Les enzymes
Notre alimentation est riche en glucides complexes comme l'amidon (polymère de glucose). Le système digestif ne pouvant pas assimiler les glucides complexes, ils doivent être dégradés par les enzymes digestives. Elles hydrolysent les glucides complexes, qui sont de grosses molécules, en glucides simples comme le glucose qui peut alors être assimilé par l'organisme.
L'amidon est constitué de molécules de glucose. L'amylase, une enzyme sécrétée dans la salive et par le pancréas, permet de former du glucose dans le tube digestif au cours de la digestion.
Principe de la digestion de l'amidon en glucose par l'amylase
Enzyme
Une enzyme, qui est une protéine, est un catalyseur de réaction biochimique dans le vivant (biocatalyseurs). Elles permettent d'accélérer une réaction qui serait possible sans elles, mais qui serait beaucoup trop lente. Une fois leur fonctionnement terminé, elles restent intactes.
L'amylase est une enzyme qui hydrolyse l'amidon en maltose, une maltase sera ensuite nécessaire pour obtenir du glucose.
Les enzymes réalisent les réactions selon :
- Une spécificité de substrat : elles n'agissent que sur un seul substrat, reconnu grâce au site de reconnaissance de l'enzyme.
- Une spécificité d'action : elles réalisent toujours la même action sur le substrat qui leur est spécifique, au niveau de leur site catalytique.
- Un optimum de fonctionnement : leur vitesse d'action est maximum à des conditions de pH et de température spécifiques à chacune.
Spécificité de substrat
Une enzyme n'agit que sur un seul substrat.
L'amylase n'agit que sur l'amidon.
Spécificité d'action
Une enzyme ne catalyse qu'une seule réaction.
L'amylase n'est capable que d'hydrolyser l'amidon en molécules de maltose (molécule formée de deux glucoses).
Optimum de fonctionnement
L'optimum de fonctionnement d'une enzyme représente les conditions de pH et de température dans lesquelles l'enzyme a la vitesse de réaction la plus grande.
La chaleur permet d'accroître l'agitation moléculaire et favoriser la rencontre entre l'enzyme et son substrat : la vitesse de réaction est alors augmentée. Cependant, la température ne doit pas être trop importante, sinon la conformation 3D de la protéine est modifiée. De même, le pH ne doit pas être trop fort ou trop faible, sinon l'enzyme ne fonctionnera plus, et ce de manière irréversible : on dit qu'elle est dénaturée.
Chaque enzyme possède un site de reconnaissance et un site catalytique qui forment le site actif, lequel leur confère leurs spécificités. Ce site est défini par la conformation spatiale de l'enzyme.
Si on étudie le site actif d'enzymes homologues de plusieurs espèces, on note une forte conservation des acides aminés. Cela démontre qu'une modification de ces derniers pourrait entraîner un dysfonctionnement de l'enzyme.
Site actif
Le site actif d'une enzyme est composé :
- Du site de reconnaissance, qui permet la reconnaissance du substrat.
- Du site catalytique, au niveau duquel la réaction se fait.
Un substrat, spécifique de l'enzyme, est reconnu et se lie au site actif : il y a alors formation du complexe enzyme – substrat. Le site catalytique permet la réaction enzymatique et la libération des produits. L'enzyme est ainsi libérée et prête à se lier à un autre substrat.
Plusieurs enzymes peuvent agir sur le même substrat avec des actions différentes.
L'enzyme catalyse la réaction sans être dégradée, elle peut être réutilisée jusqu'à ce qu'elle soit recyclée.
La catalyse enzymatique
La glycémie
Généralités sur la glycémie
Glycémie
La glycémie est la quantité de glucose dans le sang. Elle se mesure en g.L-1 ou en mmol.L-1.
Valeur de consigne
Une valeur de consigne est la valeur autour de laquelle un paramètre physiologique doit être maintenu pour qu'il n'y ait ni manque ni toxicité pour l'organisme.
Hypoglycémie
Une hypoglycémie est une concentration de glucose dans le sang inférieure à 0,5 g.L-1. Elle doit être associée à des symptômes comme la pâleur, la sueur et les vertiges pour véritablement parler d'hypoglycémie.
Hyperglycémie
Une hyperglycémie est une concentration de glucose dans le sang supérieure à 1.26 g.L-1 à jeun ou supérieure à 2 g.L-1 lors de périodes postprandiales (après les repas).
Ainsi :
- Une hypoglycémie correspond à une valeur inférieure ou égale à une concentration de 0,5 g.L-1 de glucose dans le sang, elle doit être associée à des symptômes comme la pâleur, la sueur et les vertiges pour véritablement parler d'hypoglycémie.
- Une glycémie normale est un paramètre du milieu intérieur dont la valeur de consigne doit être maintenue aux alentours des 1 g.L-1.
- Une hyperglycémie correspond à une valeur supérieure ou égale à 1,26 g.L-1 à jeun ou supérieure à 2 g.L-1 lors de périodes postprandiales (après les repas).
La régulation de la glycémie
Pour la santé de l'organisme, la glycémie doit être maintenue autour de la valeur de consigne de 1 g.L-1. Or le glucose est apporté par les repas qui sont des prises importantes et inconstantes. L'organisme régule donc la glycémie au travers d'un système hormonal qui met en jeu plusieurs organes comme le foie, le muscle, le tissu adipeux et le pancréas.
L'augmentation de la glycémie
Lors d'un repas, les glucides, qui sont de grosses molécules, sont dégradées par les enzymes digestives en plusieurs molécules de glucose. Le glucose passe dans le sang au niveau des microvillosités de la paroi de l'intestin grêle. Ainsi, après un repas, la glycémie s'élève, ce qui peut être dangereux pour l'organisme.
Lors d'une augmentation de la glycémie :
- Les cellules bêta des îlots de Langerhans du pancréas sécrètent de l'insuline.
- L'insuline se fixe sur ses récepteurs au niveau du foie, du muscle et du tissu adipeux.
- Le foie démarre la glycogénogenèse, qui transforme plusieurs molécules de glucose en une molécule de glycogène. Elles seront stockées dans le foie et le muscle.
- Lorsque l'apport glucidique est très important, la capacité de stockage du foie peut être dépassée. Le foie initie alors la lipogenèse qui transforme un grand nombre de molécules de glucose en acides gras qui seront stockés dans le tissu adipeux. Le tissu adipeux est formé de cellules spécialisées qui peuvent stocker les lipides, les adipocytes.
Schématisation du pancréas endocrine et exocrine
Insuline
L'insuline est une protéine, et plus spécifiquement une hormone hypoglycémiante, sécrétée dans le sang par les cellules bêta des îlots de Langerhans.
La glycogénogenèse et la lipogenèse permettent de stocker le glucose dans les tissus et de faire baisser la glycémie jusqu'au retour à la valeur de consigne.
Glycogénogenèse
La glycogénogenèse, qui se déroule dans le foie et dans le muscle, est le processus par lequel plusieurs molécules de glucose sont transformées en glycogène sous l'influence de la sécrétion d'insuline.
Lipogenèse
La lipogenèse se déroule dans le foie et le tissu adipeux. Elle est le processus par lequel de nombreuses molécules de glucose sont transformées en acides gras sous l'influence de la sécrétion d'insuline, quand la capacité de stockage du foie est dépassée.
La diminution de la glycémie
En dehors des repas, la glycémie baisse à cause de la consommation de glucose par l'organisme. Ce qui peut être dangereux pour l'organisme si elle diminue de manière trop importante, car le glucose est la seule source d'énergie du cerveau.
Lors d'une diminution de la glycémie :
- Les cellules alpha des îlots de Langerhans sécrètent du glucagon.
- Le glucagon se fixe sur ses récepteurs au niveau du foie.
- Le foie démarre la glycogénolyse, qui dégrade le glycogène en plusieurs molécules de glucose qui seront remises en circulation dans le sang.
- Lorsque l'hypoglycémie est importante et que les stocks de glycogène du foie sont consommés, le foie initie alors la lipolyse qui dégrade les acides gras des masses adipeuses en un grand nombre de molécules de glucose. La glycogénolyse, qui se produit au niveau du muscle, ne peut donner du glucose aux autres cellules de l'organisme car ces réserves sont strictement privées.
Glucagon
Le glucagon est une protéine et plus précisément une hormone hyperglycémiante sécrétée par les cellules alpha des îlots de Langerhans.
La glycogénolyse et la lipolyse permettent d'augmenter la glycémie jusqu'au retour à la valeur de consigne.
Glycogénolyse
La glycogénolyse est le processus qui dégrade le glycogène en plusieurs molécules de glucose.
Lipolyse
La lipolyse est le processus qui dégrade les acides gras des masses adipeuses en un grand nombre de molécules de glucose lorsque les stocks de glycogène du foie sont consommés.
Le foie a un rôle majeur dans la régulation de la glycémie, de plus il permet de fabriquer du glucose avec des composés non glucidiques comme les protéines du muscle. Ce processus est appelé la néoglucogenèse.
Le pancréas endocrine est de ce fait l'organe qui permet de réguler la glycémie, il ne faut pas le confondre avec le pancréas exocrine qui joue un rôle dans la digestion.
Schéma bilan
La régulation de la glycémie
Le diabète
Diabète
Le diabète est une hyperglycémie chronique, c'est-à-dire une glycémie supérieure à 1.26 g.L-1 à jeun, ceci étant mesuré à deux reprises.
Le diabète de type 1
Diabète insulino-dépendant
Le diabète insulino-dépendant, ou diabète de type 1, est un diabète caractérisé par la destruction des cellules bêta sécrétrices d'insuline.
Ce type de diabète apparaît chez l'enfant et l'adolescent. Il est causé par une destruction auto-immune des cellules bêta du pancréas donc, par le système immunitaire de l'organisme. Il n'y a plus de production d'insuline, et par conséquent pas de mise en réserve du glucose. Ce dernier reste en circulation dans le sang, même après un repas, quelle que soit la glycémie.
L'insuline n'est plus produite suite à la réaction auto-immune, mais ses récepteurs sont toujours présents, ce qui permet un traitement par des injections d'insuline qui permettent la mise en réserve du glucose. Le diabète de type 1 est donc dit insulino-dépendant car les injections d'insuline permettent de réguler la glycémie.
Les principaux symptômes du diabète de type 1 sont :
- Une fatigue chronique
- Une soif permanente ou polydipsie
- Urines abondantes ou polyurie
- Un amaigrissement malgré une forte envie de manger (ou polyphagie)
Le diabète de type 2
Diabète non insulino-dépendant ou diabète de l'âge mûr
Le diabète non insulino-dépendant, ou diabète de type 2, est un diabète caractérisé par un déficit de sécrétion d'insuline suite à une sursollicitation des cellules bêta des îlots de Langerhans.
Le diabète de type 2, ou diabète gras, apparaît le plus souvent après 40 ans chez des personnes en surpoids, favorisé par une sédentarité. Il représente plus de 85% des diabètes en France. La maladie est le plus souvent asymptomatique.
Le diabète de type 2 apparaît progressivement.
- Lors de la phase prédiabétique, ou encore d'intolérance au glucose, la glycémie est un peu haute mais sans hyperglycémie. Les cellules effectrices du foie, des muscles et du tissu adipeux répondent de manière insuffisante à l'insuline : on parle d'insulinorésistance. Le manque de réponse à l'insuline est compensé par une augmentation de la sécrétion d'insuline.
- Lorsque le diabète est établi, le pancréas est fatigué, il n'arrive plus à produire suffisamment d'insuline pour réguler la glycémie. Il y a donc de l'insulinorésistance ainsi qu'un déficit de sécrétion d'insuline. Finalement, l'individu est en hyperglycémie et ne sécrète pas assez d'insuline.
Le diabète est dit non insulino-dépendant : il se traite sans injection d'insuline lors de la phase pré-diabétique. Les individus atteints sont astreints à un régime strict et à une activité physique régulière et doivent suivre un traitement médical visant à activer la production d'insuline si nécessaire.
Les causes du diabète
Le diabète est une maladie multifactorielle. Les causes peuvent être :
- Génétiques : Dans le cas du diabète de type 1, un enfant a un risque de 5% d'avoir un diabète de type 1 si l'un de ses parents est malade. Dans le cadre du diabète de type 2, un enfant a un risque de 30% d'avoir un diabète de type 2 si l'un de ses parents est malade. Si ce sont les deux parents qui sont malades, l'enfant a un risque de 50% de le devenir aussi.
- Environnementales : Le diabète de type 1 peut être dû à une infection virale comme la rubéole lors de l'enfance voire de la vie fœtale. Des facteurs nutritionnels peuvent aussi être mis en cause. Le diabète de type 2 est notamment dû à l'obésité. Une mauvaise alimentation, une vie sédentaire et un manque d'activité physique sont autant de facteurs prédisposants.
Maladie multifactorielle
Une maladie multifactorielle est une maladie causée par plusieurs facteurs combinés.