GLUCOSES :  

Le glucose doit être disponible en permanence, indépendamment des apports alimentaires en particulier pour les neurones, les Globules Rouges et les cellules de la médullaire rénale. 

Disponibilité permise par le maintien de la glycémie (= 0,8-1,2 g/l) grâce à une régulation  métabolique très fine (insuline/glucagon). 

Une perturbation de cette régulation a des conséquences graves pour l’organisme (ex  diabètes sucrés). 

Notre cerveau consomme 120 g de glucose/jour ! 

Si glycémie < 0,5 g /L (hypoglycémie) troubles neurologiques graves décès.

I- Structure des oses  

Les oses, ou monosaccharides, sont : 

- les molécules glucidiques les plus simples 

- Composés de C, H et O 

- Très hydrophiles 

- Notamment classés selon leur nombre de C: triose (3C), pentose (5C), hexose (6C) Le glucose est un ose :  

- Squelette carboné 

- Fonction carbonyle (réactivité) 

- Fonctions alcool (solubilité) 

Il y a 6 Carbone donc c’est un hexose . 

Faire attention à la position des OH 

En solution, le glucose est majoritairement sous forme cyclique (via processus de cyclisation). 

La fonction carbonyle dans le glucose est présente au niveau du carbone 1. Lorsque le glucose subit une  réaction de cyclisation pour former une structure cyclique, cela se fait entre le carbone 1 (portant le groupe  carbonyle) et un des carbones hydroxyles voisins. 

Cette réaction de cyclisation peut donner naissance à une structure cyclique symétrique ou asymétrique,  en fonction de la position du groupe hydroxyle réagissant avec le carbone 1. 

- Si le groupe hydroxyle se lie au carbone 1 du côté opposé au groupe CH2OH (carbone 5), la  structure cyclique est symétrique. (alpha) 

- Si le groupe hydroxyle se lie du même côté que le groupe CH2OH, la structure cyclique est  asymétrique. (ß) 

Autres oses simples :

La liaison osidique: 

La fonction –OH d’un ose peut établir une liaison avec le –OH ou le -NH2 d’une autre molécule. Si cette autre molécule est: 

• une protéine, cela forme une glycoprotéine,  

• un lipide, cela forme un glycolipide, 

• un autre ose, cela forme un oside. 

Cas du (désoxy)ribose qui établit une liaison osidique avec une base azotée (A, T, G, C,U) pour former un  nucléotide. 

Les osides sont des assemblages d’au moins deux oses liés par liaison osidique. 

- Si deux oses liés = dioside ou disaccharide, 

- Si trois oses liés = trioside ou trisaccharide, 

- ... 

- Si plusieurs oses liés = polyoside ou polysaccharide. 

Exemple :  

Polysaccharides (polymère d’oses) de réserve énergétique 

un polymère est une suite de molécules de même type reliées les unes aux autres Exemples de polyosides bien connus: l’amidon, le glycogène et la cellulose : 

a) L’amidon et le glycogène

Le glycogène permet d’assurer l’apport de glucose aux tissus qui en ont besoin en dehors des périodes de  digestion. 

L’amidon se trouve dans de nombreux aliments comme la pomme de terre par exemple. Ce sont des polymères de α-glucoses de structure voisine.  

Dans l’amidon et le glycogène, on retrouve: 

• Une longue chaîne principale de α-glucoses 

• Des ramifications (ou branchements) de α- glucoses liées à la chaîne principale. Amidon et glycogène sont dégradés au cours de la digestion par les α -amylases (salivaire et pancréatique) 

Glycogène et amidon constituent une réserve d’énergie sous forme de glucose. 

Ils diffèrent par leur forme dans l’espace: 

- Le glycogène (origine animale) présente des branchements tous les 8-10 résidus. 

- L’amidon (origine végétale) présente des branchements tous les 20-25 résidus. 

b) La cellulose 

C’est aussi un polymère de glucoses, mais ≠ du glycogène et de l’amidon pour plusieurs raisons : • Elle forme une longue chaîne principale de β- glucoses, 

• Il n’y a pas de ramifications sur la chaîne principale, 

• Elle a uniquement un rôle structural compose la paroi des cellules végétales (d’où composé organique le plus  abondant dans la nature)

Attention !  

Les liaisons qui unissent les β-glucoses entre eux sont ≠ de celles que l’on retrouve entre les α- glucoses de l’amidon et du glycogène...  Ainsi, nous ne pouvons pas digérer la cellulose car nous ne possédons pas l’enzyme capable d’hydrolyser les liaisons entre les β-glucoses (contrairement à l’amidon et au glycogène) 

II- Origine et devenir du glucose  

Pour se reproduire et se développer, l’organisme a besoin d’énergie : 

• Biosynthèse des molécules indispensables à la vie : ADN, protéines, lipides, glucides, hormones,  molécules signal…. 

• Contraction musculaire 

• Transport actif d’ions (Na+, K+…) 

• Activité cérébrale 

Le plus souvent, cette énergie est apportée par l’ATP (Adénosine triphosphate). Ce’st la forme d’énergie  biologique utilisée par les cellules.  

L’énergie de cette molécule est contenue dans les deux liaisons qui unissent les phosphates de l’ATP =  liaison riche en énergie. 

Comment alors régénérer l’ATP ? 

Par la dégradation des nutriments énergétiques: glucose et acide gras! 

D’où le principe : 

Le métabolisme énergétique permet de récupérer l’énergie contenue dans les liaisons chimiques des  nutriments (glucose et AG) 

Cette énergie récupérée est alors transférée dans l’ATP ! 

Ce transfert d’énergie s’effectue sous la forme de transferts d’électrons!

a) Après un repas (période post-prandiale) : 

Le glucose alimentaire est utilisé en priorité comme substrat énergétique dans tous les tissus (dont le  tissu nerveux, les hématies...). 

L’excès de glucose alimentaire : 

• Est stocké dans le foie et les muscles sous forme de glycogène 

• Est convertie en acide gras, mis en réserve dans le tissu adipeux sous forme de triglycérides. L’utilisation et le stockage du glycose sont favorisés par l’insuline (hormone hypoglycémiante). 

b) A distance d’un repas (période inter-prandiale ou post-absorptif) : 

Le glucose est dans ce cas produit de manière endogène selon deux processus distincts dans le  temps : 

A partir de la dégradation du glycogène hépatique et musculaire (= glycogénolyse), A partir d’un processus de synthèse de novo : la gluconéogenèse (ou néoglucogenèse), lorsque les  réserves de glycogène sont épuisées. 

Ces mécanismes sont favorisées par des hormones hyperglycémiantes : glucagon (surtout) et  catécholamines (adrénaline, noradrénaline). 

Dans cette situation, le glucose est utilisée en priorité pour le cerveau (et les hématies). Les autres tissus (muscles par ex.) vont utiliser les acides gras provenant de la dégradation des  triglycérides du tissu adipeux (= lipolyse).

III- Métabolisme du glucose  

Le métabolisme énergétique permet de récupérer l’énergie contenue dans les liaisons chimiques au sein des nutriments sous la forme d’ATP. 

Ce transfert d’énergie, des nutriments (sucres, acides gras..) vers la production d’ATP  s’effectue sous la forme de transferts d’électrons.

OXYGENE :  

Rappels :  

La myoglobine est la protéine de stockage de l’oxygène dans le muscle est constitué d’une  partie protéique appelé apoprotéine et une partie non protéique appelé le groupement prosthétique. Ce groupement est constitué d’un hème au milieu du quel il y a un ion fer et  qui permet la fixation de l’oxygène. 

C’est la même chose pour l’hémoglobine , petite particularité , sa structure est de type  tétramérique c’est-à-dire quelle est composé de 4 sous unités et dans chacune de ces unités  il y a un hème qui permet la fixation d l’oxygène.  

IV- Saturation des globines par l’oxygène  

But : déterminer les caractéristiques de la liaison entre la Mb (ou l’Hb) et l’O2 en condition  physiologique.  

a) Courbe de saturation de l’hémoglobine 

On mesure le % de saturation en O2 de la Mb en fonction de la pression partielle en O2  (PO2) en mmHg (ou torrs). 

+ la pression partielle est haute + on a d’oxygène dissout dans le sang. L’hémoglobine est le transporteur de l’oxygène . 

L'affinité de l'hémoglobine (Hb) pour l'oxygène est moins forte que celle de la myoglobine  (Mb), mais elle est modulable, ce qui signifie qu'elle peut être ajustée en réponse aux  conditions environnementales. Cette capacité d'ajustement de l'affinité est cruciale car elle  permet à l'hémoglobine d'agir comme un transporteur efficace d'oxygène. 

Lorsque l'affinité est plus faible, l'hémoglobine libère plus facilement l'oxygène dans les  tissus qui en ont besoin, tandis qu'à des niveaux élevés de pression partielle en oxygène  (PO2), elle a une affinité plus forte et se charge en oxygène. Cette flexibilité permet à  l'hémoglobine de s'adapter aux besoins variables des tissus dans différentes situations  physiologiques. 

Ainsi, c'est cette affinité variable de l'hémoglobine pour l'oxygène qui la rend efficace en  tant que transporteur, assurant la livraison précise d'oxygène là où c'est nécessaire dans le  corps.

(Vidéo 55min) 

V- Mécanismes de la coopérativité  

Les déplacements générés sur une sous-unité sont transmis à une sous-unité associée grâce  aux liaisons ioniques entre les sous-unités. 

La résultante globale est un mouvement du dimère a1b1 par rapport à a2b2 Le 2,3 DPG diminue l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène (augmentation de la P50) 

Le 2,3 DPG bloque l’hémoglobine en position T en se fixant dans l ’espace libre entre les 4  sous-unités.  

En l’absence de DPG, la coopérativité disparaît. 

La coopérativité nécessite la présence de 2,3 DPG.

L’hémoglobine existe sous 2 conformations: 

- forme R, forte affinité pour l’O2, faible affinité pour le 2,3 DPG 

- forme T, faible affinité pour l’O2, forte affinité pour le 2,3 DPG 

La coopérativité de la fixation de l’oxygène sur l’hémoglobine nécessite: 

- le 2,3 DPG qui oblige l’hémoglobine a rester sous forme T 

- les ponts salins entre les sous-unités qui permettent de transmettre le changement  de conformation d’une sous-unité aux autres sous-unités 

VI- Illustrations des mécanismes de coopérativité  

L’effet Bohr : 

L’acidification du sang entraîne une augmentation de la P50, donc une diminution de  l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène 

L’acidification du sang entraîne une libération d’oxygène 

L'effet Bohr, se réfère à la modulation de l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène en  fonction du pH (acidité) dans les tissus. 

Lorsque les tissus sont plus acides, comme cela se produit pendant un exercice intense, le  dégagement de dioxyde de carbone (CO2) augmente. Le CO2 se combine avec l'eau pour  former de l'acide carbonique (H2CO3), qui se dissocie en ions bicarbonates (HCO3-) et en  ions hydrogène (H+). Cette augmentation des ions H+ abaisse le pH dans les tissus. 

L'effet Bohr fait que l'hémoglobine a une affinité moindre pour l'oxygène à un pH plus bas.  Cela signifie que, dans les tissus acides où l'oxygène est nécessaire, l'hémoglobine libère  plus facilement l'oxygène pour répondre à la demande des cellules. En résumé, l'effet Bohr  assure que l'hémoglobine transporte et libère l'oxygène de manière adaptative en fonction  des besoins métaboliques des tissus. 

L’hémoglobine fœtale : 

L'hémoglobine fœtale est une forme spécifique d'hémoglobine présente chez les fœtus  pendant le développement intra-utérin. La caractéristique principale de l'hémoglobine  fœtale est sa forte affinité pour l'oxygène, ce qui lui permet de capter l'oxygène de la  circulation maternelle à des niveaux de pression partielle en oxygène (PO2) plus bas que ce  qui serait possible avec l'hémoglobine adulte. 

La principale composante de l'hémoglobine fœtale est appelée hémoglobine F (HbF), qui se  compose de deux chaînes alpha et deux chaînes gamma (α2γ2). Cette configuration particulière de sous-unités confère à l'hémoglobine fœtale sa capacité accrue à lier  l'oxygène.

Cette adaptation est cruciale car elle permet au fœtus de prélever efficacement l'oxygène  du sang maternel dans le placenta, où les niveaux de PO2 sont plus bas que dans les tissus  adultes. Après la naissance, la production d'hémoglobine fœtale diminue progressivement,  et elle est remplacée par la production d'hémoglobine adulte. 

VII- L’hémoglobine glyquée  

un biomarqueur utilisé en clinique : 

Glycation: fixation non enzymatique d'oses et principalement de glucose sur les fonctions  amines des protéines. 

- La glycation non enzymatique des protéines est un processus physiologique lent qui  affecte toutes les protéines de l'organisme et dont l'intensité augmente avec la glycémie.  - Puisque la durée de vie des hématies est d'environ 120 jours, la concentration  d'hémoglobine glyquée renseigne sur l’équilibre glycémique des 8 à 12 semaines qui  précèdent le dosage. 

- On mesure en particulier l’hémoglobine A1c (HbA1c, glyquée sur la valine N-terminale de  la chaîne bêta). 

Conclusion :  

Glucose : Implication à plusieurs niveaux : 

- Structure : participation à l’organisation des tissus 

- Réserve énergétique : dans l’amidon et le glycogène •Métabolisme énergétique :  production d’ATP et de coenzymes réduits 

Respiration cellulaire : 

- Rôle de la chaîne respiratoire dans la production d’énergie sous forme d’ATP, via la ré  oxydation des  

- coenzymes 

Oxygène: 

- Indispensable à la ré oxydation des coenzymes. 

- Rôles complémentaires de l’hémoglobine et de la myoglobine dans l’oxygène