Chapitre 8 — Enzymologie : cinétique et régulation · Topic 2 : La glycogène phosphorylase · Leçon 2.1
Place à l’exemple complet du chapitre : la glycogène phosphorylase, l’enzyme qui libère le glucose stocké dans le glycogène. Cette leçon décrit le glycogène, la structure de l’enzyme (et son fameux phosphate de pyridoxal) puis son mécanisme — la phosphorolyse, un bel exemple de catalyse acide-base.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- décrire le glycogène et le rôle de l’enzyme ;
- définir la phosphorolyse et le produit glucose 1-phosphate ;
- décrire la structure dimérique et le site catalytique ;
- expliquer le rôle du phosphate de pyridoxal ;
- résumer le mécanisme (catalyse acide-base, carbocation).
🧭 Plan de la leçon
- Le glycogène et le rôle de l’enzyme
- La structure de la glycogène phosphorylase
- Le mode d’action : la phosphorolyse
1. Le glycogène et le rôle de l’enzyme
Le glycogène est une molécule de réserve énergétique, stockée sous forme de granules cytoplasmiques dans le muscle et le foie. C’est un assemblage de molécules de glucose reliées et ramifiées (jusqu’à 55 000 résidus glucidiques).
La glycogène phosphorylase en libère le glucose. Deux remarques :
- elle existe en 2 isozymes (musculaire et hépatique), codées par 2 gènes différents (90 % de similitude), mais de même fonction ;
- elle détache les maillons glucidiques à l’extrémité du glycogène, en présence de phosphate inorganique (Pi), pour former du glucose 1-phosphate (glucose 1P). Comme c’est le Pi — et non l’eau — qui rompt la liaison, on parle de phosphorolyse (et non d’hydrolyse).
Dans le muscle, le glucose 1P sert in fine à produire de l’énergie (ATP). Dans le foie, il participe au maintien de la glycémie : en cas d’hypoglycémie, le pancréas sécrète du glucagon, qui permet de réutiliser le glucose 1P pour stabiliser la glycémie.
2. La structure de la glycogène phosphorylase
La glycogène phosphorylase est une protéine dimérique : 2 sous-unités identiques (842 acides aminés, 97 kDa chacune) qui interagissent par leur domaine N-terminal → c’est une structure quaternaire.
Chaque sous-unité a un domaine N-terminal et un domaine C-terminal :
- le site de liaison au glycogène est dans le domaine N-terminal ;
- le site catalytique est à l’interface des deux domaines (N et C-terminal).
Le phosphate de pyridoxal. C’est un groupement prosthétique (non peptidique) lié à la lysine 680 de l’enzyme. Présent dans le site catalytique comme coenzyme de la réaction, il s’organise avec d’autres résidus chargés positivement (Lys, Arg) pour former le domaine de liaison du phosphate inorganique (Pi), lui chargé négativement. Rappel : le Pi est l’un des substrats de l’enzyme.
3. Le mode d’action : la phosphorolyse
La glycogène phosphorylase fonctionne par catalyse acide-base : la phosphorolyse est un échange de protons entre le dernier maillon glucidique (le glucose terminal) du glycogène et les groupements phosphate du Pi et du phosphate de pyridoxal, qui agissent en tandem.
Le mécanisme :
- le proton (H⁺) du phosphate de pyridoxal est transféré au Pi ;
- le Pi transfère à son tour son proton à la chaîne de glycogène, ce qui libère le glucose terminal ;
- ce glucose libéré porte une charge positive sur un carbone : c’est un carbocation, très instable ;
- le Pi attaque le carbocation et lui transfère son groupement : le glucose lié au Pi forme le glucose 1-phosphate ; le proton repart vers le phosphate de pyridoxal, qui retrouve sa forme initiale.
L’enzyme est donc identique à la fin de la réaction.
Comme vu au Topic 1, les intermédiaires (dont le carbocation) permettent d’abaisser l’énergie d’activation : ΔG* (catalytique) ≪ ΔG* (non catalytique).
Le phosphate de pyridoxal est tout simplement la forme active de la vitamine B6 ! Ce coenzyme intervient dans plus de 140 réactions enzymatiques du métabolisme (acides aminés, glucides, lipides). Une carence en vitamine B6 perturbe donc une foule d’enzymes — dont notre glycogène phosphorylase.
Glycogène phosphorylase = enzyme dimérique (quaternaire) qui réalise la phosphorolyse : glycogène + Pi → glucose 1-phosphate. Catalyse acide-base via le phosphate de pyridoxal (coenzyme, vitamine B6, lié à la Lys680) et un carbocation intermédiaire. Enzyme intacte à la fin.
🧠 À retenir absolument
- Glycogène = réserve de glucose ramifiée (muscle, foie). La glycogène phosphorylase libère le glucose à l’extrémité.
- Phosphorolyse : glycogène + Pi → glucose 1-phosphate. Devenir : muscle → ATP ; foie → glycémie (glucagon).
- Enzyme dimérique (2 × 842 AA / 97 kDa, structure quaternaire) ; site de liaison du glycogène = domaine N-terminal ; site catalytique à l’interface des 2 domaines.
- Phosphate de pyridoxal = groupement prosthétique (coenzyme, vitamine B6) lié à la Lys680 ; aide à fixer le Pi.
- Mécanisme = catalyse acide-base avec un carbocation intermédiaire ; enzyme inchangée à la fin.
❓ Questions fréquentes
Que fait la glycogène phosphorylase ?
Elle libère le glucose stocké dans le glycogène : elle détache les maillons glucidiques de l’extrémité du glycogène, en présence de phosphate inorganique, pour former du glucose 1-phosphate. Cette réaction s’appelle la phosphorolyse.
Quelle est la structure de l’enzyme ?
C’est une protéine dimérique : deux sous-unités identiques de 842 acides aminés (97 kDa) qui interagissent par leur domaine N-terminal (structure quaternaire). Le site de liaison au glycogène est dans le domaine N-terminal et le site catalytique se trouve à l’interface des domaines N et C-terminaux.
Qu’est-ce que le phosphate de pyridoxal ?
C’est un groupement prosthétique (non peptidique) lié à la lysine 680, qui sert de coenzyme dans le site catalytique. Avec des résidus chargés positivement (lysine, arginine), il forme le domaine de liaison du phosphate inorganique. C’est la forme active de la vitamine B6.
Comment se déroule la phosphorolyse ?
C’est une catalyse acide-base : le proton du phosphate de pyridoxal est transféré au Pi, qui le transfère à la chaîne de glycogène, libérant le glucose terminal sous forme de carbocation. Le Pi attaque alors ce carbocation pour former le glucose 1-phosphate, et le phosphate de pyridoxal retrouve sa forme initiale.
Que devient le glucose 1-phosphate ?
Dans le muscle, il sert à produire de l’énergie (ATP). Dans le foie, il participe au maintien de la glycémie : en cas d’hypoglycémie, le glucagon sécrété par le pancréas permet de le mobiliser pour stabiliser le taux de glucose sanguin.
🚀 Pour aller plus loin
L’enzyme fonctionne ; voyons comment la cellule règle son activité — d’abord par voie allostérique.
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.