muscle (calmoduline).

Le glycogène est la seule source de réserve en hydrates de carbone de l’organisme. Si le glycogène musculaire ne peut être utilisé qu’in situ, du fait de l’impossibilité de redonner du glucose, il n’en est pas de même au niveau du foie qui a la charge de maintenir la glycémie.

La synthèse du glycogène (glycogénogenèse) dans ces deux organes dépend en premier lieu de la quantité de glycogène, et en second lieu de l’état hormonal du sujet. Elle ne pourra se réaliser qu’en présence de stocks bas, hépatique (après un jeûne) ou musculaire (après un exercice).

L’utilisation du glycogène (glycogénolyse) répond aux mêmes nécessités, soit maintenir la glycémie pour le foie, soit fournir des hydrates de carbone au métabolisme énergétique de la cellule pour le muscle.

a) Glycogénogenèse

La glycogénogenèse synthétise, à partir du glucose-6-P, du glycogène, source principale des réserves hydrocarbonées de l’organisme. Bien que cette filière soit commune à de nombreux tissus (foie, muscle, rein …), la régulation est différente suivant la cellule concernée.

Le glucose provenant de la circulation (muscle) ou de l’alimentation (foie) est dans un premier temps phosphorylé par la glucokinase (foie) ou l’hexokinase (muscle) puis converti en glucose-1-P par la phosphoglucomutase.



La glycogénogenèse hépatique se trouve ainsi sous l’effet d’une double régulation :

- La présence obligatoire de G-6-P, pour que la glycogène synthétase soit sous sa forme active, n’est effective qu’après un repas riche en sucres.

- Le statut métabolique du sujet (insuline élevée, glucagon bas).

On notera que l’apport de fructose n’est que très faiblement stimulant puisque il ne donne que relativement peu de G-6-P et que la décharge d’insuline est faible.

Après un exercice physique prolongé (stock de glycogène hépatique faible), ou après un jeûne (même état métabolique), l’ingestion de fructose n’est donc pas le meilleur moyen de restaurer les réserves de glycogène hépatique.

Au niveau musculaire on retrouve les deux mêmes systèmes, à noter simplement que le taux de G-6-P ne peut être élevé qu’en présence d’insuline, c'est-à-dire lors de la période de récupération.

Dans ces deux organes, la glycogène synthétase se trouve freinée par son substrat (le glycogène), donc par la réplétion des cellules.

b) Glycogénolyse hépatique

La glycogénolyse hépatique est activée par les catécholamines circulantes et le glucagon. Elle est inhibée par l’insuline (l’insuline inhibe l’Adénylcyclase active, empêchant la production d’AMPc).

c) Glycogénolyse musculaire

La glycogénolyse musculaire est mise en route par le système à calmoduline, stimulé par la libération du calcium cisternal lors des premières contractions musculaires, mais aussi par l’augmentation des catécholamines plasmatiques.

Elle est inhibée par l’insuline.

Elle est insensible aux variations du glucagon du fait de l’absence de récepteurs)

Lors de l’exercice physique, la vitesse de la glycogénolyse peut être multipliée plusieurs centaines de fois.

La libération de calcium issu des citernes cytoplasmiques lors de la contraction musculaire active la phosphorylase kinase par le biais de la calmoduline (constituant de cette enzyme).

Cette activation permet d’accélérer le processus de dégradation du glycogène en favorisant la transformation de la glycogène phosphorylase de sa forme inactive en forme active.

Dès les premières contractions musculaires, la glycogénolyse est spontanément activée, avant même que les catécholamines ne modifient leur concentration locale. La glycogénolyse musculaire se trouve donc toujours être « en avance » sur la glycogénolyse hépatique.

Chronologie de la mise en route de la glycogénolyse musculaire :

1. Stimulation nerveuse et libération de calcium (système calmoduline).
2. Diminution du rapport ATP/AMP et du G-6-P (activation allostérique).
3. Augmentation des catécholamines circulantes (système AMPc).

d) Métabolisme du glycogène

d.1) Métabolisme du glycogène au repos

- A distance d’un repas

Le glycogène hépatique est dégradé en glucose pour maintenir la glycémie.

La diminution de la glycémie (hypoglycémie), provoque une augmentation du glucagon plasmatique qui active la glycogénolyse. Du fait de la régulation covalente, la glycogénogenèse est stoppée.

La cellule musculaire ne disposant pas de récepteur à glucagon est insensible à ce type de régulation, le muscle étant au repos, la glycogénolyse n’est pas activée.

- Après un repas

L’absorption des hydrates de carbone, provoque une hyperglycémie transitoire qui a pour effet d’augmenter la sécrétion d’insuline et de freiner celle du glucagon.

Au niveau hépatique

L’hyperinsulinisme stimule la glycogénogenèse hépatique, tandis que la glycogénolyse est stoppée. Les réserves de glycogène sont en cours de reconstitution.

Les stocks de glycogène peuvent être modulés par la richesse relative de l’alimentation en hydrates de carbone. Une nourriture riche en glucose permet la constitution d’un stock important de glycogène (150 à 200 g/kg de tissu hépatique).

Une seule journée de régime sans sucre suffit à faire chuter la quantité de glycogène hépatique à 10 g/kg de tissu hépatique.

Au niveau musculaire

Au niveau musculaire, l’augmentation de l’insulinémie stimule la pénétration du glucose dans les cellules, et active la glycogénogenèse. Cependant, ce mécanisme n’est effectif que si les réserves de glycogène musculaire sont basses.

Les réserves en glycogène peuvent être reconstituées, mais elles ne pourront pas « dépasser » le taux de remplissage moyen du muscle du fait d’une rétro-inhibition. Pour que ce mécanisme puisse dépasser les concentrations initiales en glycogène (surcompensation), il faut nécessairement que le muscle ait été « vidé » d’une partie de son glycogène de réserve (exercice physique).


d.2) Métabolisme du glycogène pendant l’exercice physique

Pendant la pratique d’un exercice physique, la glycogénogenèse musculaire et hépatique sont inhibées, tandis que la glycogénolyse est activée par les catécholamines.

Il est important de noter que les catécholamines sont inhibitrices de la sécrétion d’insuline pancréatique

Pendant l’exercice, la consommation de glycogène ne concernera donc que les muscles actifs. Les autres groupes musculaires moins ou peu stimulés, conserveront leurs réserves glycogéniques sans pouvoir venir en aide à ceux qui ont épuisé leurs stocks.



Ainsi pendant un exercice prolongé de course, seulement 55 à 60 % (500 à 550 g) du stock glycogénique musculaire total (800 à 900 g) est utilisé. Ce chiffre tombe à 35-40 % pour les exercices comme le cyclisme qui ne fait intervenir qu’un nombre limité de muscles.

Tout effort tend à diminuer les réserves de glycogène musculaire (Nle 80 à 130 mmol/kg). Cependant, la vitesse de dégradation dépend de très nombreux paramètres dont les plus importants sont l’intensité de l’exercice, le niveau d’entraînement du sportif, la durée de l’effort et le type d’alimentation utilisée par le sujet.



Pour info : rappel sur la NEOGLUCOGENESE

La néoglucogenèse ou gluconéogenèse correspond à la formation de glucose par le foie à partir de précurseurs issus des acides aminés, du glycérol et de l’acide lactique.

Bien que le rein présente la capacité d’utiliser cette voie, notamment lors des états d’acidose, le foie est pratiquement le seul organe susceptible de fournir des quantités appréciables de glucose néoformé à l’ensemble de l’organisme.

La néoglucogenèse suit le trajet inverse de la glycolyse (du pyruvate au glucose) excepté au niveau des trois étapes irréversibles (glucokinase, phosphofructokinase, pyruvate kinase).

La stimulation des récepteurs hépatiques par le glucagon et l’adrénaline provoque une stimulation de la néoglucogenèse et une dégradation du pyruvate issu de l’alanine ou de l’acide lactique en oxaloacétate.
 

fangino

MEMBRE APPROUVÉ
Re : Métabolisme des Hydrates de carbone et glycogène

Il me faudra du temps et plusieurs relecture pour tout intégrer mais ça demeure un excellent article.

Good job

Envoyé de mon GT-I9300
 

maxence47

vétéran de la fonte
Membre du staff
SUPERMODO
Re : Métabolisme des Hydrates de carbone et glycogène

Merci fangino.

J'ai essayé de simplifier au possible, mais effectivement, plusieurs lectures peuvent s'avérer nécessaires. (Mais ça fini par réussir à rentrer^^) :)
 

Dracks

MEMBRE APPROUVÉ
Re : Métabolisme des Hydrates de carbone et glycogène

Merci pour le partage Max, je lit ça en détail tout à l'heure !
 

SWAT06

NI DIEU NI MAITRE NEUROTYPE 2A
Membre du staff
SUPERMODO
bizarre , j'étais persuadé d'avoir posté sur ton très bon post , max :oops::rolleyes:

en tout cas beau travail et beau résumé d'information ;)
 

cyp57

MEMBRE APPROUVÉ
merci du partage mais va falloir que je relise plusieurs fois pour tout comprendre comme c'est quand même complexe
 
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