Comment le glucose entre-t-il dans la cellule ?

La biologie cellulaire est un domaine scientifique fascinant. Mais les molécules qui fonctionnent à l'intérieur de ces cellules le rendent encore plus intéressant. 

L'une de ces molécules dans nos cellules est le glucose. C'est la principale source d'énergie de notre corps et elle alimente les cellules comme l'essence qui alimente une voiture. Cependant, notre corps ne fabrique pas de glucose par lui-même. Il provient principalement de la nourriture que nous mangeons, puis le sang le transporte vers les cellules de notre corps. [1]

L'entrée du glucose dans les cellules est un autre processus fascinant. Savoir cela peut nous aider à mieux comprendre comment les cellules le convertissent en énergie. Et si nous pouvions rendre l'apprentissage un peu plus amusant ? Explorons comment le glucose pénètre dans les cellules et voyons si nous pouvons ajouter un peu de piquant à la biologie cellulaire !

Pourquoi le glucose est-il important ?

Le glucose est un sucre simple (monosaccharide) composé de six atomes de carbone, douze d'hydrogène et six atomes d'oxygène (C6H12O6). Il stocke l'énergie chimique des aliments sous une forme stable. Cette énergie est libérée dans notre système une fois que les cellules décomposent le glucose.

Le glucose est essentiel à la vie cellulaire de presque tous les organismes. La plupart des cellules de notre corps utilisent ce sucre simple comme principale source de carburant, ainsi que les graisses et les protéines. Ils en extraient de l'énergie via la respiration cellulaire, qui convertit les sucres en ATP (Adénosine Triphosphate). [1-3]

Dans notre corps, un organe qui a le plus besoin de glucose est le cerveau. C'est, en fait, la seule source d'énergie de notre cerveau pour faire diverses activités. Les neurones et leurs messagers chimiques (neurotransmetteurs) en ont besoin pour traiter les signaux. 

Notre cerveau ne peut pas fonctionner correctement sans glucose. Son absence empêche les neurones de fabriquer des neurotransmetteurs. En fin de compte, les neurones ont du mal à envoyer des signaux aux cellules cibles. [4]

En tant que principale source d'énergie du corps, le glucose aide à métaboliser les aliments que nous consommons. Il aide à presque toutes les étapes du métabolisme cellulaire, de la création d'énergie à la fabrication d'hormones et d'enzymes. Une fois que le glucose se décompose, les cellules produisent la molécule porteuse d'énergie ATP. Cette molécule est une réserve d'énergie et alimente presque tous les processus métaboliques d'une cellule. [2, 3]

Remarque : le métabolisme est le processus chimique qui permet à nos cellules de transformer les aliments en énergie. 

Comment le glucose pénètre dans les cellules

Lorsque nous mangeons, la nourriture passe dans notre estomac via l'œsophage. L'estomac commence alors à le décomposer en petits morceaux à l'aide d'acides et d'enzymes. 

Au cours de ce processus, notre corps transforme les particules alimentaires en glucose. Il se déplace ensuite vers les intestins. De là, il entre dans notre circulation sanguine. Ensuite, l'insuline prend le contrôle et déplace le glucose du sang vers nos cellules. Lorsque le glucose se déplace via le sang, nous l'appelons souvent sucre dans le sang. [5, 6]

Cependant, l'entrée du glucose dans les cellules n'est pas aussi facile qu'il n'y paraît. La bicouche lipidique des cellules l'empêche d'entrer en raison de sa nature polaire. Ainsi, il utilise des protéines de transport spécifiques appelées transporteurs de glucose pour pénétrer dans les cellules. 

Figure 1. Métabolisme du glucose dans une cellule normale
Source : Martel et ses collègues [16], CC-BY-4.0.

Les protéines porteuses transportent généralement diverses molécules en fonction du type de cellule impliqué. Ils ont des récepteurs spécialisés conçus pour identifier des molécules spécifiques comme le glucose. Ces protéines aident ensuite le glucose à atteindre nos cellules pour être utilisé ou stocké sous forme d'énergie. En général, la plupart des cellules peuvent exprimer plusieurs types de transporteurs de glucose. [7, 8]

L'absorption du glucose à l'intérieur de nos cellules implique généralement deux types de protéines de transport :

• Transporteurs dépendants du sodium. Ce type de transporteur déplace le sodium à travers la membrane cellulaire via un transport actif. Le sodium diffuse ensuite vers le bas pour transporter une molécule de glucose à l'intérieur de la cellule. Ce processus nécessite cependant de l'énergie cellulaire pour transporter le glucose à travers la membrane plasmique. [sept]
• Transporteurs indépendants du sodium. Ce type de transporteur ne dépend pas du sodium pour transporter le glucose dans et hors des cellules. Il permet au glucose de pénétrer dans une cellule par un processus appelé diffusion facilitée. Au cours de ce processus, des protéines spécifiques agissent comme une passerelle permettant aux molécules de traverser la barrière lipidique. Ce processus n'a pas besoin d'énergie de la cellule et y déplace le glucose avec peu d'effort. C'est comme si non ENTRÉE dans ou SORTIR de la cellule est arrivé. [9]

Bref, en transportant du glucose, ces protéines de transport donnent à nos cellules le carburant dont elles ont besoin. Ils s'assurent également que seules les bonnes quantités de glucose pénètrent dans la cellule. Sinon, les influx de glucose auraient entravé les processus métaboliques dans nos cellules. En fin de compte, cela pourrait entraîner des effets secondaires indésirables comme une inflammation ou un gonflement. [7-9]

En termes simples, les protéines de transport régulent le glucose pour maintenir la stabilité interne de notre corps.

Que fait le glucose dans notre corps ?

Lorsque le glucose pénètre dans notre système, il se déplace dans tout le corps via la circulation sanguine. Tant qu'il reste dans le sang, il utilise le système circulatoire comme un pipeline de carburant. Le glucose sort de ce pipeline lorsque la glycémie augmente ou si nos cellules ont besoin de recharger leurs réserves de carburant.

Notre corps fonctionne de manière à maintenir un taux de glucose sanguin constant. Le pancréas joue un rôle clé dans la façon dont notre corps gère la glycémie. Ses cellules bêta vérifient le niveau de glucose dans notre sang toutes les quelques secondes. Ces cellules libèrent de l'insuline lorsqu'elles détectent une augmentation du taux de sucre. [8]

Le glucose dans notre sang ne peut pas pénétrer dans les cellules par lui-même. Il a besoin d'aide pour quitter la circulation sanguine. L'insuline fait ce travail pour elle en agissant comme une clé. Il dit aux cellules de se déverrouiller pour que le glucose puisse entrer à l'intérieur. Le glucose se déplace ensuite du sang et se fixe à une protéine de transport à la surface des cellules. Une fois qu'il a franchi les barrières lipidiques, les cellules l'utilisent ou le stockent comme bon leur semble. [8, 10]

Que se passera-t-il si j'ai le diabète ?

Le diabète survient lorsque notre corps ne produit pas suffisamment d'insuline. Un manque d'insuline signifie plus de glucose dans notre sang que d'habitude. Cette glycémie élevée au fil du temps conduit à une condition appelée hyperglycémie. Cette condition peut changer la façon dont notre corps traite et stocke le glucose dans nos cellules.

Chez les personnes hyperglycémiques, le glucose pénètre dans les cellules plus lentement que d'habitude en raison des faibles niveaux d'insuline. Ainsi, il reste coincé dans la circulation sanguine au lieu de pénétrer dans les cellules. Si le glucose y reste pendant une longue période, il peut endommager les vaisseaux sanguins transportant l'oxygène vers nos organes. [11, 12]

De plus, un accès limité au glucose peut priver les cellules du carburant dont elles ont besoin pour bien fonctionner. Les cellules commencent alors à utiliser la graisse corporelle comme carburant. Au fil du temps, cette combustion des graisses peut entraîner une complication potentiellement mortelle appelée acidocétose diabétique (taux élevés d'acide dans le sang). [13, 14]

Les patients diabétiques doivent prendre des médicaments et modifier leur mode de vie pour contrôler leur glycémie. Les modifications de style de vie qu'ils peuvent apporter incluent ce qui suit :

• Avoir une alimentation équilibrée
• Choisir des aliments à index glycémique (IG) bas
• Prendre des repas régulièrement
• Boire beaucoup d'eau
• Eviter le tabac et l'alcool
• Perdre du poids
• Rejoindre un programme d'exercices

Foire aux questions (FAQ)

Où est stocké l'excès de glucose ?

Une fois que les cellules ont reconstitué leurs besoins énergétiques, elles stockent le glucose restant dans de petits faisceaux en le convertissant en glycogène. Le glycogène est stocké dans le foie et les muscles. Notre corps peut stocker suffisamment de glycogène pour nous alimenter pendant environ une journée.

Pourtant, s'il reste du glucose même après l'avoir stocké sous forme de glycogène, notre corps le convertit en graisse. Cette conversion se produit souvent dans le foie et les tissus adipeux. Et si notre consommation de glucides dépasse régulièrement les limites de stockage du glycogène, les graisses commencent à s'accumuler. Cette accumulation de graisse augmente le risque de diverses affections, notamment le diabète, la stéatose hépatique et les maladies cardiaques. [8, 10]

Comment les molécules de glucose sont-elles utilisées à l'intérieur des cellules ?

Lorsque le glucose se lie à la surface d'une cellule, les protéines de transport l'aident à pénétrer à l'intérieur. La cellule utilise ou stocke alors le glucose comme bon lui semble. Si la cellule a besoin de reconstituer son approvisionnement en carburant, elle décompose le glucose pour créer de l'ATP (voir la figure 1). 

Une molécule d'ATP est comme une monnaie d'énergie cellulaire. Les cellules l'utilisent pour alimenter presque toutes les activités, y compris les réactions métaboliques, les processus cognitifs et l'expression des gènes. [15]

Conseils pour contrôler la vitesse de digestion du glucose

Un moyen efficace de contrôler la glycémie consiste à réguler la vitesse à laquelle nous digérons le glucose. De cette façon, nous pouvons maintenir un niveau de sucre dans le sang stable, en évitant un pic soudain. Voici quelques techniques que l'on peut appliquer pour réguler la vitesse de digestion :

• Essayez de manger des aliments à faible IG et à haute teneur en fibres. Ces choix alimentaires ralentiront le taux de digestion car ces aliments contiennent des glucides moins digestibles.
• Mange doucement. Lorsque nous mangeons lentement, cela nous aide à mieux surveiller la quantité que nous consommons. Cette habitude alimentaire peut nous assurer de ne pas trop manger.
• Choisissez des repas complexes. Considérez les glucides complexes plutôt que les sucres simples pour les repas afin de ralentir le processus de digestion. Notre corps absorbe rapidement les sucres simples comme le riz blanc ou le pain blanc. Cette vitesse de digestion rapide peut provoquer une augmentation soudaine de la glycémie.

Dernières pensées

Le glucose est la principale source d'énergie pour presque toutes les cellules de notre corps. Mais lorsque la glycémie reste élevée pendant longtemps, divers problèmes de santé peuvent survenir.

Par conséquent, les personnes atteintes de diabète doivent comprendre comment le glucose pénètre et est utilisé dans nos cellules. Grâce à ces connaissances, ils peuvent mieux réguler leur glycémie et éviter les pics de glucose indus.

Références

1. Chen LQ, Cheung LS, Feng L, Tanner W, Frommer WB. Transport de sucres. Annu Rev Biochem. 2015 juin 2;84(1):865-94. DOI : https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060614-033904. 

2. Richter EA, Hargreaves M. Exercice, GLUT4 et absorption de glucose par les muscles squelettiques. Examens physiologiques. 1er juillet 2013 ; 93(3):993-1017. DOI : https://doi.org/10.1152/physrev.00038.2012. 

3. Gurung P, Zubair M, Jialal I. Glucose plasmatique. StatPearls. 23 novembre 2022. ID de bibliothèque : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk541081/.

4. Hwang JJ, Jiang L, Sanchez Rangel E, Fan X, Ding Y, Lam W, Leventhal J, Dai F, Rothman DL, Mason GF, Sherwin RS. Variabilité glycémique et glycémie cérébrale dans le diabète de type 1. Diabète. 1er janvier 2019;68(1):163-71. DOI : https://doi.org/10.2337/db18-0722. 

5. Mulukutla BC, Yongky A, Le T, Mashek DG, Hu WS. Régulation du métabolisme du glucose - une perspective du biotraitement cellulaire. Tendances en biotechnologie. 1 août 2016;34(8):638-51. DOI : https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2016.04.012. 

6. Chandel NS. Le métabolisme des glucides. Perspectives de Cold Spring Harbor en biologie. 1er janvier 2021;13(1):a040568. DOI : https://doi.org/10.1101/cshperspect.a040568. 

7. Navale AM, Paranjape AN. Transporteurs de glucose : rôles physiologiques et pathologiques. Examens biophysiques. 2016 mars;8(1):5-9. DOI : https://doi.org/10.1007%2Fs12551-015-0186-2. 

8. Hanzidiamantis PJ, Lappin SL. Physiologie, Glucose. Dans : StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; ID de la bibliothèque de janvier 2022 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK545201/. 

9. Szablewski L. Chapitre introductif : transporteurs de glucose. InBlood Glucose Levels 2019 Feb 18. IntechOpen. DOI : https://doi.org/10.5772/intechopen.82263. 

10. Nakrani MN, Wineland RH, Anjum F. Physiologie, métabolisme du glucose. Dans : StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; ID de la bibliothèque de janvier 2022 :: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560599/. 

11. Richter B, Hemmingsen B, Metzendorf MI, Takwoingi Y. Développement du diabète sucré de type 2 chez les personnes atteintes d'hyperglycémie intermédiaire. Base de données Cochrane des revues systématiques. 2018(10):CD012661. DOI : https://doi.org/10.1002%2F14651858.CD012661.pub2. 

12. Tabák AG, Herder C, Rathmann W, Brunner EJ, Kivimäki M. Prédiabète : un état à haut risque pour le développement du diabète. Le Lancet. 16 juin 2012;379(9833):2279-90. DOI : https://doi.org/10.1016/s0140-6736(12)60283-9. 

13. Berbudi A, Rahmadika N, Tjahjadi AI, Ruslami R. Le diabète de type 2 et son impact sur le système immunitaire. Examens actuels du diabète. 2020 Mai;16(5):442. DOI : https://doi.org/10.2174/1573399815666191024085838.

14. Khan RM, Chua ZJ, Tan JC, Yang Y, Liao Z, Zhao Y. Du prédiabète au diabète : diagnostic, traitements et recherche translationnelle. Médecine. 2019 août 29;55(9):546. DOI : https://doi.org/10.3390/medicina55090546.  

15. Bonora M, Patergnani S, Rimessi A, De Marchi E, Suski JM, Bononi A, Giorgi C, Marchi S, Missiroli S, Poletti F, Wieckowski MR. Synthèse et stockage d'ATP. Signalisation purinergique. 2012 septembre;8(3):343-57. DOI : https://doi.org/10.1007/s11302-012-9305-8. 

16. Keating E, Martel F. Effets antimétaboliques des polyphénols dans les cellules cancéreuses du sein : focus sur l'absorption et le métabolisme du glucose. Frontières en nutrition. 16 avril 2018; 5:25. DOI : https://doi.org/10.3389/fnut.2018.00025.