L`énergétique musculaire

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L`énergétique musculaire
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de la jeunesse
et des sports
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
Ecole Supérieure en Sciences et Technologie du Sport
Rachid HARRAIGUE -Dely IbrahimStage de formation 1er degré, 2 ème regroupement
L’ énergétique musculaire
Matière : Physiologie de l’exercice
Année universitaire : 2014 / 2015
Introduction
Les aliments que nous ingérons ne sont pas directement utilisables au niveau
cellulaire. Ils sont principalement composés de carbone(C), d’hydrogène (H) et d’oxygène
(O2). Un des buts de la digestion est de casser les molécules complexes afin de les rendre plus
assimilables à l’organisme (sous forme de substrats) et d’utiliser l’énergie en la stockant dans
une molécule dont le nom est l’adénosine triphosphate (ATP).
L’ATP est une molécule composée d’adénine, de ribose qui sont rattachés à 3 groupes
phosphates. Cette ATP est présente dans la fibre musculaire. Pour simplifier on peut dire
qu’une énergie est libérée quand le dernier phosphate se détache de la molécule d’ATP =
ADP + Pi + Energie EM
ADP = Adénosine di-phosphate/ Pi = phosphate/ EM= Energie musculaire
Ce substrat (l’ATP) est présent en toute petite quantité dans le muscle. Il ne peut
maintenir une contraction musculaire plus de 3 secondes. L’ATP est le seul substrat que la
fibre musculaire peut utiliser pour fonctionner.
Il est donc nécessaire que d’autres sources d’énergie permettent la resynthèse
permanente de l’ATP pour un travail musculaire continu.
Les cellules synthétisent l’ATP par 3 processus :
1) Le système ATP-CP (Créatine-Phosphate)
C’est le système le plus simple et le plus rapide pour renouveler l’ATP à partir d’un
composé énergétique présent dans les cellules, c’est un processus Anaérobie Alactique. Cette
molécule est appelée la Phospho –Créatine (PCr) ou Créatine Phosphate. Ce système
correspond à des efforts brefs mais intenses comme la vitesse.
Ce processus est rapide et ne nécessite pas la présence d’oxygène (ANAEROBIE) de
plus il est ALACTIQUE (faible production d’acide lactique). Durant les premières secondes
de l’exercice musculaire à intensité maximale (sprint), la quantité d’ATP est maintenue à un
niveau relativement constant. Mais au bout de 7 secondes à effort maximal, les niveaux
d’ATP et de CrP deviennent trop faibles pour permettre d’assurer des contractions
musculaires. Au-delà de cette période, les muscles doivent utiliser d’autres procédés pour
continuer la couverture énergétique.
La réaction s'effectue de manière suivante : sous l'action d'une enzyme appelée
créatine kinase, la molécule de créatine phosphate se dissocie en créatine et en phosphate.
Cette réaction libère de l'énergie qui est utilisée au rephosphoryler l’ADP. Il s'agit en fait ici
de la réaction inverse à celle de l'hydrolyse de l'ATP. Le transfert de l'énergie issue de la
dissociation de la créatine phosphate est utilisé pour re-synthétiser l'ATP à partir de
l'ADP + P.
Dans ce cas, l'ATP est très rapidement re-synthétisé puisqu'une seule réaction est
nécessaire pour transférer l'énergie. C'est la raison pour laquelle cette filière est utilisée en
début d'exercice quand les besoins énergétiques sont très importants et immédiats. C'est
également la raison pour laquelle la puissance dégagée par cette filière énergétique est très
importante.
On dit que la capacité de cette filière est faible:
1 molécule de créatine phosphate = 1molécule d’ATP
la durée pendant laquelle cette filière énergétique est capable de re-synthétiser de
l'ATP dépend de la concentration de créatine phosphate intramusculaire. Celle-ci est
environ 5 fois plus élevée que la concentration d'ATP, cela ne nous permettant
néanmoins pas d'effectuer des exercices de durée importante.
2) le système glycolytique
Un autre moyen de production de l’ATP implique la libération d’énergie par la
dégradation du glucose qui représente 99% des sucres circulant dans le sang, ce procédé est
appelé glycolyse. C’est un processus Anaérobie Lactique.
Ce glucose provient de la digestion des hydrates de carbone et de la dégradation du
glycogène hépatique. Au repos le glucose est pris en charge par le muscle et le foie qui le
transforme en glycogène musculaire. Celui-ci à l’avantage de pouvoir être stocké et dégradé à
la demande.
Cette production d’énergie se déroule dans le sarcoplasme musculaire. La fourniture
d’énergie est importante mais de durée relativement courte (de 30 secondes à intensité max à
2mn pour une intensité moindre. L’apport de l’oxygène est insuffisant (anaérobie) ce qui par
un schéma complexe, transformera l’acide pyruvique en acide lactique.
Le bilan de la glycolyse/glycogènolyse est donc de 4 ATP formés -2 ATP consommés
soit au final : 2 ATP formés par molécule de substrat.
Comparée à la filière créatine phosphate, la glycolyse/ glycogénolyse a donc une
capacité plus importante:
Une mole de glucose = 2moles d’ATP
Une mole de glycogène = 3 moles d’ATP
le stock de glucose et de glycogène utilisable par le muscle est beaucoup plus
important que le stock de créatine phosphate
Les réactions de glycolyse/glycogénolyse se déroulant dans le cytosol sont
dites oxydatives, c'est-à-dire qu'elles libèrent des ions H+, appelés protons, dont toute
augmentation importante et dangereuse pour l'organisme qui peut donc fort heureusement
contrôler leur concentration
La présence d’une quantité importante de lactates (acide lactique) dans le sang va
perturber l’homéostasie (baisse du Ph dans le sang) et l’exercice devra être interrompu
(Courbature dans les jambes, les bras lourds, etc)
La première solution pour cela, était utilisée lorsque les besoins énergétiques étaient
importants : elle consistait à faire accepter 2 protons par les ions pyruvates en les
transformant en acide lactique.
La 2ème solution est celle qui est utilisée lorsque les besoins sont moins importants et
se déroule au sein de la mitochondrie durant les réactions de la filière aérobie.
Une fois dans la mitochondrie, les ions pyruvates sont transformés en acétylcoenzyme A qui va être oxydé durant ce qu’on appelle le cycle de Krebs.
3) le système oxydatif
Le dernier système cellulaire de production d’énergie est le système aérobie
(oxydation des nutriments). Cette réaction se produit dans les mitochondries « véritables
usines à oxygène » situées dans la fibre musculaire. La présence d’O2 (voie aérobie) permet
un fonctionnement d’intensité modérée mais de très longue durée. Cette dégradation des
glucides, des lipides et de quelques protéines par voie aérobie s’accompagne d’une production
de « résidus » ayant peu d’influence à court terme sur la fatigue :
· De l’eau (H20) sueur éliminée
· Du gaz carbonique (CO2) éliminé dans la respiration
Ce sont les muscles et foie qui stockent environ l’équivalent de 2000 Kcal sous forme
de glycogène.
Pour les efforts de longue durée (45 mn minimum) ce sont les lipides qui interviennent
en particulier.
La forme d’effort privilégié de ce système : l’Endurance
Puisque cette filière nécessite un grand nombre de réactions chimique, le débit de
resynthétise de l’ATP et donc la puissance sont faibles, beaucoup plus faible que celle des 2
autres filières. C’est la raison pour laquelle on court beaucoup moins vite un marathon qu’un
800m ou qu’un 60m. Par contre, un nombre beaucoup plus important de molécule d’ATP est
re-synthétisé à partir d’une molécule de glucose ou de glycogène.
Le bilan final de la glycolyse/glycogénolyse + le cycle de Krebs + la phosphorylation
oxydative est d’environ 38 ou 39 ATP à partir d’une molécule de glucose/glycogène,
contre seulement 2 ATP avec la filière anaérobie lactique et 1 ATP à partir de la
créatine phosphate de la filière anaérobie alactique.
On comprend donc que l’on soit capable de courir beaucoup plus longtemps avec cette
filière qu’avec les 2 autres. Un autre intérêt de cette filière, c’est que c’est la seule à pouvoir
utiliser les autres nutriments, lipides et protéines, pour re-synthétiser l’ATP.
L’énergie apportée par l’oxydation des lipides est beaucoup plus importante que celle
de l’oxydation des glucides (selon le type de d’acide gras utilisé). Les cas des
protéines est un peu plus anecdotique, elles interviendraient dans la re-synthèse d’ATP
lorsqu’il y une diminution des réserves glycogéniques, notamment du fait de
l’apparition de la fatigue.
L’oxydation des protéines est plus complexe ( azote ne peut pas être oxydé) et
contribuent relativement peu à la fourniture d’énergie .
La capacité oxydative de nos muscles dépend des taux d’activité des enzymes
oxydatives ,de la typologie des fibres musculaires et de la disponibilité en oxygène .
•
La néoglucogenèse
La néoglucogenèse permet la synthèse de glucose à partir de précurseurs non
glucidiques. C’est une voie capitale pour le cerveau qui est dépendant du glucose comme
source de carburant primaire.
La voie de la néoglucogenèse transforme le pyruvate en glucose. Elle a
principalement lieu dans le foie mais aussi dans le cortex rénal et aide au maintien de la
concentration du glucose dans le sang de façon à ce que le cerveau et le muscle squelettique
puissent extraire suffisamment de glucose pour leurs besoins métaboliques.
•
Le cycle de CORI
Au cours d’un exercice intense, la vitesse de production du pyruvate par
la glycolyse excède la vitesse d’oxydation du pyruvate par le cycle de Krebs. La vitesse de
formation du NADH est plus grande que la vitesse de son oxydation par la chaîne respiratoire.
L’accumulation du NADH et du pyruvate va former du lactate. Le lactate gagne du temps et
déplace une partie de la charge métabolique du muscle vers le foie. En effet le sang va
transporter le lactate jusqu’au foie qui est oxydé en pyruvate qui par la néoglucogenèse va
former du glucose libéré dans le sang afin d’alimenter les muscles.