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.