Chapitre 13 activité 2 Le contrôle des flux de glucose

Le contrôle des flux de glucose

Activité 1 - Le rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie en 100 ans d’histoire des Sciences

En moins de 100 ans, une dizaine de scientifiques ont chacun apporté leur contribution pour comprendre le rôle central du pancréas dans la régulation de la glycémie

▶ A votre tour, relevez le défi en exploitant les résultats d’expériences de ces scientifiques pour montrer le rôle central du pancréas dans la régulation de la glycémie

Relever les observations et les découvertes fondamentales afin de réaliser un schéma fonctionnel montrant le rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie

Activité 2 - La régulation des flux de glucose par les hormones pancréatiques

Vous avez maintenant compris que le pancréas secrète deux types d’hormones dans le sang pour réguler la glycémie.

▶ Il va falloir rester concentré pour poursuivre les travaux des scientifiques et comprendre comment ces hormones agissent pour réguler les flux de glucose. Exploitez les documents pour répondre au problème et compléter votre schéma fonctionnel.

Quelques repères historiques

Il observe dans des pancréas de lapins la présence « des petites cellules de forme polygonale et de contenu très homogène, avec des noyaux ronds sans nucléoles, principalement regroupés en paires ou petits groupes ».

Observation actuelle d’une coupe de pancréas au MO

amas de cellules, nommés Îlots de Langerhans en 1893 par Edouard LAGUESSE

Ils réalisèrent la première ablation totale du pancréas d’un chien. Un résultat inattendu attira leur attention : l’animal ayant subi la pancréatectomie ne pouvait se retenir d’uriner sur le plancher du laboratoire. Cette poly-urie s’accompagnait d’une glycosurie intense, puisque le taux de glucose dans les urines atteignait 12 % alors qu’il est normalement nul. La pancréatectomie totale provoquait un amaigrissement, un affaiblissement puis la mort de l’animal au bout d’un mois.

Evolution de la glycémie chez un chien suite à une ablation du pancréas

Schéma des relations entre intestin, foie et pancréas

Une ligature du canal de Wirsung, qui conduit les enzymes digestives du pancréas à l’intestin, ne reproduit pas cet effet.

Il forge le terme « endocrine » en 1893 pour désigner les glandes à sécrétion interne ; il nomme îlots de Langerhans les amas de cellules endocrines du pancréas.

Représentation schématique du pancréasUne fonction exocrine est assurée par les cellules acineuses qui produisent les sucs pancréatiques. Une fonction endocrine est assurée par les îlots de Langerhans.

En 1895-1896, il montre que les îlots de Langerhans peuvent sécréter des substances dans le sang.

Reproduction de l’expérience réalisée par Emmanuel Hèdon : Quelques heures après l’ablation du pancréas, on réalise une greffe ectopique du pancréas au niveau du cou. On rétablit la circulation sanguine entre l’animal et le greffon quelques heures avant de l’interrompre.

Evolution de la glycémie après une greffe ectopique du pancréas puis suppression du greffon.

L’avancée décisive se produit en 1921 quand, à la lecture d’un article mentionnant que la ligature du canal pancréatique entraîne la destruction des cellules qui sécrètent le suc pancréatique mais pas celles des îlots de Langerhans, Frederick Banting, écrit dans son carnet : « ligaturer le canal pancréatique de chiens. Attendre six à huit semaines. Prélever et extraire ».

Dans cette expérience qui reproduit leurs travaux, on ligature le canal pancréatique ce qui entraine la destruction des cellules acineuses mais pas des îlots de Langerhans. Après quelques jours, on réalise des extraits d’organes par broyage que l’on injecte à un chien ayant subi une pancréatectomie. L’effet observé pour l’extrait de pancréas est attribué à une hormone hypoglycémiante nommée insuline.

Evolution de la glycémie chez un chien pancréatectomisé auquel est injecté un extrait pancréatique

Ces deux scientifiques font le postulat de la sécrétion, par le pancréas endocrine, d’une hormone aux effets antagonistes de ceux de l’insuline, pour laquelle ils proposent le nom de glucagon.

Il isole et détermine la composition chimique du glucagon, une hormone hyperglycémiante produite par le pancréas.

Physiology, Islets of Langerhans Shahid Z, Singh G. 2019 May 15 Each islet is made up of a central core of beta cells, surrounded by a mantle of alpha, delta, epsilon, and pancreatic polypeptide cells. Although most islets follow this "mantle-core" pattern, there are variations amongst islets of different sizes. In general, beta cells comprise up to 60% of islet mass, alpha cells comprise up to 30% of islet mass, and delta, epsilon, and pancreatic polypeptide cells make up the remaining 10% of islet mass. The blood supply and innervation for each islet are provided by a neurovascular bundle which penetrates the islet through the central core of beta cells.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31194442/

L’insuline est immunomarquée en vert dans les cellules béta. Le glucagon est ummunomarqué en rouge dans les cellules alpha. Les noyau sont marqués en bleu.

Un îlots de Langerhans observé au microscope électronique à fluorescence

la suite ici :

Schéma illustrant le mode d’action d’une hormone

Vous l’aurez certainement compris, à vous de poursuivre les travaux des scientifiques pour identifier les cellules cibles des hormones pancréatiques et leurs effets sur ces cellules cibles pour réguler les flux de glucose.

b. Structure du glucagon (coloration par acides aminés) et ses effets sur la glycémie

a. Structure de l’insuline (coloration par acides aminés) et ses effets sur la glycémie

d. Sécrétion de glucagon et d’insuline par des îlots de Langerhans de rats en fonction de la quantité de glucose dans le milieu de culture

c. Evolution des taux sanguins d’insuline et de glucagon après un repas riche en glucides

a. Résultats de l‘incubation des cellules hépatiques et des cellules musculaires avec de l‘insuline et du glucagon radioactifs. La fixation de l’hormone n’est possible que si la cellule possède des récepteurs spécifiques

b. Récepteur liant de manière spécifique le glucagon

b. Récepteur à l’insuline seul ou lié de manière spécifique à l’insuline

a. Effets des hormones pancréatiques sur le foie

Mesure de la glycémie après injection de glucagon chez un chien normal ou dont les réserves hépatiques de glycogène ont été épuisées

Incorporation de glucose radioactif dans le glycogène hépatique en fonction de la concentration d’insuline

b. Effets des hormones pancréatiques sur un muscle

• On perfuse un tissu musculaire avec une solution contenant du glucose en présence ou non d’insuline.
• On mesure la teneur en glycogène du tissu et la quantité de glucose prélevé.

b. Modèle moléculaire d’un transporteur de glucose

a. Représentation schématique de deux transporteurs membranaires de glucose

d. Observation au microscope à fluorescence de cellules cibles de l’insuline en absence (A) ou en présence (B) d’insuline Les cellules sont incubées en présence d’anticorps fluorescents verts anti-transporteurs au glucose

c. Deux localisations cellulaires des transporteurs au glucose dans les cellules musculaires