Pourquoi le cerveau a-t-il besoin particulièrement de glucose ?

[Fraggle Rock]

Bonjour à tous,


On apprend tous en cours que le cerveau a absolument besoin de glucose pour fonctionner. Qu'il a besoin d'un apport régulier de glucose. Que ce sucre est spécifiquement dégradé par notre cerveau pour produire de l'énergie. Mais pourquoi du glucose ?
Ca fait longtemps que je cherche pourquoi il doit consommer du glucose et pouquoi pas un autre glucide ? Notre organisme peut bien métaboliser le fructose ou le galactose. Mais alors pourquoi pas le cerveau ?


Est-ce que quelqu'un aurait la réponse svp ?
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[Loupsio]

le cerveau a absolument besoin de glucose pour fonctionner.

Il n'y a pas que le glucose, il y a aussi les corps cétoniques qui sont utilisables par le cerveau

Notre organisme peut bien métaboliser le fructose ou le galactose. Mais alors pourquoi pas le cerveau ?

Ton corps oui, mais tu ne peux pas généraliser à tout tes organes, par exemple tu donne l'exemple du fructose, tes cellules en grande majorité ne peuvent pas utiliser le fructose, celui ci est métabolisé par le foie uniquement,
ton intestin, tes reins, tes muscles... tout comme ton cerveau ne sont absolument pas capables d'utiliser le fructose

Alors pourquoi le glucose? c'est probablement juste d'un point de vue évolutif, le glucose est la source d’énergie principale utilisée par quasiment tout les organismes, bactéries incluses, même si d'autres sucres sont métabolisables, le glucose est utilisé en priorité, (on peut supposer que à l'origine si le glucose était le seul sucre pour lequel les organismes avait des enzymes, quelqu'un qui n'avait pas ces enzymes ne pouvait plus subvenir à ses besoin, il y a donc eu une pression de sélection, ces gènes se sont répandus au cours de l'évolution et du coup sont présent partout, d'autres enzymes permettant de digérer d'autres sucres sont arrivés ensuite, mais les enzymes d'utilisation du glucose étant déjà partout, et synthétisées dans quasiment toutes les cellules, c'est resté le sucre principal utilisé)

[Fraggle Rock]

Merci Loupsio pour ta réponse, mais elle ne me satisfait qu'à moitié. En effet, je lis ici :
http://www.uvt.rnu.tn/resources-uvt/...ction-3-2.html
que le fructose peut aussi être métabolisé par les reins et l'intestin grêle. Il est aussi précisé que l'enzyme responsable de sa phosphorylation a une meilleure affinité pour le glucose. J'en déduis qu'en cas d'hypoglycémie, ces organes pourraient métaboliser le fructose. Par contre, au niveau du cerveau, il me semble que ce n'est pas le cas. Il métabolise uniquement du glucose (parmi les glucides j'entends) et si l'on manque de glucose, c'est malaise et coma…

Quant à ton argument évolutif, il me semble limite, car une fois qu'on a dans notre génome les gènes qui permettent le métabolisme d'un nutriment, il ne manque plus grand chose pour réguler leur expression dans un organe ou un autre. Donc la question serait plutôt pourquoi ces gènes ne sont pas exprimés dans le cerveau ? (Si c'est bien le cas.)

[Flyingbike]

Merci Loupsio pour ta réponse, mais elle ne me satisfait qu'à moitié. En effet, je lis ici :
http://www.uvt.rnu.tn/resources-uvt/...ction-3-2.html
que le fructose peut aussi être métabolisé par les reins et l'intestin grêle. Il est aussi précisé que l'enzyme responsable de sa phosphorylation a une meilleure affinité pour le glucose. J'en déduis qu'en cas d'hypoglycémie, ces organes pourraient métaboliser le fructose. Par contre, au niveau du cerveau, il me semble que ce n'est pas le cas. Il métabolise uniquement du glucose (parmi les glucides j'entends) et si l'on manque de glucose, c'est malaise et coma…

Quant à ton argument évolutif, il me semble limite, car une fois qu'on a dans notre génome les gènes qui permettent le métabolisme d'un nutriment, il ne manque plus grand chose pour réguler leur expression dans un organe ou un autre. Donc la question serait plutôt pourquoi ces gènes ne sont pas exprimés dans le cerveau ? (Si c'est bien le cas.)

en cas de jeune prolongé, ça ne servirait à rien pour le cerveau de pouvoir métaboliser du fructose qui est exclusivement exogène.

Et quand il n'y a pas de glucose, en général il n'y a pas de fructose non plus !

Alors qu'en cas de jeune, le foie produit du glucose justement pour ces organes qui ne peuvent pas s'en passer. Et voila, l'affaire et sauve !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pterygoidien]

Pour l'utilisation des corps cétoniques, oui le cerveau sait s'en servir, mais pas comme source unique et requiert un temps d'adaptation.
Pour ce qui est de la métabolisation du fructose, en fait, si, les cellules périphériques savent même très bien le métaboliser puisqu'elles ont majoritairement comme première enzyme de la voie glycolytique une hexokinase non spécifique (contrairement à l'isoforme IV dite glucokinase, tout à fait spécifique au glucose dans le foie), et savent ainsi transformer le fructose en fructose-6-phosphate, lequel intègre alors la voie glycolytique. C'est juste qu'il est principalement métabolisé par le foie, car une fois absorbé par ta muqueuse intestinale, les oses passent par la circulation porte et c'est le foie qui le capte majoritairement. Le fructose sait rentrer dans les cellules par diffusion facilitée à travers les GLUT5. D'ailleurs, le foie métabolise le fructose différemment et échappe à une étape de rétrocontrôle importante de la glycolyse, la réaction de la PFK-1, et ce raccourcit métabolique est fortement pointé du doigt pour ses conséquences sur l'obésité et l'insulino-résistance.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2991323/

Pour ce qui est du galactose, en revanche, c'est une autre histoire : seul le foie peut le métaboliser, en faisant intervenir un nucléotide UTP, pour finalement épimériser l'UDP-galactose en UDP-glucose (en passant les détails). Si le fructose ou le galactose ne sont pas utilisés par les cellules périphériques, c'est plutôt car le corps préfère garder un ose universel et concentrer ses voies de régulation sur cette molécule. Avoir plusieurs oses différents à la portée de tous tes tissus rendrait leur régulation plus compliquée. Le catabolisme oxydatif du glucose, évolutivement très ancien, trace la voie du métabolisme énergétique et cette voie est alors emprunté par d'autres oses en étant converti directement en intermédiaires. Le foie joue un rôle central à cette régulation, en convertissant les autres oses en intermédiaires, qui peuvent alors soit être complètement dégradés, soit reformer du glucose (néoglucogenèse), être stocké (glycogénogenèse), ou servir à d'autres fins.

Sinon le reste de ce qui a été dit est tout à fait juste.

Il faut également ajouter que la barrière hémato-encéphalique à l'interface entre le compartiment sanguin - dans lequel sont transportés les nutriments - et le compartiment cérébral est une barrière particulièrement imperméante aux composés hydrophobes/lipophiles, et ne laissent donc pas passer les acides gras, qui sont également source importante d'énergie. Par ailleurs, la beta-oxydation est exclusivement aérobie et rendrait le cerveau davantage vulnérable à l'hypoxie. La composition de la membrane des neurones, dont l'axolemme, doit par ailleurs être très finement régulée pour éviter des troubles de conduction. Le métabolisme oxydatif des lipides, bien qu'il ait un bilan énergétique supérieur à celui des glucides, est en réalité plus lent (notamment en raison de la "navette acyl-carnithine") qui permet de faire rentrer les acides gras dans la mitochondrie, mais génère également plus de radicaux libres (notamment superoxyde), qui sont connus pour faire des lésions membranaires.

Sur base de cette information, on pourrait aussi se demander pourquoi le cerveau n'utilise pas certains acides aminés comme source énergétique : il ne les utilise pas pour plusieurs raisons. D'une part, les acides aminés ne sont pas stockés, et forment des réserves sous forme de protéines qui ne sont puisées qu'en cas de déprivation nutritionnelle (jeune allongé, dénutrition, trouble métabolique), et le corps évite donc la protéolyse car elle s'accompagne d'une fonte musculaire (ce qui n'est pas un avantage du point de vue de favoriser la survie de l'individu). Ensuite, les acides aminés utilisés pour le métabolisme énergétique doivent se défaire de leur groupement amine (c'est leur squelette carboné qui est intéressant), et libèrent donc de l'ammoniac, qui est un neurotoxique : le cerveau n'a donc plutôt pas intérêt à utiliser ces substrats énergétiques pour son propre métabolisme. Seul le foie et dans une certaine mesure les reins sont aptes à utiliser les acides aminés comme ressource énergétique (et surtout pour la néoglucogenèse), et peuvent en même temps utiliser la source d'ammoniac pour former l'urée, un composé très peu toxique et facilement débarrassé par les reins. Pour finir, certains acides aminés sont des neurotransmetteurs (aspartate, glutamate), ou encore des précurseurs de neurotransmetteurs (tryptophane, tyrosine et phénylalanine) et leurs concentrations doivent être finement régulées dans le SNC.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7903674

[shyroki]

Le sujet du métabolisme énergétique est soumis à controverse, car notre alimentation peut provoquer des maladies qui peuvent se résoudre en changeant de mode alimentaire, mais certain changement peuvent également induire des problèmes qui n'existaient pas avec le mode alimentaire initial, techniquement c'est surtout l'excès qui est nuisible.

Priver notre cerveau de glucose est relativement impossible, même si on n'en consomme pas, notre organisme fera son maximum pour maintenir la glycémie quitte à sacrifier tout les muscles du corps avec la néoglucogenèse.
A savoir qu'une glycémie trop faible et c'est le coma assuré, à long terme ne pas consommer de glucide engendrera d'autres problèmes avant que le cerveau soit privé de glucose.

Après notre métabolisme s'adapte à notre alimentation qu'elle soit glucidique, protéique ou lipidique et plus ou moins riche en anti-oxydant.

Pourquoi le cerveau n'utilise pratiquement que le Glucose comme source d'énergie, c'est parce qu'avec l'oxygène c'est la source énergétique la plus efficace et sans déchet
Glucose + O2 => CO2 + H2O + ATP

Tout le métabolisme du reste du corps changera pour le cerveau puisse avoir du glucose et de l'oxygène.