Glucides
Glycogène : structure et glycogénolyse

Vue d'ensemble et structure

1. Le glycogène représente la principale forme de stockage du glucose dans l'organisme.

• Le glycogène est considéré comme le stockage de l'énergie à court terme.
• Le stockage de l'énergie à long terme est représenté par les triglycérides du tissu adipeux.

2. Le glycogène est organisé en trois niveaux (Is liver glycogen fragility a possible drug target for diabetes? 2020).

• Le niveau 1 correspond aux chaînes de glycogène formées de glucoses liés par des liaisons α(1,4).
• Le niveau 2 est constitué par des particules β de glycogène formé de glucoses liés par des liaisons α(1,4) et α(1,6) glucose, i.e. ramifiantes.
• Le niveau 3 est formé par des particules α de glycogène, et peut-être par des particules β liées par des liaisons protéiques.

3. Chez l'homme, le glycogène est fabriqué et stocké principalement dans les cellules :

• du foie (5 à 6 %, i.e. 100-120 g)
• du muscle squelettique (1 à 2 %, i.e. 400 g)

Le métabolisme du glycogène est une voie complexe recoupant de nombreuses voies métaboliques clés :

• le cycle de Krebs,
• la voie des pentoses,
• la glycolyse,
• la biosynthèse des lipides.

Glycogénolyse

Étapes de la glycogénolyse

La glycogénolyse pour produire du glucose en trois étapes a lieu dans les muscles et dans le foie.

1. La glycogénolyse proprement dite, catalysée par la glycogène phosphorylase (EC 2.4.1.1), conduit au glucose-1-phosphate qui est détaché uniquement lorsque les glucoses sont reliés par des liaisons glycosidiques (1,4).

$\ce{(Glucose)_n + H3PO4}$ $\longrightarrow$ $\ce{(Glucose)_{n-1} + Glucose-1-phosphate}$

a. Toutefois, cette enzyme est bloquée quand elle arrive à des glucoses reliés par une liaison glycosidique (1,6), i.e. chaînes ramifiées du glycogène.

b. L'enzyme de débranchement du glycogène (GDE) permet à la glycogène phosphorylase de poursuivre le clivage des liaisons glycosidiques (1,4).

• La 4-α-glucanotransférase (EC 2.4.1.25) déplace trois résidus de glucose de la branche du glycogène vers une autre branche de la molécule, ce qui laisse un unique résidu de glucose lié au glycogène par une liaison glycosidique (1,6).
• L'amylo-α-1,6-glucosidase (EC 3.2.1.33) clive la liaison glycosidique (1,6) pour former un brin linéaire de glycogène, constitué uniquement de résidus de glucose liés par des liaisons glycosidiques (1,4).

2. Le glucose-1-phosphate subit une isomérisation pour produire du glucose-6-phosphate, grâce à la phosphoglucomatase (EC 5.4.2.2), qui se fait en deux temps avec la formation d'un intermédiaire glucose-1-6-bisphosphate.

$\ce{Glucose-1-P + enzyme-Ser-O-P}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{glucose-1-6-bisphosphate + enzyme-Ser-OH}$
$\leftrightharpoons$ $\ce{glucose-6-phosphate + enzyme-Ser-O-P}$

3. Le glucose-6-phosphate est transformé en glucose par la glucose-6-phosphatase (EC 3.1.3.9), enzyme du réticulum endoplasmique, i.e. qui régule ainsi la glycémie chez les mammifères.

$\ce{Glucose-6-phosphate + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{Glucose + Pi}$

Régulation de la glycogénolyse

La régulation de la glycogénolyse dépend essentiellement de la glycogène phosphorylase (Glycogen metabolism has a key role in the cancer microenvironment and provides new targets for cancer therapy 2016).

1. Chez les mammifères, on trouve trois isoformes de la glycogène phosphorylase (GP) :

• la glycogène phosphorylase hépatique (PYGL),
• la glycogène phosphorylase musculaire (PYGM),
• la glycogène phosphorylase cérébrale (PYGB).

2. La glycogène phosphorylase existe sous deux formes :

• GPa, i.e. active par phosphorylation,
• GPb, i.e. forme moins active ou inactive.

3. La glycogène phosphorylase est contrôlée par la phosphorylation et les interactions allostériques.

a. La glycogène phosphorylase GPb se convertit en GPa par phosphorylation via PKA, tandis que la déphosphorylation via la protéine phosphatase 1 conjuguée aux sous-unités cibles du glucose protéique (PPP1R3-PP1) repasse en GPb.

b. GPa et GPb existent en équilibre entre un état R plus actif (R-relâché) et un état T moins actif/inactif (T-tendu).

• Sous contrôle allostérique, l'AMP convertit les états T inactifs (GPa et GPb) en états R.
• Les inhibiteurs allostériques tels que l'ATP, le glucose, le glucose-6-phosphate, la caféine et les carboxamides d'indole peuvent modifier l'équilibre vers les états T inactifs de la GP.

Glycogénogenèse