Le fonctionnement des enzymes
Une enzyme est une protéine qui permet de catalyser des réactions biochimiques dans le vivant. Ces enzymes sont nommées biocatalyseurs, car elles permettent d'accélérer une réaction. Les enzymes seront retrouvées intactes après leur fonctionnement.
Le site actif permet la spécificité d'action et de substrat de l'enzyme
Chaque enzyme dispose d'un site actif qui est formé :
- Du site de reconnaissance, qui permet la reconnaissance du substrat.
- Du site catalytique, qui permet la réalisation de la réaction.
Ce site actif est en fait un repliement de la protéine qui met en contact des acides aminés particuliers avec le substrat. Ce processus se nomme la spécificité de substrat, c'est-à-dire qu'une enzyme donnée ne pourra reconnaître qu'un seul substrat. L'enzyme pourra se lier à son substrat, ce qui forme le complexe enzyme-substrat.
Le site catalytique permet la réaction enzymatique. Une enzyme réalise toujours la même action, c'est la spécificité d'action. Une fois la réaction réalisée, l'enzyme libérera le ou les 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.
Mise en évidence de la spécificité de substrat et d'action
L'optimum de fonctionnement des enzymes
Chaque enzyme possède une température et un pH optimal de fonctionnement, c'est-à-dire que la chaleur permet d'augmenter l'agitation moléculaire et favorise 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.
Le pH à le même effet, il ne doit pas être trop fort ou trop faible, sinon l'enzyme ne fonctionnera plus. Cette perte de l'action enzymatique pour le pH se réalise de manière irréversible : on dit que l'enzyme est dénaturée.
Schématisation des températures de fonctionnement de trois enzymes
La régulation de la glycémie
Généralités sur la glycémie
La glycémie est la concentration de glucose dans le sang. Elle se mesure en g.L^{-1} ou en mmol.L^{-1}. La glycémie est un paramètre du milieu intérieur que l'organisme va tenter de maintenir aux alentours d'une valeur de consigne comprise entre 0,8 et 1,26 g.L-1.
Comme le glucose est le nutriment énergétique préférentiel de l'organisme, il permet la production d'ATP, par la respiration cellulaire ou la fermentation. L'ATP est la molécule universelle qui fournit l'énergie nécessaire aux réactions de la cellule. L'ATP ne se conservant pas, le glucose doit être en permanence à disposition des cellules de l'organisme, et donc en circulation dans le sang. Mais il peut devenir toxique pour les cellules quand il est présent en trop grande concentration.
Insuline et glucagon, hormones régulatrices de la glycémie
L'insuline, une hormone hypoglycémiante
À jeun, il se peut que la glycémie dépasse les 1.26 g.L^{-1}, ou qu'elle dépasse les 2 g.L^{-1} après un repas riche en sucres, et l'individu sera en hyperglycémie. L'organisme va réguler 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 à l'aide d'une hormone protéique : l'insuline.
Lors d'une hyperglycémie, les phénomènes suivants vont se réaliser :
- 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.
Au final, 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.
Le glucagon, une hormone hyperglycémiante
En dehors des repas, la glycémie baisse à cause de la consommation de glucose par l'organisme. Si sa valeur est en dessous de la valeur de consigne, l'individu est en hypoglycémie, 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 réponses de l'organisme vont être les suivantes :
- Les cellules alpha des îlots de Langerhans sécrètent du glucagon, qui est une hormone protéique hyperglycémiante.
- Le glucagon se fixe sur ses récepteurs au niveau du foie.
- Le foie démarre la glycogénolyse, qui scinde 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.
De plus, si ces deux réservoirs sont encore insuffisants, le foie va fabriquer du glucose avec des composés non glucidiques comme les protéines du muscle. Ce processus se nomme la néoglucogenèse.
Au final, la glycogénolyse, la lipolyse et la néoglucogenèse permettent d'augmenter la glycémie jusqu'au retour à la valeur de consigne.
Schématisation de la régulation de la glycémie
Les différents diabètes
Diabète
Le diabète est une hyperglycémie chronique, c'est-à-dire une glycémie à jeun supérieure à 1.26 g.L^{-1}.
Le diabète de type 1 ou diabète insulino-dépendant
Le diabète de type 1, diabète insulino-dépendant ou diabète juvénile, est un diabète caractérisé par la destruction des cellules bêta des îlots de Langerhans qui sécrètent l'insuline.
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
Ce type de diabète apparaît chez l'enfant et l'adolescent. Il est causé par une destruction auto-immune des cellules bêta du pancréas, c'est-à-dire par le système immunitaire de l'organisme.
De ce fait, 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, ce qui induit une hyperglycémie.
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 il se soigne par de l'insuline.
Les causes du diabète de type 1 sont multifactorielles ; il existe un ancrage génétique, car un enfant a un risque de 5 % d'avoir un diabète de type 1 si l'un de ses parents est malade, mais aussi un risque environnemental, car le diabète de type 1 est favorisé par certains virus ou certains facteurs alimentaires.
Le diabète de type 2 ou diabète non insulino-dépendant
Le diabète de type 2, diabète non insulino-dépendant ou diabète de l'âge mûr, est caractérisé par un déficit de sécrétion d'insuline suite à une sur-sollicitation 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, c'est-à-dire sans symptôme. L'ancrage génétique du diabète de type 2 est plus marqué que pour le type 1, car un enfant a un risque de 30% d'avoir un diabète de type 2 si l'un de ses parents est malade.
La première étape de ce diabète est l'insulinorésistance, les tissus cibles répondent moins bien à l'insuline, mais cela est marqué par un accroissement de la sécrétion d'insuline. Dans un second temps, le pancréas se fatigue et ne peut répondre à la demande d'insuline et le patient se trouve en hyperglycémie.
Le traitement du diabète de type 2 se traite sans injection d'insuline lors de la première phase. Les individus atteints sont astreints à un régime strict et à une activité physique régulière, plus certains médicaments visant à activer la production d'insuline si nécessaire. Dans la seconde étape, il est possible d'associer aux traitements l'injection d'insuline.