PHYSIOLOGIE DE L EXERCICE

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1 PHYSIOLOGIE DE L EXERCICE But du cours Connaître et comprendre la structure et le fonctionnement des principaux systèmes nécessaires à la réalisation d un effort physique (contrôle neuro-musculaire, énergétique, appareil cardio-vasculaire, respiratoire) Mise en marche de l exercice: (1) Le cerveau met en marche (2) les muscles qui vont demander (3) une augmentation de la fréquence cardiaque et de la respiration. 1. SYSTEME MUSCULAIRE 1.1 Le muscle Fonctions du muscle: - moteurs internes du corps humain, responsable des mouvements du squelette - doit croiser une articulation pour faire bouger le squelette - peut se raccourcir jusqu à 40% de sa longueur de repos - peut développer une force maximale de 3-4 kg/cm 2 Structure: Groupe musculaire = plusieurs muscles entouré de fascia. Muscle = plusieurs faisceaux entourés d épimysium. Faisceau = plusieurs fibres entourée de périmysium. Fibre musculaire = faisceau de myofibrilles entouré d endomysium. Myofibrilles = chaîne de sarcomères composés de myofilaments d actine et de myosine (éléments contractiles). a) Sarcolemme C est la membrane plasmique de la fibre musculaire (riche en glycoprotéine et en réticuline) b) Sarcoplasme C est le cytoplasme de la fibre musculaire. Il est composé de: - protéines - minéraux - mitochondries - plusieurs noyaux - glycogène et myoglobine (transport d O2, nourrir la cellule, produire de l ATP). c) Réticulum sarcoplasmique Réseau de tubules // aux myofibrilles entrecoupés de tubules transverses (tubule T). Il sert à stocker le Calcium. Un tubule T + 2 citernes = triade. Il y a 2 tubules T par sarcomère et ils servent de voie de communication pour l O2 le glucose et les ions. d) Sarcomère Pour chaque sarcomère, il y a un large bande foncée (bande A) au milieu et deux minces bandes claires (bande I) sur les côtés. Chaque bande A est coupée au milieu par une zone + claires (zone H) et chaque zone H est divisée en 2 par une ligne M. Au milieu des bande I, il y a une ligne Z. Entre deux stries Z = sarcomère (= +petite unité contractile) e) Myofilaments Filaments épais = myosine. Filaments minces = actine. - Strie I = actine - Strie A = myosine + actine (pour tout ce qui n est pas de dans la zone H) - Strie H = myosine - Ligne M et ligne Z = protéines de liaison f) Myosine - Filament de myosine = 2 filaments protéiques entrelacés avec chacun une tête (pont d union) à l extrémité - La queue est attachée à la ligne M (par la titine) 1/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

2 g) Actine - Filament d actine = 2 chaînes de protéines torsadées avec des sites de liaison à la myosine - L extrémité est attachée à la ligne Z (par l alpha actine) - filament entouré de troponine et de tropomyosine (protéines régulatrices) h) Tropomyosine - Deux chaînes torsadées - au repos, empêche la fixation actine/myosine (masque le site de liaison) i) Troponine - attachée à l actine et à la tropomyosine - possède un site de liaison au calcium j) Filaments structuraux - myomésine = compose la ligne M - alpha actine = compose la ligne Z - desmine = lien entre les lignes Z des diverses myofibrilles Morphologie Il y a 2 types d organisations de fibres: les fibres en fuseau (m. fusiformes) et les fibres parallèles (m. pennés) o La surface de section anatomique (SSA) [cm 2 ] c est la masse musculaire (m) divisée par la masse volumique [g/cm 3 ] du muscle ( ) et la longueur de la fibre (l): Elle sert à calculer la force maximale d un muscle fusiforme (Car rapport proportionnel entre SSA et force maximale du muscle) o La surface de section physiologique (SSP) c est le volume du muscle divisé par la longueur des fibres et muliplié par le sinus de l angle entre l os (l attache) et les fibres: Elle sert à calculer la force maximale d un muscle penné (Car rapport proportionnel entre SSP et force maximale du muscle) Ces surfaces de section sont perpendiculaires à la direction des fibres. La force maximale développée par le muscle est proportionnelle au nombre de sarcomères situé en parallèle (donc à la surface de section a) Muscles fusiformes (= fibres en fuseau) - exemple: biceps brachial - ont une grande amplitude (car fibres relativement longues) - développent une force relativement moyenne par unité de matière - longueur de contraction (de raccourcissement) élevée - vitesse de contraction (de raccourcissement) élevée - surface de section anatomique => petite - schématiquement: organisation des fibres en série b) Muscles pennés (= fibres parallèles) - exemple: quadriceps - ont petite amplitude (car fibres relativement courtes) - développent une grande force par unité de matière - longueur de contraction (de raccourcissement) faible - vitesse de contraction (de raccourcissement) faible - surface de section physiologique => grande - schématiquement: organisation des fibres en parallèle Un muscle penné va donc produire plus de force qu un muscle fusiforme pour la même quantité de matière. Par contre, un muscle fusiforme aura une plus grande vitesse de contraction (car plus les fibres sont longues, plus il y a de sarcomère et plus la vitesse de contraction est rapide). Le rapport entre la force du muscle et la surface de section physiologique est déterminée par deux fois la force exercée sur le tendon multiplié par la longueur des fibres et divisé par le volume musculaire et le sinus du double de l angle entre l attache et les fibres: Rappel: (Ft = force du tendon) (Fm = force du muscle) 2/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

3 Pour les muscles pennés, dès lors: - plus l angle entre les fibres et l attache est grand, moins il y a de tension sur le tendon (idéal: 90 ) - il y a plus de fibres musculaires dans un muscle penné pour un même volume Modèle musculaire Selon le modèle musculaire de Hill, un muscle a: a) une composante élastique en série passive Si on étire un muscle au repos par une force externe (sans qu il y ait de contraction donc), il va revenir à sa longueur initiale. Ceci grâce aux tendons et aux enveloppes de tissus conjonctifs (épimysium, etc.). Cette composante est responsable de la moitié de l élasticité musculaire sérielle. b) une composante élastique en série active Lorsque le muscle est étiré alors qu il est en contraction (excentrique), il va restituer cette force grâce à son élasticité. Ceci permet de protéger le muscle de déchirures dues à une trop grande force. Cette élasticité est possible grâce aux composantes même du sarcomère (la titine [cf paragraphe sur la myosine plus haut] et les queues de la myosine). Cette composante est responsable de l autre moitié de l élasticité musculaire sérielle. c) une composante élastique en parallèle Ici il s agit de l élasticité du muscle en largeur, et plus dans la longueur. Elle existe grâce au sarcolemme et aux tissus conjonctifs entourant le muscle. Elles permettent une tension passive lorsque le muscle est au repos d) une composante contractile La composante contractile est le générateur de force du muscle assuré par le cycle de liaison actine-myosine. C est une structure qui permet de transmettre la force aux leviers grâce à l élasticité sérielle. 1.2 La contraction Théorie des filaments glissants a) Phase de repos - troponine maintient les filaments de tropomyosine qui masquent les sites de liaison actine-myosine - actine et myosine ne sont pas en contact - le Ca 2+ est dans le réticulum sarcoplasmique (dans les citernes plus précisément) => faible concentration de calcium b) 1 ère Phase: couplage excitation-contraction - arrivée du PA qui libère le Ca 2+ (ouverture des canaux à calcium du réticulum sarcoplasmique) => forte concentration de Ca 2+ - le Ca 2+ se lie à la troponine qui se dégage ainsi de la tropomyosine - sous l action de 4 Ca 2+ au moins, la tropomyosine change de configuration et libère les sites de liaison actine-myosine - la myosine se lie dès lors par son attraction naturelle à l actine (mais il n y a pas encore de contraction c) 2 ème phase: contraction - l ATP contenu dans la tête de myosine libère son Pi ce qui fournit l énergie nécessaire au pivotement de la tête de myosine - l actine glisse sur la myosine grâce au pivotement de la tête => le muscle se contracte d) 3 ème phase: accentuation - La tête libère ensuite son ADP ce qui accentue encore le pivot des têtes de myosine et fait glisser encore plus l actine - les 2 ème et 3 ème phases constituent le «coup de rame» de la contraction e) 4 ème phase: relâchement - l arrivée d un nouvel ATP provoque la séparation de l actine et de la myosine - l hydrolyse de l ATP par l ATPase en ADP + Pi permet de redresser la tête de myosine - s il y a toujours du Ca 2+, le processus recommence à la phase b). - sinon c est qu il n y a plus de PA et que le réticulum sarcoplasmique a récupéré tout le calcium à l aide de ses pompes à Ca 2+. Relation force-longueur Chaque muscle a une longueur optimale à laquelle il développe son maximum de force active. S il est trop raccourci ou trop étiré, il ne fournit pas une force active maximale. Chaque articulation a ainsi un angle optimal d application de la force active (pour que le biceps soit au maximum de sa force il faut que le coude ait un angle de ). 3/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

4 Pour la force passive (force développée lors d un étirement passif excentrique) par contre, elle augmente à mesure que le muscle est étiré. La force totale est la somme de la force active et de la force passive. Relation force-vitesse Puissance = force vitesse => La puissance maximale représente le meilleur rendement force/vitesse. La puissance maximale correspond à 1/3 de la Force maximale et à 1/3 de la vitesse maximale (donc l idéal pour travailler la puissance c est de travailler à 1/3 de la force maximale). 1.3 Contrôle nerveux du mouvement Anatomie du Système Nerveux Central Système nerveux SN périphérique SN central SN autonome (végétatif) SN somatique moelle épinière encéphale SN sympathique SN parasympathique Voie efférente somatique => consciente => muscles squelettiques Voie efférente autonome => inconsciente => muscles lisses, cœur, respiration a) L encéphale est formé: - des deux hémisphères (cortex) cérébraux qui composent le cerveau à proprement parler - du tronc cérébral (prolongement supérieur de la moelle épinière - du cervelet (au niveau inférieur postérieur du cerveau) [s occupe de la coordination] - du diencéphale (partie supérieure du tronc cérébral, entre les deux hémisphères) Le cortex cérébral contient plusieurs aires fonctionnelles qui sont soit sensitives (reçoivent les signaux de perception) soit motrices (s occupent de programmer les mouvements et d envoyer les signaux par la moelle) Le cortex est composé de 4 parties: - le lobe frontal (fonctions intellectuelles et contrôle moteur) - le lobe temporal (fonctions auditives) - le lobe pariétal (fonctions sensitives) - le lobe occipital (fonctions visuelles) b) La moelle épinière - conduit les signaux sensitifs de la périphérie au cerveau (par les racines postérieures) - conduit les signaux moteurs du cerveau à la périphérie (par les racines antérieures) Intégration sensori-motrice a) Fonctions du SN: - reçoit les signaux sensitifs - traite l info et programme la réponse - transmet la réponse aux effecteurs (muscles, glandes, ) b) Destination de l information => selon sa destination, l information produit: - moelle épinière => simplement une réponse réflexe - tronc cérébral inférieur => une réaction subconsciente, sorte de semi-réflexe (contrôle et ajustement postural) - cervelet => un contrôle de la coordination, mouvements subconscients, précis et sans à coups - thalamus => des sensations conscientes, connues et reconnaissables 4/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

5 - cortex cérébral => une adaptation consciente à l environnement (grâce aux signaux provenant des propriocepteurs musculaires, tendineux et articulaires) c) Réponse motrice => origine et type d actions des réponses motrices: - moelle épinière => réponse la + rapide, pré programmée, il n y a qu une seule réponse possible (exemple 1: réflexe tendineux par l organe de Golgi = neurorécepteur inhibiteur de la contr. musc. pour protéger le muscle, exemple 2: réflexe d étirement par le fuseau neuromusculaire et le motoneurone => excitateur de la contr. m.) - cervelet => à partir des infos du cortex moteur (qui a programmé l action) et des infos sensorielles, le cervelet ajuste et corrige constamment le mouvement à effectuer ou en train d être effectué (=> coordination) - noyaux gris centraux => s occupent des mouvements automatiques (balancier des bras), semi-automatiques (marche, course, ) et posturaux (tonus musculaire, maintient postural) - cortex moteur primaire => c est la voie pyramidale, celle qui se charge des mouvements fins et précis, actions conscientes (à partir des programmes moteurs mémorisés dans le cortex pré moteur) Structure du Système Nerveux a) Neurone Dans l ordre du flux de l information: - dendrites - corps cellulaire - axone (avec gaine de myéline et nœud de Ranvier) - boutons synaptiques qui font synapse sur des dendrites, corps cellulaires voir même sur des axones c) Du PA à la contraction musculaire - Potentiel de repos de la membrane (-70mV) => K + attiré par son gradient chimique vers LEC, Na + attiré par son gradient chimique vers LIC mais le déséquilibre est maintenu par les pompes Na + /K + - Propagation de l influx se fait électriquement le long des axones et chimiquement dans les boutons synaptiques - canaux ligand-dépendants (ligand neurotransmetteur) => neurotransmetteur se lie au récepteur et permet le changement de configuration du canal qui s ouvre aux Na + et aux K + - canaux voltage-dépendants => «serrure» qui ne s ouvre que lorsqu il y a un déséquilibre électrique (dépolarisation jusqu au seuil) - Repos => canaux Na + et K + fermés - Dépolarisation => canaux Na + ouverts - Repolarisation => canaux K + ouverts et canaux Na + fermés - Hyperpolarisation => canaux Na + et K + fermés - Le PA permet, au bout de l axone, de rendre la membrane perméable au calcium qui va permettre la fusion des vésicules contenant le neurotransmetteur avec la paroi de la fente synaptique => libération du neurotransmetteur et la suite c est Expression mécanique de la contraction musculaire - Unité motrice (UM) = un motoneurone + les fibres qu il innerve => le flux se propage en même temps à toutes les fibres d une même unité motrice - L excitation de chaque UM suit la loi du «tout ou rien» => pour arriver au seuil on peut soit augmenter le nombres d UM (sommation spatiale), soit augmenter la fréquence des PA (sommation temporelle) - les muscles grossiers (de la jambe par exemple) ont un nombre plus important de fibres innervées par un motoneurone (donc moins d UM pour le même nombre de fibre) qu un muscle de précision (de la main par exemple) qui aura plus d UM et donc moins de fibres innervées par un même motoneurone. 1.4 La myotopologie Les différences entre les types de fibres musculaires sont d ordre: - contractile (vitesse de contraction) - enzymatique (selon le fonctionnement de l ATPase notamment selon les variations du ph) - énergétique (sources oxydatives, glycolitiques, etc.) 5/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

6 Classification et propriété des fibres musculaires a) Fibres de type I - propriété contractile (vitesse de contraction): lente - propriété métabolique (voie principale de la synthèse d ATP): aérobie - activité de l ATPase de la myosine: lente - concentration de myoglobine: élevée (d où la couleur: rouge) - réserve de glycogène: faible - réserve de triglycéride: élevée - résistance à la fatigue: élevée => lente à se fatiguer - utiles pour: exercices d endurance, maintien de la posture - diamètre des fibres: petit (pour une meilleure pénétration de l O2) - mitochondries et capillaires: nombreux (bonne irrigation car besoin d O2) - motoneurone: petit car innerve peu de fibres b) Fibres de type IIa - propriété contractile (vitesse de contraction): rapide - propriété métabolique (voie principale de la synthèse d ATP): aérobie - activité de l ATPase de la myosine: rapide - concentration de myoglobine: élevée (d où la couleur: rose-rouge) - réserve de glycogène: moyenne - réserve de triglycéride: faible - résistance à la fatigue: moyenne => se fatigue moyennement vite - utiles pour: sprint, marche - diamètre des fibres: moyen - mitochondries et capillaires: nombreux (bonne irrigation car besoin d O2) - motoneurone: gros car innerve beaucoup de fibres c) Fibres de type IIx (chez l animal c est IIb) - propriété contractile (vitesse de contraction): rapide - propriété métabolique (voie principale de la synthèse d ATP): glycolyse anaérobie - activité de l ATPase de la myosine: rapide - concentration de myoglobine: faible (d où la couleur: blanche) - réserve de glycogène: élevée - réserve de triglycéride: faible - résistance à la fatigue: faible => se fatigue vite - utiles pour: mouvements puissant et intense de courte durée (frapper une balle au baseball) - diamètre des fibres: grand - mitochondries et capillaires: peu nombreux (irrigation peu importante car pas besoin d O2) - motoneurone: gros car innerve beaucoup de fibres - réticulum sarcoplasmique très dense et développé pour permettre une vitesse éclaire de contraction d) Fibres de type IIc - ce type de fibre représente des fibres immatures, existantes chez le fœtus, et qui vont se développer - elles sont rapides et utilisent la voie aérobie. Les fibres rapides sont plus grosses et contiennent donc plus d unité contractiles ce qui leur permet de fournir plus de force. En revanche, elles épuisent rapidement leur stock de glycogène et produisent de l acide lactique ce qui les fatigue assez rapidement. La fréquence de la décharge détermine, elle, la capacité à obtenir une tétanisation du muscle grâce à la fréquence des potentiels d action. 6/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

7 Distribution des fibres musculaires a) Ontogenèse des fibres musculaires Jusqu à 7 mois environ, les muscles ne sont que d un type (IIc) puis ils se différencient (moitié fibres lentes, moitié fibres rapides) mais à la naissance il peut y avoir encore jusqu à 10% des fibres indifférenciées (IIc). b) hétérogénéité intermusculaire Tous les muscles n ont pas le même type de fibres, les variations sont dues en partie à la fonction du muscle (tonique ou phasique) c) hétérogénéité intramusculaire Un muscle n est pas composé d un seul type de fibre, il y a des dominance (muscle plutôt lent ou rapide, ). Il peut y avoir des différences de type de fibre latéralement mais aussi en profondeur. Selon l activité et le sport pratiqué, il peut y avoir une adaptation des fibres (avec l entraînement) mais qui reste relativement faible. La proportion du type de fibre est déterminée génétiquement. «Le meilleur moyen de devenir champion olympique c est de bien choisir ses parents.» d) Recrutement A l effort, l homme recrute successivement les fibres de type I puis celle de type IIa et utilise les fibres de type IIx à la fin. On remarque que le recrutement s opère selon le diamètre des fibres musculaires (=> d abord les petits puis les grands) car les fibres minces sont plus facilement excitables. Plasticité musculaire La plasticité musculaire est la capacité du muscle à s adapter selon le type de stimulation. a) Preuve: l innervation croisée Soléaire = fibres lentes et jambier antérieur = fibres rapides => fibres rapides devenue lente et vice versa grâce à la durée et au type de contraction. Le nouveau mode de stimulation spécifique pour un muscle induit une synthèse nouvelle de la myosine ATPase avec de nouveaux types de protéines ce qui produit une changement des propriétés contractiles. Stimulation électrique artificielle => L excitation d un nerf moteur d un muscle rapide à des fréquences et intensités propres au muscle lent transforme le mode de contraction du muscle. Ethiquement, ça ne se fait pas sur l humain b) Influence de l exercice - entraînement en endurance => augmentation de la capillarisation et du nombre de mitochondrie et modification des cycles métaboliques pour permettre une meilleure oxydation des fibres mais le type de fibre ne change pas vraiment en lui-même. - entraînement de force => on observe une augmentation du poids du muscle mais il n y a pas de modification de fibres de type I vers le type II (modification légère du type IIx vers IIa parfois). c) Hypertrophie (c est par ce moyen prioritairement que le muscle gagne de la masse) Hypertrophie = accroissement de la masse musculaire par une augmentation du volume des fibres existantes (fibres II => +30%, fibres I => +20%) et du nombre de noyaux. Mais on sait qu il y a d abord une adaptation nerveuse (amélioration des connections pour le recrutement des UM) avant l hypertrophie musculaire. d) Hyperlasie (faible) Hyperlasie = accroissement de la masse musculaire par la formation de nouvelles fibres. Elle se fait à partir de cellules satellites (qui, à cause d un stress, se transforment en fibres musculaire) ou par une division longitudinale de fibres musculaires devenues trop grosses. Relation Force-Vitesse et Puissance vitesse - La vitesse maximale de raccourcissement est 2 fois lus élevée dans les fibres rapides et pour une vitesse moyenne, elle peuvent générer 2 fois plus de force. - plus la vitesse de raccourcissement est rapide, plus la puissance sera grande => les fibres rapides développent plus de puissance. 7/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

8 1.5. Production d énergie Fonctionnement enzymatique Le glucose et le fructose (monosaccharides) n ont pas une tendance naturelle à s unir ensemble mais y parviennent grâce au fonctionnement enzymatique. a) Enzyme Enzyme = protéine qui se trouve dans la cellule et qui est un catalyseur de réaction chimique (accélère des réactions chimiques). L enzyme est une structure compacte présentant des sites actifs qui ont des caractéristiques chimiques spécifiques. L enzyme n est pas altérée par la réaction => peut refaire la même réaction des milliers de fois à la seconde. - Substrat: substance qui se fixent sur le site actif. - Produit: molécule obtenue à la fin de la réaction. - Site actif: lieu où s effectue la réaction chimique catalysée par une enzyme. b) Anabolisme Phase du métabolisme nécessitant de l'énergie afin de former des molécules plus complexes (synthèse) en liant des molécules plus petites. c) Catabolisme Processus de métabolisme par lequel les cellules vivantes dégradent les molécules en molécules plus petites. d) Oxydation Processus par lequel les substances se combinent avec de l'oxygène ou perdent de l'hydrogène. e) Réduction Réaction chimique dans laquelle une molécule gagne des électrons et de l'énergie (souvent H+) ou perd de l'oxygène. f) Phosphorylation Réaction chimique comportant la fixation d'un radical phosphoryle sur un composé organique g) cofacteur Substance indispensable à une apoenzyme pour rendre son site actif fonctionnel. Le cofacteur peut être: - un ion métallique (zinc, cuivre ) - un coenzyme (petite molécule organique) - une vitamine Si il n y a pas de cofacteur, la réaction ne peut pas avoir lieu. h) Inhibition enzymatique - inhibiteur compétitif imite le substrat et entre en compétition avec lui pour s'introduire dans le site actif. Si le site actif est bloqué par un inhibiteur compétitif, l'enzyme ne peut plus fonctionner. L'inhibiteur compétitif a souvent une action irréversible. Une fois en place, l'inhibiteur demeure fixé à l'enzyme. Beaucoup de poisons sont des inhibiteurs compétitifs d'enzymes essentielles à la survie. - inhibiteur non compétitif se lie à l'enzyme (en un point autre que le site actif), ce qui provoque la déformation du site actif. Le site actif déformé ne peut plus se lier au substrat; l'enzyme est inhibée. Plusieurs inhibiteurs non compétitifs sont des produits normaux du métabolisme. Leur action est réversible et cesse lorsque leur concentration diminue. i) Enzymes allostériques Certaines enzymes dites allostériques ont la propriété de changer de forme dans l'espace sous l'influence de petites molécules spécifiques. Ces enzymes oscillent entre 2 états : - un état actif un activateur stabilise l'état actif. - un état inactif un inhibiteur stabilise l'état inactif. Mécanisme de synthèse de l ATP a) ATP: définition L ATP est l énergie stockée au niveau musculaire (nécessaire pour le pivotement des têtes de myosine). Dans notre corps nous avons l équivalent de g d ATP (permet un effort de 2-3s). Du fait que l ATP ne peut être fourni ni par voie sanguine, ni par les tissus, il doit être continuellement resynthétisé. Une molécule d ATP est composée d adénosine combinée à 3 phosphates inorganiques (Pi). La liaison entre les deux derniers phosphates est riche en énergie. Ainsi sa rupture (hydrolyse) par l enzyme ATPase libère l énergie stockée dans la liaison : ATP ADP + Pi. Puis il y a à nouveau synthèse et par phosphorylation un phosphate est ajouté à l ADP : ADP + Pi ATP. 8/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

9 3 systèmes peuvent conduire à la production d ATP : 1. Le système ATP PCr 2. Le système glycolitique 3. Le système oxydatif o Oxydation des glucides (par 3 processus) La glycolyse Le cycle de Krebs La chaîne de transport des électrons (qui se déroule en parallèle) o Oxydation des lipides o Oxydation des protéines La phosphocréatine (système ATP PCr) La phosphocréatine ou phosphate de créatine est une molécule de créatine phosphorylée riche en énergie (qui possède une liaison phosphate à haute énergie). La créatine kinase (CK) sépare le Pi de la créatine libération d énergie. Cette énergie permet la liaison du Pi avec l ADP ATP. Ceci est un procédé rapide pour les premières secondes d effort intense ( s anaérobie). Anaérobie alactique = production d ATP sans oxygène et sans production d acide lactique. On remarque qu au bout de 10 secondes, les réserves de créatine phosphate sont pratiquement épuisées, donc la quantité d ATP produite est très faible. Cette filière va se régénérer très rapidement une fois l exercice terminé. 70 % en trente secondes, puis 90 % après 2 minutes. La régénération est donc très rapide, malheureusement les réserves sont assez faibles pour cette filière la plus simple. Métabolisme des glucides a) La glycolyse La glycolyse est la dégradation du glucose (hydrolyse du glucose par enzyme glycolitiques) libération d énergie. Le glycogène (stocké dans le foie et les muscles) est synthétisé en glucose par la glycogénolyse. La glycolyse se termine par avec la formation d acide pyruvique. Elle se déroule à l extérieur des mitochondries, dans le cytosol de la cellule Bilan de la glycolyse Pour la glycolyse, on a besoin: - d une molécule de glucose - de deux NAD + - de deux ADP - de deux Pi On va ainsi pouvoir produire: - 2 ATP (on en produit 4 mais on a utilisé 2 ATP au cours du processus) - 2 NADH + H H20-2 molécules de pyruvate (à haute énergie à cause de ses électrons 9/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

10 b) Le devenir de l acide pyruvique Acide pyruvique + CoA + NAD + Acétyl CoA + + NADH + H + Le facteur limitant de la glycolyse est l accumulation d acide lactique dans les muscles ce qui altère le fonctionnement enzymatique de la glycolyse et diminue le pouvoir contractile des muscles, car diminue la capacité à libérer le Ca. c) Le cycle de Krebs (ou cycle de l acide citrique) Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice des mitochondries. Le pyruvate, qui contient encore de nombreux électrons riches en énergie, entre dans les mitochondries. Ces électrons vont être extraits durant cette phase du cycle de Krebs. Bilan du cycle de Krebs Le glucose a été complètement dégradé en CO 2 et H+. Seulement 4 ATP ont été produits pour chaque glucose : -2ATP dans la glycolyse (cf ci-dessus) - 2ATP dans le cycle de Krebs L énergie du glucose est contenue dans les électrons d hydrogène dans le NADH (10) et le FADH (2). Les électrons et leurs énergies L énergie libérée par la respiration provient des électrons. Plus un électron est sur une orbitale élevée, plus il contient d énergie. Il faut fournir de l énergie afin qu il passe d une orbitale basse à une orbitale élevée. Par contre lorsqu un électron passe à un niveau plus bas, il perd de l énergie. Au cours de la respiration, les électrons du glucose perdent de l énergie. d) La chaîne de transport des électrons (qui se déroule en parallèle) La chaîne de transport d électrons se situe dans la membrane interne de la mitochondrie. Les ions hydrogènes, libérés lors de la glycolyse et du cycle de Krebs, se combinent à 2 coenzymes (NAD et FAD) qui les transportent vers la chaîne de transport des électrons. Les électrons riches en énergie sont transférés du NADH ou du FADH 2 à des transporteurs d'électrons de la membrane interne de la mitochondrie. À chaque transfert, l'électron perd de l'énergie. À la fin de la chaîne, l'électron qui a perdu beaucoup d'énergie peut être accepté par l'oxygène. Les électrons perdent de l énergie à chaque transfert. Dans la respiration, l énergie est libérée par étapes et non d un seul coup!!! Si elle était libérée d un seul coup, une grande partie de l énergie serait perdue sous forme de chaleur. L'énergie provenant des électrons transférés sert à "pomper" des ions H + dans l'espace inter membranaire de la mitochondrie (entre les membranes externe et interne). La coenzyme Q et le cytochrome C sont mobiles et agissent comme transporteurs entre les trois complexes principaux. Le quatrième complexe synthétise l ATP avec l ADP et le Pi en utilisant l énergie du flux de protons. La chimiosmose = Le couplage du transport d'électrons à la synthèse d'atp. Il y a un gradient électrochimique qui attire les ions H + dans la mitochondrie. Ces ions H + passent ensuite dans l ATP synthètase. Pour chaque passage de 3 H + à travers de l'atp synthétase 1 ATP est formé. Bilan de la chaîne respiratoire Glycolyse 2 ATP Cycle de Krebs 2 ATP Chaîne de transport des électrons 34 ATP Utilisation Acétyl CoA 38 ATP -2 ATP 36 ATP 10/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

11 e) Navette glycérol phosphate Lors de la glycolyse, le NADH cytosolique produit doit être régénéré en NAD + sinon la glycolyse s'arrêterait par manque de NAD +. Les cellules eucaryotes possèdent des navettes permettant de transférer les électrons du NADH cytosolique dans la mitochondrie, sans que la molécule soit elle-même transportée à travers la membrane interne. La navette glycérol phosphate est composée de deux glycérols phosphate déshydrogénases différentes. f) Navette malate-asparate La masse moléculaire du NADH ne lui permet pas de franchir les membranes de la mitochondrie. Il en est de même d'autres coenzymes et de nombreux métabolites. Cependant des voies métaboliques particulières, appelées navettes mitochondriales, permettent à ces composés de franchir ces membranes. La navette malate/aspartate est la première de ces voies. La malate déshydrogénase (MDH) est une enzyme présente aussi bien dans le cytoplasme que dans les mitochondries. g) Effets de quelques poisons - Le cyanure: bloque le passage des électrons du cytochrome a3 (un des transporteurs d'électrons de la membrane) à l'oxygène. - Le dicoumarol ou le 2,4 dinitrophénol : augmente la perméabilité de la membrane aux ions H+. Les ions H+ diffusent à travers la membrane sans passer par les ATP synthétases. Leur énergie est convertie en chaleur (et non en ATP). h) Le devenir du lactate - Les muscles font de la fermentation lactique si il n y a pas assez d oxygène. - Le NAD+ est recyclé par la transformation du pyruvate en lactate (acide lactique). - Le lactate produit peut être converti dans le foie en pyruvate qui peut ensuite être respiré. - Pendant le métabolisme aérobie, l accepteur final d électron est l O 2. Sans O 2 le transporteur d électron NAD+ doit être récupéré par une réduction du pyruvate. - L acide lactique a souvent été considéré comme responsable de la fatigue. En fait ce sont les ions H + libérés par l acide lactique qui sont la source de fatigue. L accumulation d H + diminue le ph musculaire, perturbant par là même les mécanismes cellulaires de production d énergie et la contraction musculaire - Par oxydation 99.9% de l acide lactique est rapidement converti en lactate et H +. Le lactate se diffuse dans le sang et peut ensuite être utilisé: - Le lactate peut être utilisé dans les muscles actifs dans lesquels il a été produit. - Il peut être transporté dans d autres muscles dans lesquels il va être oxydé. - Le lactate se diffuse dans le muscle, le sang sang veineux = lactate veineux. - Ce sont plutôt les fibres lentes qui vont utiliser le lactate (muscles actifs). - Le cœur est un gros utilisateur de lactate. - Le lactate peut aussi être éliminé dans l urine ou alors transformé en glucose dans le foie (cycle de Cori). i) Le cycle de Cori L'association de la glycolyse anaérobie des muscles et de la gluconéogenèse du foie constitue le cycle des Cori. Il s agit donc de la production de glucose à partir d acide lactique. Le cycle de Cori utilise 6ATP et il produit 2ATP, ce qui donne un coût net de 4ATP. Bien qu'il coûte en énergie, le cycle de Cori permet à l'organisme de s'adapter aux larges fluctuations en énergie dont les muscles ont besoin entre l'état de repos et d'exercice. 11/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

12 j) Lactate manque d 02 - La production du lactate par les muscles augmente même pour des exercices modérés alors qu'il est impossible de mettre en évidence un déficit en oxygène. Même lors de la stimulation maximale, le muscle ne se trouve jamais en hypoxie. Ces observations tendent à montrer que nous avons toujours assez d'oxygène au niveau de nos muscles. Dès lors, la production du lactate en masse ne peut être par manque d'oxygène. - La lactatémie n'est plus associée à un état anaérobie. Elle n'est plus un indice d'hypoxie, mais un indicateur de la sollicitation de la glycolyse anaérobie. A chaque fois qu'il y a formation de pyruvate, une certaine quantité est transformée en lactate (loi de l'effet de masse), ceci même s'il y a assez d'oxygène. Donc si une grande quantité de pyruvate est produite, il y aura une grande quantité de lactate. - L'accumulation du lactate serait simplement due aux vitesses de transformation de l'énergie par les filières anaérobie et aérobie différentes. Même à faible intensité la production d acide lactique continue, car il y a toujours production de pyruvate donc d acide lactique. Concentration de lactate Le problème est, qu en mesurant le lactate dans le sang veineux, le lactate n y est pas encore passé. Donc il vaut mieux faire les mesures dans le sang artériel, car le sang est passé par les muscles et la mesure du lactate y est plus représentative. La lactatémie dans le plasma artériel est le reflet de la production totale de lactate. Cinétique de la lactatémie sanguine La lactatémie continue d'augmenter pendant quelques minutes après l'arrêt de l'exercice. Pourquoi cette augmentation alors que le muscle n'est plus sollicité? C est un modèle qui ressemble aux bases communicantes. Lactate et modélisation La quantité de lactate dans le sang et dans les muscles est égale. La quantité que l on mesure est la différence entre l apparition et la disparition de lactate. Entre muscle et sang Dans les fibres diffusion dans le cœur aux autres muscles Métabolisme des lipides Les lipides constituent la source d énergie la plus concentrée de notre organisme. Ils contiennent très peu d eau et leur catabolisme permet un rendement énergétique à peu près deux fois plus important que celui du glucose (1g de glucides = 4kcal) ou des protéines (1g de protéines= 4kcal), soit 9kcal par gramme. Les stocks de glycogène ne peuvent pas fournir plus de kcal d énergie. En revanche, les graisses stockées constituent une réserve de 70'000 à 75'000 kcal d énergie. Les lipides peuvent être de 3 types: - Triglycérides (graisses et huiles) [= 1 glycérol lié à 3 acides gras] - Phospholipides - Stéroïdes Seules les graisses sous forme de triglycéride (qui doit être décomposé en glycérol + 3 AGL = lipolyse) peuvent être utilisées pour fournir de l énergie. Ils sont stockés dans les cellules adipeuses et dans les fibres musculaires squelettiques. Si nos réserves n étaient pas constituées de lipides, mais par exemple du glycogène, notre masse serait énorme car le poids de glycéride est moindre que le poids du glycogène. De plus, le glycogène se lie avec les molécules d H 2 O. 12/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

13 a) Acides gras saturé et insaturé. Acide gras saturé (ex: acide palmitique) Il est «complet» c'est-à-dire qu on ne peut plus ajouté d hydrogènes. Un acide gras saturé est un acide gras totalement saturé en hydrogène. Il ne possède donc pas de double liaison carbone-carbone. Les acides gras saturés sont notamment d'origine animale. On en trouve dans les aliments d'origine animale comme le beurre ou le fromage. Ils sont généralement solides à température ambiante. Une consommation d acides gras saturés favorise un taux de cholestérol élevé et donc des problèmes cardio-vasculaires. Acide gras insaturé (ex: acide oléique) Monoinsaturé: Il possède une liaison double que l on peut transformer en liaison simple pour rajouter 2 H. Polyinsaturé: Il possède plusieurs doubles liaisons, donc possibilité d y ajouter plusieurs H. Un acide gras insaturé est un acide gras qui comporte une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone. On parle d'acide gras mono-insaturé lorsqu'il n'y a qu'une seule double liaison et d'acide gras poly-insaturé lorsqu'il y en a plusieurs. Les acides gras poly-insaturés sont notamment d'origine végétale. Ils sont généralement liquides à température ambiante. La lettre oméga ( ) désigne sur quel carbone la double liaison se trouve. Ainsi, un oméga 3 possèdera une double liaison sur le troisième carbone. b) Le devenir du glycérol Le glycérol va être transformé par une enzyme en glycérol 3 phosphate, puis en dihydroxyacétone phosphate. Notons qu il y a besoin d un ATP à la base La glycolyse va ensuite avoir lieu, et il y aura production de pyruvate. Puis au travers du cycle de Krebs, il y aura production de deux ATP. La production d ATP est donc non négligeable avec le glycérol! c) Bilan du glycérol On peut à l aide du glycérol produire une quantité d ATP non négligeable, mais qui est quasiment inférieure de moitié à celle du glucose. 1 ATP sort du cycle de Krebs, car il n y a qu un glycérol. Toutefois, le métabolisme des graisses produit beaucoup plus d énergie, car lors de la combustion complète des AGL il y a plus de carbones et donc une plus grande quantité d acétyl-coa que pour le métabolisme des glucides. c) Néoglucogenèse du glycérol Il s agit du processus de formation de sucre à partir de molécules autre que les glucides, comme le glycérol ou les acides aminés. Ce processus se déroule dans le foie et se produit lorsque les sources alimentaires de glucose et les réserves de glucose sont insuffisantes et que la glycémie diminue. La néoglucogenèse permet à la synthèse d ATP de se poursuivre et ainsi d éviter les effets néfastes de la baisse de la concentration de glucose dans le sang (hypoglycémie). 13/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

14 d) Activation des acides gras et transport à travers la membrane mitochondriale Acides gras doivent être préparés pour être utilisés => coûte 2 ATP et se fait grâce aux enzymes acyl-coa synthétases. Acide Gras + CoA + 2 ATP => Acyl-CoA + AMP + 2 Pi Une fois que l acide gras est transformé en acyl-coa, il doit entrer dans la mitochondrie: - transformation en acyl carnitine (qui peut être transporté dans la matrice de la mitochondrie) - la carnitine prend l acétyl CoA et retourne dans le cytosol. e) La -oxydation (Hélice de Lynen 8 acides acétiques) Dans le muscle les acides gras sont activés par des enzymes puis catabolisés dans les mitochondries = bêta oxydation. Ce processus nécessite de l énergie, qui est fournie par l ATP. Le but de la oxydation est de former des unités Acétyl CoA (à 2 carbones) à partir des acides gras. C est un cycle (hélice de Lynen) par lequel passe l acyl-coa (résultat de la dégradation d une molécule de lipide) jusqu à 7 fois (il perd 2 carbones à chaque passage). A chaque passage: perte de 2 carbones, production d un FADH2 et d un NADH + H + => chaîne de transport d électrons. La - oxydation comprend une succession de réactions: - oxydo-réduction (FAD se charge de 2 H + => FADH2) - hydratation (besoin d H2O) - oxydo-réduction (NAD + se charge de 2 H + => NADH + H + ) Ce composé peut alors être réutilisé pour un nouveau tour d'hélice, jusqu'à ce qu'il comporte moins de 4 atomes de carbone. f) Bilan énergétique des tryglycérides Chaque 8 acétyl CoA qui entre dans le cycle de Krebs produit: - 24 NADH (8 x 3) - 8 FADH2-8 ATP Total 129 ATP pour un AG. La dégradation d un triglycéride donne 3 acides gras et du glycérol. Le glycérol va alors rejoindre la voie glycolytique et subir une glycolyse afin de devenir de l acide pyruvique et ensuite de l Acétyl CoA afin d entrer dans le cycle de Krebs et suivre la voie classique comme décrite ci-dessus (chaîne de transport des électrons). Les acides gras, eux, vont subir le processus de -oxydation (ou Hélice de Lynen) et ainsi produire de l ATP et de l acétyl CoA qui va suivre la même voie que l acétyl CoA produite par la glycolyse (cycle de Krebs et chaîne de transport des électrons. 129 ATP c est pour un acide gras, vu que nous en possédons 3 cela fait 3x129 = 387 ATP Puis il faut ajouter à ces 387 ATP les 22 ATP obtenus du glycérol 409 ATP Le bilan dit que l on a produit énormément d ATP, mais en contre partie il y a aussi eu une grande consommation d oxygène. Si l on fait le rapport on remarque qu on utilise nettement plus d O 2 pour les lipides que pour les glucides. 14/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

15 Autres sources énergétiques a) Les protéines Liaison peptidique Cette liaison sert à lier 2 AA. A chaque liaison peptidique on perd de l eau. 2 possibilités : - 99 ou moins d AA = polypeptide ou plus d AA = protéine Les protéines - représentent 50% du poids sec (= élimine toute l eau du corps) de la plupart des cellules - représentent < 10% des besoins d ATP journalier - 400g sont catabolisés par jour - 300g sont captés par les tissus pour synthétise de nouvelles protéines - 100g sont oxydés (c est en oxydant qu on produit de l ATP) - l alimentation doit compenser les acides aminés dégradés - les protéines sont des polymères d acides aminés C est la nature du radical qui différencie les 20 acides aminés - Par définition au-delà de 100 AA on obtient une protéine Métabolisme des protéines Il existe plusieurs manières par lesquelles la protéine va être catabolisée pour fournir de l énergie (ATP). Du fait que les protéines contiennent de l azote, au contraire des glucides et des acides gras, l énergie qu elles fournissent n est pas aussi quantifiable. 1) Protéolyse 2) Désamination des acides aminéss 2.1) Transamination (voie principale) 2.2) Voie directe 3) Transport des groupements "amine" dans le foie 4) Synthétisation de l'urée dans le foie (cycle de l'urée) 5) Entrée du squelette de carbone des acides aminés dans le cycle de Krebs 1) Protéolyse La protéolyse correspond à la fragmentation d'une protéine en plusieurs morceaux sous l'action d'une enzyme protéolytique. Il y a deux voies principales : 1. hépatique : s effectue grâce au lysosome, sans ATP mais avec calcium (dans le foie) 2. muscle : la protéine est prise en charge par l ubiquitine et l amène protéasome qui la dégrade en AA, et cela nécessite de l ATP. Cela se réalise dans le cytosol. 2) Désamination des acides aminéss Action de désaminer, de priver une molécule organique de sa fonction amine. 2.1) Transamination (voie principale) Dans les tissus (e.g. muscle) la plupart des acides aminés transfèrent leur groupement -aminé au glutamate. L azote est transféré du glutamate au pyruvate, qui forme l alanine. La réaction de transamination est catalysée par une enzyme transaminase, cette réaction réversible consiste en l'échange d'une fonction amine primaire entre un acide -aminé et un -cétoacide. 15/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

16 2.2) Voie directe Quatre acides aminés (la glycine, la lysine, la thréonine et la sérine) sont désaminés par un voie différente. Ils sont directement désaminés L ammoniac (NH 3 ) est relâché par la glycine, la lysine, la thréonine et la sérine pour être incorporé dans la glutamine. En résumé Il faut rapidement reprendre et transformer l ammoniac car il est nocif pour la cellule. Le glutamate se charge de cette transformation. Durant la décomposition des acides aminés, l' -aminé groupement est incorporé soit dans le groupement amine de l'alanine, soit dans le groupement - aminé de la glutamine. L'alanine et la glutamine sont dès lors relâchées dans la circulation (libérées pas les tissus périphériques) puis sont captées par le foie. Le devenir de l alaline L'azote est transféré de l'alanine au -cétoglutarate, qui forme le glutamate Il existe deux principales voies pour éliminer les azotes du glutamate : 1) En tant que donneur de la transamination de l'oxalocétate en asparate 2) Conversion en -cétoglutarate par la Glutamate Déshydrogénase Le devenir de la glutamine Glutamine est hydrolysée par la glutaminase et libère l'ammoniac. Le devenir de l ammoniac Par une certaine réaction l ammoniac (NH 3 ) se transforme en carbamobyl-phosphate. Ce dernier entre alors dans le cycle de l urée afin de se délester du groupement azoté et fabriquer ainsi de l urée. 3) Transport des groupements "amine" dans le foie NEANT Borrani l amigo et le fou furieux, il a oublié!!! Et bam!!! 4) Synthétisation de l'urée dans le foie (cycle de l'urée) Le cycle de l urée est la voie métabolique qui permet d éliminer de l organisme les excès d azote d origine endogène ou exogène par détoxication de l ammoniac en urée. 16/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

17 Le cycle de l urée permet cette transformation de molécules d ammoniac en molécules d urée et est constitué de 6 enzymes dont trois sont mitochondriales (N-acétylglutamate synthétase, NAGS ; carbamylphosphate synthétase 1, CPS 1 ; ornithine transcarbamylase, OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate synthétase, ASS ; arigininosuccinate lyase, ASL ; arginase). 5) Entrée du squelette de carbone des acides aminés dans le cycle de Krebs Isoleucine et leucine produisent environ 40 ATP ce qui équivalent à la production du glucose. Production énergétique des protéines Après estimation de la composition moyenne des acides aminés musculaires, le calcul montre que la consommation de 110 gr d'acides aminées fournit 72 gr de glucose dans le foie. Ces valeurs permettront d'estimer indirectement la quantité d'acides aminés oxydée en mesurant la production d'urée lors d'un exercice à partir de sa concentration sanguine et de son élimination urinaire. Pour connaître le débit exact du métabolisme protéique, il faut connaître la quantité d azote éliminée par l organisme. Dégradation de l ADP Si la concentration d ADP devient trop haute (seuil critique), il y a un dernier recours pour obtenir de l énergie. On scinde 2 ADP en ATP + AMP (mono phosphate) et ainsi on retrouve de l énergie, cependant cette opération amène à nouveau de l ammoniac qu il faudra éliminer. RESUME Les trois systèmes qui produisent de l'énergie (système ATP-PCr, glycolyse, système oxydatif) interagissent entre eux. Ils interviennent ensemble mais dans des proportions différentes. Suivant les efforts, il y a toujours un système qui prédomine les deux autres et fournit plus d énergie (ex : sprint = ATP-PCr, endurance = système oxydatif). Il s agit d une vue d ensemble du métabolisme des trois substrats que notre corps peut utiliser : les protéines, les glucides et les lipides. On remarque que les trois filières peuvent aboutir au cycle de Krebs pour la production finale d ATP. 17/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

18 Résumé des trois filières Protéines : les protéines sont dégradées en acides aminés puis peuvent suivre trois voies différentes selon leur transformation. 1. La première est la transformation en pyruvate qui va suivre ensuite le cycle de Krebs par l intermédiaire de l Acétyl-CoA. 2. La deuxième passe directement à l Acétyl-CoA et rejoint le cycle de Krebs. 3. La troisième rejoint directement le cycle de Krebs sans étapes intermédiaires et la dernière part dans le cycle de l urée. Glycogène : le glycogène est dégradé en glucose puis en pyruvate lors de la glycolyse et fini par se retrouvé sous forme d Acétyl-CoA avant d entrer finalement dans le cycle de Krebs. Les derniers substrats du cycle de Krebs entrent dans la chaîne de transport des électrons, s il y a présence d oxygène. Lipides : de la première transformation des lipides du glycérol et des acides gras. Le glycérol va rejoindre la filière suivie par le glucose en empruntant le processus de la néoglucogenèse. Les acides gras vont, quant à eux, partir dans le cycle de la -oxydation et là deux solutions sont envisageables : - soit de la -oxydation résulte de l Acétyl-CoA qui va suivre la voie ordinaire et entrer dans le cycle de Krebs, - soit il y a ajout d oxygène et de NADH + H et les produits de la -oxydation entrent dans la chaîne de transport des électrons et la phosphorylation oxydative, d où il ressort de l eau et de l ATP. Résumé source d ATP Mitochondrie Il y a un pool d ATP dans le cytosol mais aussi dans les mitochondries. La manière d utiliser l ATP qui se trouve dans la mitochondrie est la phosphocréatine qui fait office de navette de transport et reforme de l ATP à partir de l ADP qui se trouve dans le cytosol. 18/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

19 Rendement des filières énergétiques Définition du rendement Le rendement représente l efficacité d un système à convertir un type d énergie en un autre. Rapport de l énergie présente à l entrée et la sortie du système. Ainsi le rendement d un moteur automobile est le rapport de l énergie chimique contenue dans l essence consommée sur l énergie mécanique mesurée à la sortie du système mécanique (e.g. au niveau des roues). Pour nous l énergie de sortie c est l ATP que l on produit, alors que l énergie d entrée est constituée par les substrats, les nutriments etc. Principes de la thermodynamique 1er principe (Loi de conservation de l énergie) Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme 2ème principe Pour toute transformation d énergie, nous avons de l énergie thermique qui est perdue (prix à payer) Rendement énergétique des filières Il est intéressant de savoir quelle est la part de chacune de ces deux énergies qui résulte des processus précédemment étudiés. - Pour synthétiser une mole d ATP à partir de l ADP, 7.3 kcal (30.5 kj) sont nécessaire - La dégradation complète d une mole de glucose (180 g) libère au maximum 673 kcal (2817 kj) - La dégradation complète d une mole de triglycérique (Glycérol + acide palmitique, 918 g) libère environ 7400 kcal (30975 kj). Rendement énergétique en condition anaérobie: = E ATP /E substrat = (30.5x2)/2817 = ~ 2% La filière anaérobique lactique (la glycolyse) utilise le glucose. 1 mole de glucose donne 2 ATP, donc une énergie de sortie de 2 x 30.5 kj, et l énergie d entrée vaut 2817 kj pour une mole de glucose. On a donc un rendement = (2 x 30.5)/2817 = 0.02 donc 2 pourcents! Ce 19/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez

20 qui est peu, mais par contre nous avons vu que l on produit également du lactate qui ne sera pas uniquement un déchet! Rendement énergétique en condition aérobie (Glucose): = E ATP /E substrat = (30.5x36)/2817 = ~ 39 % La filière aérobie avec comme substrat du glucose engage une énergie d entrée de 2817 kj et il y a une production de 36 ATP, donc l énergie de sortie est de (30.5x36). Le rendement est de donc de = (36x30.5)/2817 = 0.39 donc de 39 pourcents! Rendement énergétique en condition aérobie (Lipide): = E ATP /E substrat = (30.5x406)/30975 = ~ 40 % Cette même filière mais avec comme substrat des lipides engage une énergie de 30'975 kj pour une production de 406 ATP, donc une énergie de sortie de (30.5x406). Le rendement est donc de = (406x30.5)/30'975 = 0.4 donc de 40 pourcents! Remarque sur les rendements Le rendement pour les glucides et les lipides est quasiment pareil, cependant notre corps est capable de stocker une quantité beaucoup plus grande de lipide que de glucides. La quantité potentielle d énergie produite est donc plus importante avec les lipides. On remarque que le rendement humain n est pas si mauvais que ça! A titre indicatif le rendement d une automobile est d environ 25% et celui d une centrale nucléaire de 35% et celui d une lampe que de 5%. 20/32 Anthony Despont, Jacques Rubattel, Mathias Favez