Le glycogène est un polymère de glucose hautement ramifié qui sert de principale réserve énergétique à court terme chez les animaux. Il est stocké principalement dans le foie et le muscle squelettique, où il peut être rapidement mobilisé pour maintenir la glycémie ou alimenter la contraction musculaire.
Structure du glycogène
Le glycogène est un homopolymère de glucose lié par des liaisons glycosidiques alpha-1,4 avec des liaisons glycosidiques alpha-1,6 aux points de ramification tous les 8 à 14 résidus. Le degré élevé de ramification fournit de multiples extrémités non réductrices pour une libération rapide du glucose. La particule de glycogène est organisée autour d’une protéine centrale appelée glycogenine, qui initie la synthèse du glycogène.
Glycogénogenèse
La glycogénogenèse est le processus de synthèse du glycogène. Elle commence par la conversion du glucose-6-phosphate en glucose-1-phosphate par la phosphoglucomutase. Le glucose-1-phosphate réagit ensuite avec l’UTP pour former l’UDP-glucose, catalysée par l’UDP-glucose pyrophosphorylase. L’UDP-glucose sert de donneur de glucose activé.
La glycogène synthase ajoute des unités de glucose à partir de l’UDP-glucose à l’extrémité non réductrice d’une chaîne de glycogène en croissance, formant des liaisons alpha-1,4. Lorsque la chaîne atteint environ 11 résidus, l’enzyme de ramification transfère un segment de 6 à 8 unités de glucose vers une position intérieure, créant un point de ramification alpha-1,6. Ce cycle d’élongation et de ramification construit la structure caractéristique du glycogène en forme d’arbre.
Glycogénolyse
La glycogénolyse est la dégradation du glycogène pour libérer du glucose. La glycogène phosphorylase clive les liaisons alpha-1,4 en utilisant du phosphate inorganique, produisant du glucose-1-phosphate. C’est l’enzyme limitante de la glycogénolyse et elle existe sous des formes active et inactive. L’enzyme débranchante a deux activités : elle transfère une unité de trisaccharide d’une ramification vers une extrémité non réductrice voisine, et clive la liaison alpha-1,6 pour libérer du glucose libre. L’action combinée de la glycogène phosphorylase et de l’enzyme débranchante produit environ 90 % de glucose-1-phosphate et 10 % de glucose libre.
Le glucose-1-phosphate est converti en glucose-6-phosphate par la phosphoglucomutase. Dans le foie, la glucose-6-phosphatase convertit le glucose-6-phosphate en glucose libre pour le libérer dans la circulation sanguine. Le muscle manque de glucose-6-phosphatase, donc le glucose-6-phosphate dérivé du glycogène entre directement dans la glycolyse.
Régulation hormonale
Le métabolisme du glycogène est étroitement régulé par les hormones répondant à la glycémie. L’insuline stimule la glycogénogenèse en activant la glycogène synthase par déphosphorylation et en inhibant la glycogène phosphorylase. Le glucagon (dans le foie) et l’épinéphrine (dans le muscle et le foie) stimulent la glycogénolyse en activant la glycogène phosphorylase par une cascade de phosphorylation dépendante de l’AMPc, fournissant du glucose aux tissus et du substrat pour la gluconéogenèse.
Maladies de stockage du glycogène
Les défauts des enzymes du métabolisme du glycogène provoquent des maladies de stockage du glycogène. La maladie de Von Gierke résulte d’un déficit en glucose-6-phosphatase, provoquant une hypoglycémie sévère et une accumulation de glycogène dans le foie. La maladie de McArdle implique un déficit en glycogène phosphorylase musculaire, entraînant une intolérance à l’exercice et des crampes musculaires. La maladie de Pompe est causée par un déficit en alpha-1,4-glucosidase lysosomale, entraînant une cardiomyopathie fatale chez les nourrissons.
