Le glycogène est une macromolécule (masse moléculaire d'environ 400 millions de daltons) de -glucose dans laquelle il existe principalement des liaisons glycosidiques -1,4 et des ramifications dans un rapport de 1:10, dues à des liaisons glycosidiques -1,6.
Le glycogène constitue une matière de réserve et est continuellement dégradé et reconstitué ; dans toute la masse cellulaire du corps, il y a environ 100 g de glycogène : il se trouve en grande partie dans le foie où il est mobile et peut donc être utilisé comme réserve pour d'autres organes (le glycogène dans les muscles n'est pas mobile).
Les enzymes qui catalysent la dégradation et la synthèse du glycogène sont toutes dans le cytoplasme, il faut donc un système de régulation qui rende une voie inactive quand l'autre est active : s'il y a du glucose disponible, ce dernier est converti en glycogène (anabolisme) qui est une réserve, inversement, si c" est nécessaire pour le glucose, alors le glycogène est dégradé (catabolisme).
L'enzyme principalement impliquée dans la dégradation du glycogène est la glycogène phosphorylase; cette enzyme est capable de cliver une liaison glycosidique α-1,4 en utilisant un orthophosphate inorganique comme agent lytique : le clivage se fait par voie phosphorolytique et on obtient du glucose 1-phosphate.
A cinq ou six unités d'un point de ramification, l'enzyme glycogène phosphorylase n'est plus capable d'agir donc elle se détache du glycogène et est remplacée par une enzyme déramifiante qui est un transférase: dans le site catalytique de cette enzyme c "est une" histidine qui permet le transfert de trois unités saccharidiques à la chaîne glycosidique la plus proche (l'histidine attaque le premier carbone d'une molécule de glucose). glycosyltransférase; à la fin de l'action de cette enzyme, il ne reste qu'une unité glucose sur la chaîne latérale avec le premier carbone lié au sixième carbone d'un glucose dans la chaîne principale.La dernière unité glucose dans la chaîne latérale est libérée par l'action de "enzyme α-1,6 glycosidase (cette enzyme constitue la deuxième partie de l'enzyme déramifiante) ; étant donné que les ramifications en glycogène sont dans un rapport de 1:10, à partir de la dégradation complète de la macromolécule on obtient environ 90 % de glucose 1-phosphate et environ 10 % de glucose.
L'action des enzymes précitées permet l'élimination d'une chaîne latérale de la molécule de glycogène ; l'activité de ces enzymes peut être répétée jusqu'à ce que la dégradation complète de la chaîne se produise.
Considérons un hépatocyte; le glucose (assimilé par l'alimentation), lorsqu'il pénètre dans la cellule est converti en glucose 6-phosphate et est ainsi activé. Glucose 6-phosphate, par l'action de phosphoglucomutase, se transforme en glucose 1-phosphate : ce dernier est un précurseur non immédiat de la biosynthèse ; dans la biosynthèse on utilise une forme activée de sucres qui est représentée par un sucre lié à un diphosphate : généralement l'uridyldiphosphate (UDP). puis transformé en UDP-glucose, ce métabolite sous l'action de glycogène synthase capable de lier l'UDP-glucose à une extrémité non réductrice du glycogène en croissance : on obtient du glycogène allongé d'une unité glucosidique et de l'UDP.L'UDP est converti par l'enzyme diphosphokinase nucléoside en UTP qui retourne dans la circulation.
La dégradation du glycogène se produit par l'action de glycogène phosphorylase qui libère une molécule de glucose et la transforme en glucose 1-phosphate. Par la suite, la phosphoglucomutase convertit le glucose 1-phosphate en glucose 6-phosphate.
Le glycogène est surtout synthétisé dans le foie et les muscles : dans l'organisme, il y a 1 à 1,2 hectogrammes de glycogène répartis dans toute la masse musculaire.
Le glycogène d'un myocyte ne représente une réserve énergétique que pour cette cellule alors que le glycogène contenu dans le foie est aussi une réserve pour d'autres tissus, c'est-à-dire qu'il peut être envoyé, sous forme de glucose, vers d'autres cellules.
Le glucose 6-phosphate obtenu dans les muscles à partir de la dégradation du glycogène est alors envoyé, en cas de besoin énergétique, vers la glycolyse ; dans le foie, le glucose 6-phosphate est transformé en glucose par l'action de glucose 6-phosphate phosphatase (enzyme caractéristique des hépatocytes) et est véhiculée dans la circulation sanguine.
La glycogène synthase et la glycogène phosphorylase agissent toutes les deux sur les unités non réductrices du glycogène, il doit donc y avoir un signal hormonal qui commande l'activation d'une voie et le blocage de l'autre (ou vice versa).
En laboratoire, il a été possible d'allonger la chaîne du glycogène en exploitant la glycogène phosphorylase et en utilisant le glucose 1-phosphate à une concentration très élevée.
Dans les cellules, la glycogène phosphorylase ne catalyse que la réaction de dégradation car les concentrations des métabolites sont telles qu'elles déplacent l'équilibre de la réaction suivante vers la droite (c'est-à-dire vers la dégradation du glycogène) :
Voyons le mécanisme d'action de la glycogène phosphorylase : l'oxygène de l'acétal (qui agit comme un pont entre les unités glucose) se lie à l'hydrogène du phosphoryle : il se forme un intermédiaire de réaction donné par un carbocation (sur le glucose qui est tout " extrémités) auquel le phosphoryle (Pi) se lie très rapidement.
La glycogène phosphorylase nécessite un cofacteur qui est le phosphate de pyridoxal (cette molécule est également un cofacteur des transaminases) : elle possède un phosphoryle partiellement protoné (le phosphate de pyridoxal est entouré d'un environnement hydrophobe qui justifie la présence de protons qui lui sont liés). Le phosphoryle (Pi) est capable de transférer un proton au glycogène car ce phosphoryle réacquiert alors le proton du phosphoryle partiellement protoné du phosphate de pyridoxal. La probabilité qu'à pH physiologique le phosphoryle perde son proton et reste complètement déprotoné est très faible.
Voyons maintenant comment fonctionne la phosphoglucomutase.Cette enzyme présente, dans le site catalytique, un résidu de sérine phosphorylée ; la sérine cède du phosphoryle au glucose 1-phosphate (en position six) : du glucose 1,6-bisphosphate est formé pendant une courte période, puis la sérine est rephosphorylée en prenant le phosphoryle en position un. La phosphogluco mutase peut agir dans les deux sens, c'est-à-dire en convertissant le glucose 1-phosphate en glucose 6-phosphate ou vice versa ; si du glucose 6-phosphate est produit, il peut être envoyé directement à la glycolyse, dans les muscles, ou transformé en glucose dans le foie.
L'enzyme uridyl phosphogluco transférase (ou UDP glucose pyrophosphorylase) catalyse la réaction de transfert du glucose 1-phosphate en UTP par fixation au phosphoryle a.
L'enzyme qui vient d'être décrite est une pyrophosphorylase : ce nom est dû au fait que la réaction opposée à celle qui vient d'être décrite est une pyrophosphorylation.
L'UDP glucose, obtenu comme décrit, est capable d'allonger la chaîne glycogène, par une unité monosaccharidique.
Il est possible de faire évoluer la réaction vers la formation de glucose UDP en éliminant un produit qui est le pyrophosphate ; l'enzyme pyrophosphatase convertit le pyrophosphate en deux molécules d'orthophosphate (hydrolyse d'un anhydride) et, ce faisant, maintient la concentration de pyrophosphate à un niveau si bas qu'il favorise thermodynamiquement le processus de formation du glucose UDP.
Comme mentionné, le glucose UDP, grâce à l'action de la glycogène synthase, est capable d'allonger la chaîne du glycogène.
Les ramifications (dans un rapport de 1:10) sont dues au fait que, lorsqu'une chaîne de glycogène est constituée de 20-25 unités, une enzyme de ramification (ayant une "histidine sur son site catalytique) intervient, capable de transférer une série de 7 -8 unités glycosidiques plus en aval de 5-6 unités : ainsi une nouvelle ramification est générée.
Pour des raisons d'origine nerveuse ou si l'énergie est nécessaire en raison d'un effort physique, l'adrénaline est sécrétée par les glandes surrénales.
Les cellules cibles de l'adrénaline (et de la noradrénaline) sont celles du foie, des muscles et du tissu adipeux (dans ce dernier il y a la dégradation des triglycérides et la circulation des acides gras : par conséquent, du glucose est produit dans les mitochondries 6 -phosphate, pour être envoyé à la glycolyse, tandis que dans les adipocytes, le glucose 6-phosphate est transformé en glucose par l'action de l'enzyme glucose 6-phosphate phosphatase et exporté vers les tissus).
Voyons, maintenant, les modalités d'action de l'adrénaline. L'adrénaline se lie à un récepteur placé sur la membrane cellulaire (des myocytes et des hépatocytes) et cela détermine la traduction du signal de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule.La protéine kinase est activée qui agit simultanément sur les systèmes qui régulent la synthèse et la dégradation du glycogène :
La glycogène synthase existe sous deux formes : une forme déphosphorylée (active) et une forme phosphorylée (inactive) ; la protéine kinase phosphoryle la glycogène synthase et bloque son action.
La glycogène phosphorylase peut exister sous deux formes : une forme active dans laquelle une sérine phosphorylée est présente et une forme inactive dans laquelle la sérine est déphosphorylée. La glycogène phosphorylase peut être activée par l'enzyme glycogène phosphorylase kinase. La glycogène phosphorylase kinase est active si elle est phosphorylée et inactive si elle est déphosphorylée ; la protéine kinase a comme substrat la glycogène phosphorylase kinase, c'est-à-dire qu'elle est capable de phosphoryler (et donc d'activer) cette dernière qui, à son tour, active la glycogène phosphorylase.
Une fois le signal d'adrénaline passé, l'effet qu'il a sur la cellule doit également cesser : les enzymes phosphatases interviennent alors sur l'espèce protéique.
