Communication hormonale
1 – Mise en évidence de la régulation de la glycémie
Le glucose est la principale source d’énergie essentielle au bon fonctionnement cellulaire. Il est fournie par l’alimentation, pénètre dans l’organisme au niveau de l’intestin et distribué dans tout l’organisme grâce à la circulation sanguine. La glycémie correspond à la concentration du glucose dans le sang, elle est mesurée par des appareils spécifiques comme le glucomètre.
Le document suivant montre l’évolution de la glycémie au cours d’une journée chez une personne en bonne santé.
1 – En exploitant le document, décrire l’évolution de la glycémie au cours de la journée chez cette personne.
2 – Que peut-on déduire ?
1- On remarque que la glycémie varie au cours de la journée, augmentant après un repas ou collation et descendant jusqu’à un certain seuil au cours de l’exercice physique. Elle reste néanmoins comprise entre deux valeurs sans jamais les dépasser tout au long de la journée. Les deux valeurs seuils restent très similaires quelque soit le repas ou l’effort à l’origine de la variation de glycémie.
2 – On peut déduire que la glycémie est apparemment soumise à une régulation très stricte qui l’empêche de sortir d’une gamme de valeurs restreinte La valeur normale est toujours comprise entre 0.8 et 1.2 g/L dans le plasma sanguin. C’est ce qu’on appelle une constante physiologique.
La question qui se pose maintenant, est comment se fait la régulation de la glycémie ?
2 – Les organes responsables de la régulation de la glycémie
2 – 1 – Le rôle du foie dans la régulation de la glycémie
Pour connaître le rôle du foie dans la régulation de la glycémie, on propose les données suivantes :
On mesure la glycémie dans la veine porte hépatique et dans la veine sus-hépatique, après une période de jeûne de quelques heures et après la prise d’un repas riche en sucre, Les résultats obtenus sont indiqués sur le tableau suivant.
1 – Comparer les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- Après une période de jeûne, la glycémie dans la veine porte est inférieure à celle de la veine sus-hépatique, qui reste égale à la valeur normale.
Après un repas riche en glucides, la glycémie dans la veine porte est supérieure à celle de la veine sus-hépatique.
2 – Après un repas riche en sucre le foie stocke l’excédent de glucose et après un jeûne, il libère du glucose dans le sang. Le foie est donc un organe de stockage du glucose.
2 – 2 – L’expérience du foie lavé de Claude Bernard (1855)
Protocole expérimental
1. Découper un morceau de foie frais en cubes de 2cm de côté environ.
2. Laver soigneusement 1 à 2 morceaux sous le robinet jusqu’à ce que l’eau qui s’écoule soit dépourvue de sang.
3. Placer ces morceaux dans le bêcher contenant 50 mL d’eau distillée. Agiter légèrement et réaliser un test glucose (pour cela tremper une bandelette glucose dans l’eau du bêcher). Noter le résultat R 1.
4. Verser les morceaux de foie dans l’entonnoir et les laver soigneusement sous le robinet pendant 5 à 10 minutes.
5. Placer ces morceaux dans le bêcher contenant 50 mL d’eau distillée.
6. Agiter légèrement et réaliser un test glucose. Noter le résultat R 2.
7. Laisser les morceaux de foie tremper dans l’eau du bêcher pendant 20 minutes.
8. Réaliser un test glucose. Noter le résultat R 3.
Le document suivant montre le protocole et les résultats obtenus.
La couleur rose de la bandelette glucotest sur le schéma traduit la présence de glucose dans l’eau où baigne le foie.
1 – En exploitant l’expérience, interpréter les résultats obtenus.
1- Au début de l’expérience, on observe une coloration en rose de la bandelette test glucose ce qui indique la présence de glucose. Mais après le lavage des morceaux de foie, le test devient négatif, ce qui signifie que la quantité de glucose est nulle. Au bout de 20 min, le résultat redevient positif ( présence de glucose), il y a formation de glucose dans le bécher avec l’eau et le foie. On peut donc vérifier que le foie est capable de stocker et de libérer le glucose.
2 – 3 – Dosage du glycogène hépatique avant et après un repas :
On dose la quantité du glycogène dans le foie ( polymère de glucose ) après une période de jeûne et après un repas riche en glucides, les résultats obtenus sont indiqués sur le document suivant.
1 – En exploitant l’expérience, interpréter les résultats obtenus.
1- Après le jeûne, on observe une diminution du taux du glycogène hépatique, mais après le repas ce taux augmente. Cela veut dire que le foie transforme le glycogène en glucose au cours du jeûne, et stocke l’excédent de glucose en glycogène après un repas riche en glucide.
Le stockage du glucose dans le foie se fait sous forme de glycogène (C6H10O5)n : c’est un polymère du glucose.
Lors d’un jeun, il se produit une hydrolyse du glycogène : glycogénolyse
(C6H10O5)n + n H2O —> n C6H12O6
Après le repas, il se produit une synthèse du glycogène : glycogénogénèse
n C6H12O6 —> (C6H10O5)n + nH2O
2 – 4 – La répartition de la radioactivité après ingestion de glucose radioactif :
Le tableau suivant montre les résultats obtenus après l’ingestion de 100 g de glucose radioactif
1 – Décrire les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- Après l’injection du glucose radioactif, on observe un taux élevé de la radioactivité au niveau du foie (55%) suivit par les muscles (18%) et les tissus adipeux (11%), tandis que le taux est faible au niveau du sang et la lymphe (5%).
2 – Le glucose ingéré peut être stocker sous forme de glycogène au niveau des cellules hépatique et musculaire, alors qu’il se transforme en lipides au niveau des cellules adipeuses.
2 – 4 – Mise en évidence du rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie :
Le document suivant montre la position du pancréas chez l’Homme.
a – Ablation du pancréas
Le document suivant montre les résultats obtenus après l’ablation du pancréas chez un animal à jeun.
1 – Décrire les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- Avant l’ablation du pancréas la glycémie est constante ( environ de 1 g/l ), mais après l’ablation celle-ci augmente à une valeur supérieure à 3 g/l.
2 – Le pancréas joue donc un rôle dans la régulation de la glycémie.
b – Greffe du pancréas
Chez un chien pancréatectomisé (a subi l’ablation du pancréas) depuis quelques heures, on greffe un pancréas, en raccordant la circulation sanguine, puis on fait des prélèvements sanguins répétés permettent de suivre l’évolution de la glycémie pendant toute la durée de l’expérience. Après quelques heures, le pancréas greffé est retiré.
Le document suivant montre l’évolution de la glycémie après la greffe et retrait de la greffe du pancréas.
1 – Décrire les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- Après la greffe du pancréas la glycémie diminue pour revenir à la valeur normale, mais dés son retrait la glycémie augmente.
2 – Le pancréas donc régule la glycémie par voie sanguine.
c – Injection d’extraits du pancréas
Le document suivant montre les résultats obtenus après l’injection d’extraits pancréatiques purifiés.
1 – Décrire les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- Après les injections des extraits du pancréas la glycémie diminue pour revenir à la valeur normale, mais lorsque ces extraits sont bouillis la glycémie augmente.
2 – Le pancréas donc régule la glycémie par des substances libérées dans la circulation sanguine, qui représentent des hormones .
3 – Rôle des hormones pancréatiques dans la régulation de la glycémie
3 – 1 – Effet de l’insuline
On mesure l’évolution de la glycémie et la quantité du glycogène hépatique avant et après l’injection d’insuline, les résultats obtenus sont mentionnés sur le document suivant:
1 – Décrire les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- On remarque qu’après l’injection d’insuline, la glycémie diminue alors que la quantité du glycogène hépatique augmente.
2 – L’insuline est donc une hormone hypoglycémiante, c’est une hormone provoquant le stockage du glucose sanguin sous forme de glycogène au niveau du foie.
3 – 2 – Effet du glucagon
On mesure la glycémie et le taux de glycogène hépatique chez un animal après l’injection du glucagon les résultats sont représentés sur le document suivant.
1 – Décrire les résultats obtenus.
2 – Que peut-on déduire ?
1- On constate qu’après l’injection du glucagon, la glycémie augmente alors que la quantité du glycogène hépatique diminue.
2 – Le glucagon est donc une hormone hyperglycémiante, c’est une hormone provoquant l’hydrolyse du glycogène (glycogénolyse) au niveau du foie et libération du glucose dans la circulation sanguine.
4 – Les cellules productrices d’hormones pancréatiques
Le pancréas présente deux types de structures : les acini qui regroupent les cellules sécrétrices d’enzymes digestives et les îlots de Langerhans. Chacun des îlots contient environ 3000 cellules sécrétrices d’hormones.
Pour localiser les cellules productrices d’insuline et du glucagon, on propose d’étudier la technique d’immunofluorescence, qui consiste à injecter des anticorps fluorescents « anti-insuline » et « anti-glucagon » dans l’organisme pour se fixer au niveau du pancréas sur des cellules des îlots de Langerhans, (anticorps anti-insuline avec pigment vert et anticorps anti-glucagon avec pigment rouge). Les documents suivants montrent les résultats obtenus.
1 – En exploitant les documents, déduire les cellules productrices de l’insuline et du glucagon.
1- On observe une coloration verte au centre des ilots de Langerhans, l’insuline est donc secrétée par les cellules bêta β au centre de l’îlot. Alors que la coloration rouge s’observe au niveau de la région périphérique de l’îlot donc les cellules alpha α à la périphérie de l’îlot qui fabriquent et sécrètent le glucagon.
5 – Effet de la variation de la glycémie sur la production des hormones pancréatiques
1 – En exploitant le document, déduire l’effet de la glycémie sur la production de l’insuline et du glucagon.
1- On observe que lorsque la glycémie augmente, la concentration de l’insuline augmente tandis que la concentration du glucagon diminue. La variation de la sécrétion des hormones pancréatiques est donc en fonction de la concentration du glucose dans le sang :
En cas d’hyperglycémie, les cellules beta sont activées et sécrètent de l’insuline, qui va permettre de faire baisser la glycémie.
En cas d’hypoglycémie, les cellules alpha sont activées et sécrètent du glucagon, qui va permettre de faire augmenter la glycémie.
6 – L’action des hormones pancréatiques sur les cellules cibles
Le document suivant montre l’action de l’insuline et du glucagon sur une cellule hépatique.
1 – En exploitant le document, dégager l’action de l’insuline et du glucagon sur la cellule hépatique.
1- L’insuline se fixe sur des récepteurs à insuline présents à la surface des cellules cibles (cellules hépatiques comme exemple) et induit la formation du second messager qui active les enzymes responsables de la synthèse du glycogène à partir du glucose (glycogénogénèse), augmente le nombre des transporteurs membranaires du glucose et inhibe les enzymes de l’hydrolyse du glycogène (glycogénolyse), donc le stockage du glucose dans les cellules hépatiques sous forme de glycogène => Effet hypoglycémiant
Le glucagon peut se fixe sur des récepteurs à glucagon présents à la surface des cellules du foie et induit la formation du second messager qui active les enzymes de l’hydrolyse du glycogène (glycogénolyse) et inhibe les enzymes responsables de la synthèse du glycogène (glycogénogénèse), donc la libération du glucose dans la circulation sanguine => Effet hyperglycémiant
7- La régulation de la glycémie, un mécanisme autorégulé
La régulation de la glycémie est la résultante d’un équilibre entre principalement l’action de l’hormone hypoglycémiante (insuline) et celle de l’hormone hyperglycémiante (glucagon).
Tout système de régulation comprend un système à régler (ex : maintien de la glycémie à une valeur référence voisine de 1g/L) et un système réglant. La variation du paramètre à régler déclenche automatiquement une réaction du système réglant afin de revenir à une valeur de référence. On dit que le système est auto-régulé.
Le système réglant comporte :
un système de capteurs d’informations (détecteur des écarts) constitué des cellules α et ß des îlots de Langerhans.
un système de messagers hormonaux (insuline et glucagon). Toute variation de l’une ou de l’autre est automatiquement corrigée par une variation de l’hormone antagoniste, engendrant une autorégulation par rétroaction négative.
un système effecteur permettant de corriger les écarts. Ce système comprend le foie, les muscles et le tissu adipeux.