Le contrôle des flux de glucose, source essentielle d’énergie des cellules musculaires

Les cellules musculaires ont besoin de nutriments, principalement de glucose et de dioxygène, puisés dans le sang.

Les réserves de glucose se trouvent sous forme de glycogène dans les cellules musculaires et dans les cellules hépatiques. Elles servent à entretenir des flux de glucose, variables selon l’activité, entre les organes sources (intestin et foie) et les organes consommateurs (dont les muscles).

La glycémie est la concentration de glucose dans le sang, maintenue dans un intervalle relativement étroit autour d’une valeur d’équilibre proche de 1g.L-1. Elle dépend des apports alimentaires et est régulée par deux hormones sécrétées par le pancréas.

Un dysfonctionnement de la régulation de la glycémie entraîne des complications qui peuvent être à l’origine de diabètes.

L’insuline entraîne l’entrée de glucose dans les cellules musculaires (et hépatiques) et le glucagon provoque la sortie du glucose des cellules hépatiques, grâce à des protéines membranaires transportant le glucose.

Diaporama du chapitre "Le contrôle des flux de glucose, source essentielle d’énergie des cellules musculaires"

Activité: les flux de glucose dans le sang selon différentes situations physiologiques

Activité: la régulation de la glycémie

Activité : les diabètes

TP : les organes de stockage du glucose

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I – Flux de glucose dans le sang et situations physiologiques

Les cellules d’un organisme consomment en permanence, de manière de plus en plus intense en fonction de leur activité, du glucose qu’elles puisent dans le sang.

Quelque soit la situation physiologique de l’organisme (jeûne, sport, sommeil, repas), la glycémie est maintenue autour d’une valeur d’équilibre d’environ 1 g/L. C’est donc un équilibre dynamique qui est le résultat des flux entrants et des flux sortants de glucose.

Suite à un repas, c’est-à-dire en période postprandiale, l’intestin libère du glucose dans le sang : c’est un organe source. Placé en série directement après l’intestin, le foie est capable de stocker le glucose.

La comparaison de la glycémie dans l’artère et la veine fémorale permet de montrer que lors d’un exercice physique, les muscles sont des organes consommateurs importants de glucose. Le glucose est fourni par les organes dits « sources » : l’intestin lors de la digestion des glucides ou le foie qui est capable de déstocker du glucose.

Les flux de glucose sont variables selon l’activité entre les organes sources (intestin et foie) et les organes consommateurs (dont les muscles), mais la glycémie reste globalement constante.

II – Stockage et déstockage cellulaires du glucose

La localisation de la radioactivité et l’identification des molécules radioactives après ingestion de glucose radioactif permettent de mettre en évidence que les réserves de glucose se trouvent sous forme de glycogène, un polymère de glucoses sous forme de granules, dans les cellules musculaires et dans les cellules du foie (cellules hépatiques). Ces réserves servent à entretenir les flux de glucose, responsables de la glycémie, en fonction des activités.

L’expérience du foie lavé et du muscle lavé permet de constater que seul le foie peut libérer du glucose, contrairement au muscle, bien qu’il possède aussi des réserves de glycogène.

• En période post prandiale (après un repas), le glucose est libéré dans l’intestin, organe source, et il est mis en réserve sous forme de glycogène dans le foie et dans les muscles.

• Lorsque l’organisme est à jeun, les réserves de glycogène du foie sont hydrolysées et du glucose est libéré dans le sang. Le glycogène des cellules musculaires est hydrolysé mais n’est pas libéré dans le sang. Le glucose est alors uniquement utilisé par ces cellules.

• Lors d’un exercice physique, les réserves de glycogène des cellules musculaires et des cellules hépatiques sont utilisées, ce qui produit du glucose directement utilisé par les cellules musculaires ou libéré dans le sang par les cellules hépatiques.

III – Régulation des flux de glucose et maintien de la glycémie

A – Régulation de la glycémie à l’échelle des organes

Le pancréas est indispensable à la régulation de la glycémie. Il possède une fonction exocrine (libération d’enzymes digestives) et une fonction endocrine (libération d’hormones). Le pancréas sécrète deux hormones protéiques qui interviennent dans la régulation de la glycémie :

• Une hormone hypoglycémiante, l’insuline, sécrétée par les cellules β des îlots de Langerhans. L’insuline stimule la synthèse de glycogène par le foie. L’insuline stimule le prélèvement de glucose par les cellules musculaires et la synthèse de glycogène par les muscles.

• Une hormone hyperglycémiante, le glucagon, sécrétée par les cellules α des îlots de Langerhans. Le glucagon favorise l’hydrolyse du glycogène du foie.

Les sécrétions d’insuline et de glucagon dépendent de la glycémie. Une hausse de la glycémie stimule la sécrétion d’insuline alors que la sécrétion de glucagon est stimulée par une baisse de la glycémie.

B – Régulation de la glycémie à l’échelle des cellules

1 – La fixation de l’insuline sur les cellules hépatiques et les cellules musculaires

Les cellules hépatiques et les cellules musculaires possèdent des récepteurs à l’insuline. L’utilisation de glucose radioactif permet de montrer que la synthèse de glycogène par les cellules hépatiques est d’autant plus stimulée que la concentration en insuline est élevée.

Les membranes plasmiques de ces cellules portent également des protéines de transport du glucose (transporteurs GluT). L’étude de la localisation grâce à la fluorescence des transporteurs au glucose a permis de mettre en évidence que la fixation de l’insuline sur les récepteurs membranaires des cellules entraîne l’augmentation du nombre de transporteurs au glucose sur la membrane plasmique (cas des cellules musculaires) en plus de la synthèse de glycogène.

2 – La fixation de glucagon sur les cellules hépatiques

Les cellules hépatiques possèdent des récepteurs au glucagon alors que les cellules musculaires n’en possèdent pas. La fixation de glucagon, uniquement sur les cellules hépatiques, stimule l’hydrolyse du glycogène. Ces cellules libèrent du glucose dans le sang, ce qui augmente la glycémie.

IV – Des flux de glucose perturbés : les diabètes

Le diabète est une hyperglycémie chronique. Il peut être de deux types :

• Le type I, ou diabète insulinodépendant, est dû à une mort progressive des cellules des îlots de Langerhans et peut être corrigé par des injections d’insuline.

• Le type II, ou diabète non insulinodépendant, est dû à une perte de la sensibilité des cellules cibles à l’insuline et ne peut pas être soigné par des injections d’insuline.

Le glucose est une source essentielle d’énergie pour les cellules et notamment pour les cellules musculaires en activité. Les cellules le puisent dans le sang.

Certains organes, dits « organes sources », comme l’intestin et le foie, sont capables de libérer du glucose dans le sang. Tous les organes dits « consommateurs », le prélèvent en plus ou moins grande quantité.

La glycémie est la concentration de glucose dans le sang. Quelle que soit l’intensité des flux entrants dus aux organes sources et des flux sortants dus aux organes consommateurs, elle est maintenue dans un intervalle étroit autour d’une valeur d’équilibre d’environ 1 g/L.

Les réserves de glucose sont sous forme de glycogène, qui est un polymère de glucose. Elles se trouvent dans les cellules musculaires et dans les cellules hépatiques sous forme de granules localisés dans le cytoplasme.

Le glucose est mis en réserve lorsque les apports à l’organisme sont plus abondants que l’utilisation (période postprandiale). Par contre, les réserves sont utilisées en fonction des besoins des organes consommateurs (dont les muscles).

Le pancréas produit deux hormones qui régulent la glycémie : l’insuline, hormone hyperglycémiante, et le glucagon, hormone hypoglycémiante.

L’insuline entraîne l’entrée de glucose dans les cellules musculaires (et hépatiques) et le glucagon provoque la sortie de glucose des cellules hépatiques, grâce à des protéines membranaires transportant le glucose.

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