L2 S3 Bioénergétique, Biochimie, Métabolisme et Nutrition CM 4 Du muscle à la viande 4 ème partie : Glycolyse «anaérobie» lactique

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1 L2 S3 Bioénergétique, Biochimie, Métabolisme et Nutrition CM 4 Du muscle à la viande 4 ème partie : Glycolyse «anaérobie» lactique

2 La glycolyse est dite anaérobie si le pyruvate ne peut pas «aller plus loin» car l enzyme qui le transforme en acétyl-coa (pyruvate déshydrogénase, PDH) n est pas activée. Par exemple si l enzyme qui l inactive(la pyruvate déshydrogénase kinase, PDK) est elle même active => La PDK inactive la PDH en la phosphorylant (lui accroche 3 phosphate) A l inverse la PDH phosphatase l active (lui ôte ses 3 phosphates)

3 Autre voie possible pour le pyruvate en l absence d oxygène pour «décharger» les navettes NADH 2 : prendre lui même en charge les électrons et devenir alors du lactate Pyruvate NAD NADH + H+ Acétyl-CoA CO 2 (glutamine) Chaîne respiratoire Acétyl-CoA (lactate déshydrogénase) Le lactate permet de rendre des navettes NAD oxydées afin que la glycolyse continue de fournir leurs 4 ATP Lactate (alanine-aminotransférase) (alphacétoglutarate)

4 Le pyruvate récupère les électrons des navettes NADH 2 et ainsi les libère pour qu elles puissent contribuer à fournir l ATP de la glycolyse

5 OH OH 2 Pyruvates 2 Lactates «Biochimie des Activités Physiques». JR Poortmans & N Boisseau. 2002, De Boeck Eds

6 Régénération de NAD+ via le lactate = ATP anaérobie lactique ATTENTION : L acide lactique est presque entièrement sous forme de sel associé à un proton => parler de lactate et non d acide lactique 2 Lactates 2 Pyruvates «Biochimie des Activités Physiques». JR Poortmans & N Boisseau. 2002, De Boeck Eds

7 Bilan énergétique de la voie anaérobie (en moles d ATP fournies par mole de glucose ou de glycogène) «Atlas de Poche de Physiologie». S Silbernagl & A Despopoulos Flammarion Eds

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12 Problème de la relation entre acidose et lactate Il est dit un peu partout que le lactate produit de l acidité et donc de l acidose qu il faut tamponner (buffering)

13 Ce n est pas l acide lactique qui diminue le ph (créé de l acidose) puisque celui-ci est dissocié à 99% en lactate C 3 H 6 O 3 donne C 3 H 5 O 3 + H + Ce n est pas non plus le lactate qui diminue le ph car celui-ci est un sel (donc non acide) et s allie avec du sodium ou du potassium (pyruvate rend au muscle les protons dont il a déchargé les navettes NADH 2 ) Seul le proton (H + ) qui accompagne le lactate pourrait expliquer la baisse du ph (acidose), Mais ceci n a finalement jamais été démontré L acidose pourrait provenir simplement du fait que l hydrolyse de l ATP produit de l ADP, du phosphate et un proton H+, ATP donne ADP + Pi + H + et que la chaîne respiratoire ne pouvant recycler ce H +, il s accumule

14 On oublie en effet souvent dans les réactions d hydrolyse de l ATP, de montrer que le phosphate produit (Pi) est accompagné de deux protons (H + ), qui peuvent aussi s accumuler si les navette nad+ ne sont pas réduites Dans le métabolisme, c est l énergie des électrons qui finalement est utilisée => proton intrinsèquement lié à la production d énergie

15 Dans un exercice pratiqué à une intensité modérée (ex. 60% VO 2max ), la fourniture d ATP par la chaîne respiratoire est suffisante pour resynthétiser l ATP utilisé Glucose sanguin Robergs R A et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2004;287:R502-R516

16 Dans un exercice pratiqué à une intensité élevée (ex. 110% VO 2max pendant 2 à 3 min), débit de fourniture d ATP par chaîne respiratoire insuffisante pour resynthétiser l ATP qui va l être à partir de la glycolyse, et donc s accumulerait et provoquerait une acidose Glucose sanguin Robergs R A et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2004;287:R502-R516

17 Toutefois, en empêchant toute modification de fabrication d ATP par la Phosphocréatine, il a été montré que l augmentation de la production de lactate est très étroitement liée à l augmentation de la production de protons dans la cellule Ceci remet la théorie de l acidose lactique en «piste» à suivre Marcinek D J et al. J Appl Physiol 2010;108: by American Physiological Society

18 Production lactique et métabolisme anaérobie : résumé «Le lactate permet de fournir de l énergie (ATP) malgré l absence d O 2» = version classique mais erronée Moins erroné, dire qu il permet de fournir de l énergie malgré une fourniture d O 2 insuffisante par rapport à la demande musculaire En réalité, fournit de l énergie dès que la glycolyse est sollicitée Car l enzyme qui transforme le pyruvate en lactate (la lactate déshydrogénase, LDH) a un seuil d activation plus faible et une vitesse de dégradation plus forte que la PDH Même au repos, rapport lactate sur pyruvate est de 10, donc production de lactate commence même sans aucun manque d O 2

19 (A) La chaîne respiratoire est fonctionnelle, il y a assez d oxygène (O 2 ) (B) Effort intense ou ischémie, si pas assez d O 2, moins d ATP fourni, lactate prend le relais mais diminution du rapport ATP/ADP (C) Fin d effort ou reperfusion, => inhibition de la phosphorylation du glucose à l entrée de la cellule, lactate fournit protons pour l O 2

20 Plus l acidose augmente (ph baisse) plus les moyens d évacuer les protons fonctionnent et peuvent tamponner l acidité Hors de la cellule Glucose sanguin Dans la mitochondrie Glycolyse

21 Le lactate peut aussi entrer dans la mitochondrie grâce aux même transporteurs que ceux du pyruvate : MCT (monocarboxylate transporter) Navettes malate et G3P

22 Pendant l exercice intense et de courte durée, le lactate va s accumuler dans le muscle (fibres musculaire IIb) mais aussi en sortir via les transporteurs MCT1 Pendant la récupération (active ou passive), le lactate va aller servir de substrat énergétique à différents tissus, mais aussi au foie pour faire de la néoglucogénèse et enfin se retransformer en pyruvate dans les fibres musculaires MCT1

23 Une fois sorti, le lactate peut ainsi aller servir de substrat aux muscles en activité aérobie au muscle cardiaque, qui est fortement aérobie et utilise facilement le lactate comme carburant. au cerveau qui utilise du lactate quand son taux s'élève aux globules rouges qui peuvent aussi en produire Pendant l effort, lactate devient le principal substrat énergétique du coeur foie Globules rouges

24 La récupération du lactate par le foie afin de le faire entrer dans la néoglucogénèse et resynthétiser du glucose s appelle le Cycle de Cori «Biochimie des Activités Physiques». JR Poortmans & N Boisseau. 2002, De Boeck Eds

25 La récupération du lactate par le foie afin de le faire entrer dans la néoglucogénèse et resynthétiser du glucose s appelle le Cycle de Cori «Biochimie des Activités Physiques». JR Poortmans & N Boisseau. 2002, De Boeck Eds

26 Cycle de Cori «Biochimie des Activités Physiques». JR Poortmans & N Boisseau. 2002, De Boeck Eds

27 Néoglucogénèse 8. Le glucose est libéré dans la circulation sanguine 7. Le glucose est retransporté vers la membrane 6. Le glucose 6 phophate redevient du glucose Glucose 6- phosphate 5. En se liant à un autre triose, ils reforment un hexose 4. Les carbones du pyruvate remontent la glycolyse = néoglucogenèse 1. Le lactate arrive 2. Il redevient du pyruvate 3. Il repasse par la mitochondrie

28 Pendant l exercice et non pas seulement pendant la récupération, il existe une navette lactate intercellulaire Les fibres glycolytiques produisent du lactate qui sort du muscle et va pour une part fournir de l énergie au cœur, un substrat de la néoglucogénèse au foie, et de l énergie aux muscles en aérobie

29 En définitive

30 Lors d un sprint la lactatémie va s élever rapidement et franchir après une cinquantaine de m le seuil lactique (environ 4 mmol/l)

31 Ce qui était su : l élimination du lactate après l effort intense sera plus rapide si la récupération est active Ce qu il fallait démontrer : le niveau d intensité le plus efficace LT = Lactate threshold = seuil lactique Ici 65% VO 2max Menzies et al., Journal of Sports Science, 2010

32 Ce qui fut observé : Figure A. L élimination du lactate après l effort intense est la plus lente sans effort, la plus rapide avec effort à 100% du seuil ou auto-régulée (de 55 à 102% du seuil) Figure B. Elle est complète en 20 min si récupération active, en 28 min si récupération passive Menzies et al., Journal of Sports Science, 2010

33 Ce qui fut observé : 80%, 100% du seuil lactique et l auto-régulation aboutissent à la plus grande vitesse d élimination sanguine du lactate Menzies et al., Journal of Sports Science, 2010