Glucides
Glycogène : glycogénogenèse
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La glycogénogenèse nécessite six étapes à partir du glucose pour produire du glycogène.
Étapes de la glycogénogenèse
Le métabolisme du glycogène est très bien décrit dans : Glycogen metabolism in humans (2016) et Glycogen metabolism has a key role in the cancer microenvironment and provides new targets for cancer therapy (2016).
La glycogénogenèse nécessite six étapes à partir du glucose pour produire du glycogène.
1. Le glucose est phosphorylé en glucose-6-phosphate comme lors de l'étape 1 de la glycolyse, catalysée par l'hexokinase et la glucokinase.
$\ce{Glucose + ATP ->[Mg++] glucose-6-phosphate + ADP + H+}$
(Figure : vetopsy.fr)
2. Le glucose-6-phosphate subit une isomérisation pour produire du glucose-1-phosphate, grâce à la phosphoglucomatase (EC 5.4.2.2).
$\ce{Glucose-6-phosphate}$ $\longrightarrow$ $\ce{Glucose-1phosphate}$
3. Le glucose-1-phosphate est converti en UDP-glucose par l'action de l'enzyme UDP-glucose pyrophosphorylase ou UTP-glucose-1-phosphate uridylyltransférase ou glucose-1-phosphate uridylyltransférase (EC 2.7.7.9).
$\ce{Glucose-1-phosphate + UTP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UDP-Glucose + P-Pi}$
Du pyrophosphate (P-Pi) se forme, qui est ensuite hydrolysé par la pyrophosphatase (EC 3.6.1.-) en deux molécules de phosphate.
(Figure : vetopsy.fr)
4. Le glucose, à partir de l'UDP-glucose, permet, par la glycogénine ou GN (EC 2.4.1.186) considérée comme une amorce, permet d'attacher le premier glucose par son résidu Tyr194 (Understanding the Role of Tyrosine in Glycogenin 2017).
$\ce{UDP-α-D-Glucose + glycogénine}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UDP + α-D-glucosylglycogénine}$
Il semblerait qu'il faut au moins quatre résidus glucose, taille minimale pour former du glycogène par la suite.
$\ce{UDP-α-D-Glucose + glucosyl-glycogénine}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{(1,4-α-D-glucosyl)n-glucosyl-glucogénine + UDP + H^+}$
(Figure : vetopsy.fr)
5. Une fois qu'une chaîne de 8 à 12 monomères de glucose est formée, la glycogène synthase (GS) ou UDP-glucose-glycogène glucosyltransférase (EC 2.4.1.11) se lie à la chaîne de glycogène en croissance et ajoute de l'UDP-glucose au groupe 4-hydroxyle du résidu glucosyle à l'extrémité non réductrice de la chaîne de glycogène, formant une chaîne polysaccharide (1->4) linéaire.
$\ce{UDP-glucose + (1,4-α-D-glucosyl)_n}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UDP + (1,4-α-D-glucosyl)_{n+1}}$
L'UTP est régénéré à partir de l'ATP, grâce à une nucléoside diphosphate kinase.
$\ce{UDP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UTP + ADP}$
(Figure : vetopsy.fr d'après Omaryaghi2)
La glycogène syntase interagit avec la glycogénine pour former une chaîne polysaccharide (1->4) linéaire (Getting a handle on glycogen synthase – Its interaction with glycogenin 2015).
6. Les ramifications sont faites par l'enzyme de ramification du glycogène ou amylo-1,4→1,6 transglucosidase (EC 2.4.1.18).
Lorsque la chaîne linéaire (liaison 1-4) dépasse 10 glucoses à partir de son origine ou d'un embranchement :
- un tronçon terminal est transféré sur un C6 dans une position antérieure ,
- chacune des extrémités libres des chaînes s'allongent alors en position 4 par action de l'UDP-glucose, jusqu'à ce que l'enzyme branchante puisse à nouveau intervenir et greffer une nouvelle chaîne latérale.
Régulation de la glycogénogenèse
La régulation de la glycogénogenèse dépend essentiellement de la glycogène synthase (EC 2.4.1.11) sous forme tétramérique.
1. Chez les mammifères, la glycogène synthase existe sous deux isoformes :
- la glycogène synthase 1 (GYS1 de 737aa), exprimée dans le muscle squelettique et d'autres tissus,
- la glycogène synthase 2 (GYS2 de 703aa), exprimée principalement dans le foie.
2. La glycogène synthase existe sous deux formes :
- déphosphorylée (glycogène synthase a), i.e. active par le glucose-6-phosphate (G6P), activateur allostérique de la forme phosphorylée,
- phosphorylée (glycogène synthase b ou D), i.e. forme inactive par la phosphorylation qui diminuant l'affinité pour l'UDP-glucose.
(Figure : vetopsy.fr d'après Baskaran et coll)
3. La glycogène synthase est régulée par de multiples événements de phosphorylation/déphosphorylation et par des effecteurs allostériques.
(Figure : vetopsy.fr d'après Zois et Harris)
a. La phosphorylation sur différents sites inactive la glycogène synthase via la phosphorylation.
Les kinases sont la glycogène synthase kinase 3 (GSK3), la protéine kinase A (PKA), la protéine kinase C (PKC), la protéine kinase II dépendante de la calmoduline (CaMKII), la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK), la caséine kinase 1 (CK1), la caséine kinase 2 (CK2) et la phosphorylate de phosphorylase kinase (PhK).
b. La déphosphorylation de la GSb est effectuée par la protéine phosphatase 1 conjuguée à la cible protéique des sous-unités de glycogène (PPP1R3-PP1) pour la convertir en forme active (GSa).
c. De plus, l'ATP, le glucose, le glucose-6-phosphate et la caféine activent la GS, tandis que le calcium et l'AMPc désactivent le GS.