Glycogène

C'est à Claude Bernard qu'on doit d'abord l'idée de la fonction glycogénique du foie puis dans un deuxième temps l'isolement du glycogène. Cette découverte en 1856 marque une rupture importante avec les conceptions antérieures sur la nutrition. On pensait que seules les plantes pouvaient fabriquer les sucres, ensuite dégradés par les animaux dans un lieu qui restait à déterminer, et dont Lavoisier pensait qu'il était le poumon. C'est en cherchant le lieu de cette dégradation que Claude Bernard constata la présence de sucre à la sortie du foie (dans la veine sus-hépatique) et son absence à l'entrée (dans la veine porte). Chez des animaux nourris exclusivement de viande, la présence de sucre persistait à la sortie du foie. Les méthodes de dosage qu'il employait ne lui permettaient pas de retrouver le sucre au-dessous de 0,8 à 1 g/l, et donc dans la veine porte, ce qui le conduisit à donner une interprétation excessive de ses expériences. On crut longtemps qu'il s'était trompé, et que le foie ne faisait que stocker le sucre sous forme de glycogène, avant de découvrir que la glycogénogenèse était bien le facteur essentiel de la formation du glycogène hépatique[3].

Le glycogène est une molécule de la famille des glucides (macromolécule) constituée de nombreuses unités de D-glucose et qui constitue une réserve de glucose stockée dans le foie et dans les muscles. C'est un polymère du glucose de structure arborescente, et de formule chimique (C₆H₁₀O₅)_n.

Chacune des chaînes latérales du glycogène comporte de dix à quinze unités de glucose, reliées entre elles par des liaisons alpha (1-4). Les chaînes sont reliées entre elles par des liaisons alpha-(1-6). Le glycogène du foie contient ainsi trente mille unités de glucose.

Son poids moléculaire varie de 1 à 5×10⁶ daltons (Da) selon son origine.

La glycogénogenèse se réalise en deux étapes. Dans un premier temps, grâce au glycogène synthétase, a lieu la formation des chaînes linéaires à partir de l'amorce de deux à trois molécules de glucose qui se forment par le glycogénine, avec des liaisons osidiques de type alpha. Ensuite, l'enzyme branchante (alpha-1,4-D-glucanne)[4] relie entre elles les chaînes.

Glycogène (granules noirs) dans les spermatozoïdes d'un Plathelminthe. Microscopie électronique. Échelle : 0,3 µm.

Le stockage du glucose en glycogène est réalisé grâce à une enzyme : la glycogène synthase. C'est la glycogenèse.

Le foie réalise la glycogénolyse (hydrolyse du glycogène) pour « reformer » du glucose à partir de ses réserves de glycogène) grâce à la glycogène phosphorylase. Si le glycogène vient à s'épuiser (au bout de douze heures de jeûne chez l'être humain), le foie utilise alors des protéines, du lactate (issus des muscles, entre autres) ou du glycérol (issu des lipides) pour reformer du glucose, par néoglucogenèse.

On trouve du glycogène également dans les muscles où il est stocké puis dégradé en glucose lors des efforts musculaires. Contrairement au cas du foie, le glucose ainsi produit par la cellule musculaire ne peut être utilisé que par cette même cellule.

La production de glycogène dans l'organisme est stimulée par l'insuline, hormone hypoglycémiante. Par la fixation à son récepteur de la famille tyrosine kinase, l'insuline active une cascade de signalisations intracellulaires aboutissant à l'activation de la glycogène synthase. La dégradation du glycogène en glucose est stimulée par le glucagon et l'adrénaline et est assurée majoritairement par une glucosidase de type amylase ainsi qu'une glycogène phosphorylase. Les deux hormones hyperglycémiantes se fixent sur des récepteurs à sept domaines transmembranaires couplés à des protéines G qui activent l'adénylate cyclase qui augmente le taux d'AMP cyclique dans la cellule, ce qui active une protéine kinase A qui inhibe la glycogène synthase et qui active la glycogène phosphorylase.

Les déficits en enzymes intervenant dans le métabolisme du glycogène donnent lieu à des maladies neuromusculaires rares appelées glycogénoses.

• Glycogénose de type 0 : déficit en glycogène synthétase[5].
• Glycogénose de type I : résulte de l'absence de glucose-6-phosphatase[6].
• Glycogénose de type II ou maladie de Pompe : absence d'α(1→4) glucocidase[5]^,[6].
• Glycogénose de type III ou maladie de Forbes : absence d'α(1→6) glucocidase[5]^,[6].
• Glycogénose de type IV ou maladie d'Andersen : absence de glucosyl (1→4)-(1→6) (glycosyltransférase)[5]^,[6].
• Glycogénose de type V ou maladie de Mc Ardle : déficit en phorphorylase musculaire[6]^,[5].
• Glycogénose de type VIb ou maladie de Hers : déficit en phorphorylase hépatique[6]^,[5].
• Glycogénose de type VII ou maladie de Tarui : déficit en phosphofructokinase musculaire[5].
• Glycogénose de type VIa, VIII et IX : déficit en phosphorylase kinase[7].
• Glycogénose de type X ou maladie de Di Mauro : déficit en phosphoglycérate mutase[5].
• Glycogénose de type XIV : déficit en glycogène synthase musculaire[5].