Chapitre 2 : La Régulation de la glycémie

Thème 3 :Glycémie et diabète

Ainsi au cours de la digestion les aliments sont digérés en nutriments sous l’action des enzymes digestives pour être récupérés par le sangau niveau des villosités intestinales.

Les sportifs le savent bien, la veille d’un match il faut manger des sucres lents pour avoir une bonne réserve de glucose pour le fonctionnement des cellules musculaires. Chaque aliment contient des macromolécules qu’il faut « digérer » en molécules plus petites utilisables par les cellules

Transformation des pâtes : dans la bouche, puis dans l’estomac puis dans l’intestin.

Les pâtes sont des sucres lents ( sucres non assimilables) , elles sont digérées pour en recueillir les sucres rapides ( directement assimilables)

La digestion de l’amidon est une succession d’hydrolyses :

Bordas spé 2012

Bordas spé 2012

I la glycémie, une constante physiologique importante

Bordas spé 2012

A/ La glycémie et ses variations

Bordas spé 2012

1) Mesures de la glycémie

Mesure de la glycémie sur 24h d’un individu sain

Hyperglycémie après un repas.

Hypoglycémie après une activité physique

Malgré les variations journalières l’organisme maintient la glycémie autour de sa valeur consigne.

C6H1206

Glucose

2( C3H403)

2 acides pyruvique

2 (ADP + Pi) 2 (ATP)

2 (R’) 2 (R’H2)

La glycolyse dans le hyaloplasme, étape commune à toutes les cellules

Régénération dans le hyaloplasme des composés R’ couplée à une réduction donnant l’acide lactique

Voies métaboliques de la production d’énergie par fermentation lactique

2 Acide lactique 2( C3H603)

• Subvenir aux besoins à court terme

2) l’utilité du glucose

2 Pyruvates

10(R’H2

) 10(R’

)

H2O

O2

6 CO2

2(ADP + Pi)

2 ATP

ADP + Pi

ATP

Glucose

2 pyruvates

2 (ADP + Pi)

2 (ATP)

2 (R’H2)

2 (R’)

Cycle de

krebs

Accepteur du pyruvate, régénéré àchaque tour de cycleMolécules organiquesintermédiaires

ChaînerespiratoireATP synthases

Schéma bilan montrant les mécanismes produisant de l’énergie à partir du glucose, lors de la respiration cellulaire

Matrice

CrêteMitochondrieHyaloplasme

• Subvenir aux besoins à long terme

Digestion Métabolisme

Glycémie toujours maintenue

Libération de glucosePrélèvement de glucose

Stockage Libération

Réserves de glucose

Il existerait dans l’organisme un lieu où le glucose peut-être stocké et libéré dans le sang afin de maintenir la glycémieautour de sa valeur consigne.

1)Les organes consommateurs

B/ Les organes actifs sur la glycémie

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2) Les organes qui contrôlent l’entrée et la sortie du glucose

Malgré les variations journalières, la glycémie est toujours maintenus autour de sa valeur consigne (env 1g/L). dans l’organisme il doit donc exister un lieu où le glucose peut-être stocké en situation d’hyperglycémie, et libéré en situation d’hypoglycémie. En 1850 Lehman montre que le sang qui sort du foie (via la veine sus-hépatique 3) est plus riche en sucre (du glucose en fait mais il ne le savait pas à l’époque) que le sang qui arrive (via la veine porte 2).

A jeun, on constate que le sang sortant de l’intestin ( dans la veine porte en 2) ne contient pas plus de glucose que le sang entrant (en 1).

On en déduit que le foie libère du glucose et qu’il joue donc le rôle d’organe de réserve en cas de manque.

Après un repas, on constate que le sang sortant de l’intestin ( en 2) contient plus de glucose que le sang entrant ( en 1) : 2,5g.L-1 au lieu de 1g.L-1.

On sait que l’intestin est chargé de récupérer les nutriments des aliments. Or l’individu étant à jeun il ne peut y avoir de glucose récupéré . Les mesures sont donc normales

A jeun, On constate que le sang sortant du foie ( en 3) contient plus de glucose que le sang entrant par la veine porte ( en 2) : 1,2g.L-1 au lieu de 0,8g.L-1

On vient de prouver que l’intestin en fournit pas de glucose

On en déduit que le sang a récupéré du glucose provenant des aliments digérés.

Après un repas, on constate que le sang sortant du foie ( en 3) contient moins de glucose que le sang entrant (en 2) :1,3g.L-1 au lieu de 2,5g.L-1

On en déduit que le foie a prélevé du glucose ce qui confirme donc son rôle d’organe de stockage

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En 1858, Charles Rouget, professeur agrégé à la faculté de médecine de Paris, montre que les animaux peuvent stocker du glucose dans de nombreux organes sous la forme d’un polymère : le glycogène.

On avait remarqué que l'ablation du foie (hépatectomie) chez un chien provoquait une chute rapide de la glycémie qui s'accompagnait de troubles fonctionnels importants (tachycardie, baisse de la température, hypertension) conduisant au coma puis à la mort de l'animal au bout de quelques heures.

http://passeport.univ-lille1.fr/site/biologie/scbio/glycemie/glycemie_web.publi/web/co/fig_01_jpg.html

C’est le célèbre physiologiste français Claude Bernard avec son expérience du « foie lavé » en 1855 qui a prouvé que seul le foie peut libérer du glucose dans la circulation sanguine.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Claude_Bernard

Claude Bernard (1889) par Léon Lhermitte. Cette toile de 1,80 m x 2,82 m est exposée à l'Académie nationale de médecine. De gauche à droite : Nestor Gréhant, Victor Dumontpallier, Louis-Charles Malassez, Paul Bert, Arsène d'Arsonval, Claude Bernard, Le Père Lesage, Albert Dastre.

L'expérience du foie lavé(Rémi Cadet 2008)

Il relate ainsi son expérience : « j’ai choisi un chien adulte, vigoureux et bien portant […] je le sacrifiai 7 heures après un copieux repas de tripes. Aussitôt, le foie fut enlevé, et cet organe fut soumis à un lavage continu par la veine porte […] pendant 40 minutes. J’avais constaté au début de l’expérience que l’eau colorée en rouge qui jaillissait par les veines hépatiques était sucrée ; je constatai, en fin d’expérience que l’eau parfaitement incolore qui sortait ne renfermait plus aucune trace de sucre […]. J’abandonnai dans un vase ce foie à température ambiante et, revenu 24 heures après, je constatai que cet organe que j’avais laissé la veille complètement vide de sucre s’en trouvait pourvu très abondamment. »

1-Recherche du glucose dans le muscle et le foie

- Prélever environ 20 g de muscle et laver sous le robinet pour éliminer le sang. Faites de même pour le foie- Placer des fragments dans un grand bêcher et recouvrir d’eau distillée. - Tremper et agiter une bandelette de détection du glucose dans le bêcher. (Test 1)- Récupérer les morceaux dans une passoire et faire couler de l’eau pendant 5 minutes en les remuant pour qu’ils soient bien lavés. - Placer les morceaux dans le même bêcher que vous aurez nettoyé et rempli d’eau distillée et faire un nouveau test. (Test 2)

- Attendre 30 minutes, puis réaliser un dernier test. (Test 3)- Pendant les 30 minutes d’attente, passer à la suite du protocole

2- Recherche du glycogène dans le muscle et le foie

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Bordas spé 2012

http://svtrenoir.free.fr/

Recherche du glucose Recherche

du glycogène

Test 1

(foie et

muscle

non lavé)

Test 2 (Foie

et muscle

lavé)

Test 3 (Foie

et muscle

lavé après 30

minutes

d’attente)

Foie ++ 0 +++ +

Muscles 0 0 0 +

Test 3

On constate que le muscle non lavé ne contient pas de glucose mais contient du glycogène

Test 2Foie muscle

On constate que le muscle lavés ne contiennent pas de glucose

On constate que le foie non lavé contient du glucose et du glycogène

On constate que le foie lavé puis laissé 30 minutes au repos contient à nouveau du glucose

On sait que le glycogène est un polymère de glucose

On en déduit que le muscle peut stocker le glucose sousforme de glycogène, mais il ne le relâche pas dans lacirculation sanguine. Le glycogène des muscles n’est doncutilisé que par les cellules musculaires.

On en déduit que le foie est donc le seul organe capable de stocker et de relâcher le glucose dans le sang. C’est donc leseul organe capable d’assurer la gestion des réserves glucidiques sanguines.

On en déduit que le foie est capable de relâcher le glucose

On en déduit que du glycogène est stocké dans ces deux organes.

On constate que le foie lavé ne contiennent plus de glucose

II Le stockage du glucose dans l’organismeA/Un stockage sous forme de molécules complexes

On constate qu’au cours du temps le glucose disparaît au profit d’abord du glycogène puis des acides gras

On en déduit que le glucose est stocké sous forme de molécule complexe le glycogène dans un premier temps puis sous forme de triglycéride.

D’où les petits bourrelets quand vous mangez trop de sucreries ^^

On constate que seuls les tubes contenant du foie ou du muscle présentent un précipité blanc à l’interface entre la solution à tester et l’éthanol. Le tube avec le rein n’en présente pas.

Les tubes a et b sont des témoins

On en déduit qu’il existe des organes de stockage dans l’organisme et que le foie et le muscle en font partie

Bordas spé 2012

B/Des stockages pour des usages différents

Bordas spé 2012

Les cellules musculaires consomment de grandes quantités de glucose pour fournir l’énergie nécessaire à la contraction. Elles stockent également une partie sous forme de glycogène, molécule obtenue en polymérisant des molécules de glucose (glycogénogénèse). Les réserves de glucose ainsi constituées peuvent être ainsi facilement mobilisées en hydrolysant le glycogène (glycogénolyse) mais le glucose ainsi obtenu ne peut pas être libéré dans le sang ; les réserves en glucose d’une cellule musculaire sont donc strictement privées, inutilisables par une autre cellule.

Circuit du glucose

III La libération du glucose dans le sangA/Une libération directe à partir du glycogène

Le foie joue un rôle central dans la régulation de la glycémie car il est capable à la fois de stoker du glucose et de le libérer dans le sang, en fonction des besoins de l’organisme. Après son absorption au niveau de la muqueuse intestinale, le glucose d’origine alimentaire atteint le foie par la veine porte. La glycémie dans ce vaisseau est alors très supérieure aux valeurs normales habituelles.

La réserve hépatique du glycogène joue donc un rôle tampon très important dans la régulation et la glycémie. Le foie est, par ailleurs, capable de produire du glucose à partir de molécule non glucidique : des acides aminés, du glycérol libéré par les adipocytes (néoglucogenèse).

Synthèse et dégradation du glycogène dans les cellules hépatiqueshttp://www.svt-biologie-premiere.bacdefrancais.net/regulation-glycemie.php

Les cellules hépatiques ou hépatocytes, prélèvent le glucose en excès et le stockent en le polymérisant en glycogène (glycogénogénèse).

Si la glycémie dans la veine porte diminue (période de jeun), les hépatocytes peuvent hydrolyser le glycogène (glycogénolyse) et reformer du glucose ensuite libéré dans le sang, ce qui contribue à rétablir la valeur normale de la glycémie.

Digestion Métabolisme

Glycémie toujours maintenue

Libération de glucose Prélèvement de glucose

Stockage Libération

Glucose

Glycogène

Glycogenèse Glycogénolyse

Schéma montrant le rôle du foie dans le maintien de la glycémie autour de sa valeur consigne

FOIE

B/Une libération indirecte à partir des lipides

Bordas spé 2012

Les cellules du tissu adipeux (adipocytes) produisent des molécules lipidiques (triglycérides) à partir du glucose puisé dans le sang (mécanisme biochimique de lipogenèse). Ces molécules, stockées dans le cytoplasme des adipocytes sous forme de gouttelettes, représentent la réserve de glucose la plus importante de l’organisme. Son utilisation suppose que les triglycérides soient transformés en glycérol (lipolyse) puis que ces glycérols transportés par le sang jusqu’au foie, y soient enfin transformés en glucose.

Pancréas de mammifère vu au microscope optique centré sur un îlot de Langerhans (Gx400)

Îlot de Langerhans(cellules participants aumétabolisme du glucose).

Un acinus pancréatique(cellules qui sécrètentdes enzymes digestivesdans l’intestin grâce aucanal de Wirsung).

IV Le rôle du pancréasA/ Structure du pancréas

http://www.svt-biologie-premiere.bacdefrancais.net/regulation-

Le pancréas possède à la fois une fonction digestive et une fonction endocrine ( libération d’hormones)

B/La mise en évidence de la fonction hormonale du pancréas

En 1889, Oskar Minkowski et Josef vonMering sont les premiers à pratiquer l'ablation du pancréas (pancréatectomie) chez le Chien. Immédiatement, ils constatent l'apparition de deux types de troubles: - - des troubles digestifs dus à l'absence de suc pancréatique(dont le rôle dans la digestion des aliments est très important)- une augmentation rapide et importante de la glycémie qui conduit à la mort de l'animal au bout de plusieurs jours-

On constate une baisse de la glycémie en présence du pancréas et une hausse en son absence

On en déduit que le pancréas joue bien un rôle dans la régulation de la glycémie

On constate que la glycosurie augmente après ablation du pancréas greffé.

On en déduit que le glucose accumulé dans le sang est éliminé par les reins au niveau des urines

Bordas spé 2012

Belin spé 2012

On constate une baisse de glycémie lors de l’injection de cellules pancréatiques vivantes.

On constate que l’injection de cellules de pancréas mortes ne provoque pas de baisse de glycémie, au mieux un ralentissement de la hausse de celle-ci.

On constate que l’injection de cellules de foie provoque une hausse de la glycémie.

On en déduit que les cellules pancréatique contrôlent le stockage du glucose.

On en déduit que les cellules hépatiques contrôlent la libération du glucose.

Bordas spé 2012

Les expériences de Mering et Minkowski suggèrent que le pancréas à un rôle dans lemaintien de la glycémie autour d’une valeur consigne.Les expériences de Hédon suggèrent que le pancréas produiraient une substance déverséedans la circulation sanguine et qui permettrait de maintenir une glycémie autour de savaleur consigne.Les expériences de Banting et Best semblent confirmer les expériences de Hédon.

C/Les hormones pancréatiques

On constate que l’injection d’insuline provoque une hypoglycémie ( baisse de la glycémie)

On constate que les AC anti-insuline se fixent dans les cellules β

On en déduit que l’insuline est une hormone de nature protéique produite par les cellules β des ilots de Langerhans

On constate que l’injection de glucagon provoque une hyperglycémie ( hausse de la glycémie)

On constate que les AC anti-glucagon se fixent dans les cellules α

On en déduit que le glucagon est une hormone de nature protéique produite par les cellules α des ilots de Langerhans

Insuline = stockage sucre

Glucagon = libération sucre

1) Mise en évidence de deux hormones antagonistes

Bordas spé 2012

2) La détection de la variation de la glycémie Bordas spé 2012

On constate que lorsque la glycémie augmente il y a une réponse hormonale : la quantité d’insuline augmente et celle de glucagon diminue.

On en déduit que le taux glucose est l’élément déclencheur de la boucle de régulation

On constate que plus la quantité de glucose en contact avec les cellules des ilots de Langerhans est importante plus il y a libération d’insuline et moins il y a libération de glucagon

On en déduit que les cellules des ilots de Langerhans détectent le glucose et produisent l’hormone nécessaire à la régulation de son taux

Effet de glucose sur les cellules β

- L’absorption du glucose par les cellules β active la libération d’insuline dans le sang.

- Le glucose inhibe la sécrétion de glucagon par les cellules α.

Belin spé 2012

- Au niveau de la membranedes cellules pouvant stocker leglucose, il existe des récepteursà insuline.

- Seules les cellules hépatiquespossèdent des récepteurs auglucagon, c’est pour cela quec’est le seul organe capable delibérer le glucose dans le sang.

Belin spé 2012

3) Action sur les cellules cibles

On constate qu’en temps normal les cellules musculaires absorbent deux fois plus de glucose que les adipocytes.

On sait que les cellules musculaires consomment du glucose pour leur fonctionnement et pour le stocker sous forme de glycogène, , il est donc normal qu’elles en consomment.

On sait que les adipocytes stockent le glucose sous forme de triglycérides, il est donc normal qu’elles en consomment.

On constate qu’en présence d’insuline, les cellules musculaires absorbent deux fois plus de glucose qu’en temps normal.

On constate qu’en présence d’insuline, les adipocytes absorbent deux fois plus de glucose qu’en temps normal.

On en déduit qu’elles sont la cible de cette hormone pour favoriser le passage de glucose dans la cellule et le stockage sous forme de glycogène.

On en déduit qu’ils sont la cible de l’insuline afin de favoriser le stockage du glucose

Le principe de la communication hormonale

La régulation de la glycémie repose donc sur les hormones pancréatiques : insulineet glucagon.

Mécanismes cellulaires de la libération et du stockage du glucose par les cellules hépatiques

Belin spé 2012

Après un repas

Après un jeûne de courte durée

Pancréas endocrine Pancréas endocrine

Valeur à régler

GLYCEMIE à 1 g/L

Agit sur

Réponse de Schéma montrant la boucle de régulation de

l’homéostat glycémique par rétroaction négative

Hypoglycémie

Cellules Alpha

Cellules Bêta

Sécrétion de glucagon dans le sang

Organes avec des récepteurs du glucagon

:

Foie Libération du glucose

Hyperglycémie

Cellules Alpha

Cellules Bêta

Sécrétion d’insuline dans le sang

Organes avec des récepteurs de l’insuline :

Foie, tissus adipeux, muscles

Stockage du glucose