BESOINS ENERGETIQUES DE L'EFFORT

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1 BESOINS ENERGETIQUES DE L'EFFORT Sommaire Introduction A. La molécule d ATP 1. L ATP comme source d énergie 2. Les besoins en ATP lors de l effort B. Les filières de resynthèse de l ATP 1. La filière anaérobie alactique 2. la filière anaérobie lactique a. La formation de l acide lactique b. L acide lactique limite t-il la performance? c. e devenir de l acide lactique 3. La filière aérobie a. La mitochondrie b. le cycle de Krebs c. La chaîne de transport des électrons

2 LES BESONS ENERGETIQUES DE L EFFORT MUSCULAIRE Introduction Quel que soit l effort ( nager, courir, jardiner, ) on constate que la respiration et le rythme cardiaque s accélèrent. Ces adaptations sont la conséquence du besoin en énergie des muscles sollicités. Cette énergie provient d une combustion dans le muscle ; comme toute combustion, ces carburants ne pourront brûler longtemps sans l apport d oxygène. Selon l intensité et la durée de l exercice, la combustion pourra utiliser différents carburants que l on trouve : - soit dans le muscle - soit transportés par le sang dans le muscle : pour réaliser des séances où la vitesse est au maximum mais durant seulement quelques secondes, le carburant utilisé est la créatine phosphate. transport par le sang : - pour de longs exercices de faible intensité, le carburant utilisé est constitué d un petit pourcentage de glucides et d un fort pourcentage de lipides - si la vitesse et l intensité augmentent de manière progressive, le pourcentage de lipides diminue et le pourcentage de glucides augmente. - pour des exercices de longue durée à intensité maximum, le carburant n est plus constitué que de glucides. Cette combustion libère donc de l énergie qui va être stockée dans une molécule appelée adénosine tri phosphate ou ATP. Cette molécule est en fait la seule source d énergie que la fibre musculaire va utiliser pour fonctionner. A. La molécule d ATP 2

3 1. L ATP comme source d énergie L ATP est présente dans la fibre musculaire et libère de l énergie à chaque fois qu elle perd un phosphate ATP = ADP + Pi + énergie énergie musculaire Energie thermique chaleur Substrats issus de l alimentation + O₂ CO₂ + H₂O + Energie Energie chimique ATP ATP réaction endothermique énergie de métabolisme réaction exothermique énergie destinée à la cellule ADP + Pi + Energie recyclage ADP + Pi +Energie cellule musculaire contraction En général, la rupture d une liaison entre 2 atomes est exothermique tandis que la formation d une liaison ( synthèse ) est endothermique. 2. Les besoins en ATP lors de l effort Les réserves en ATP dans l organisme sont minimes, juste de quoi tenir de 2 à 3 secondes lors d un geste explosif. A l exercice, il y a donc augmentation des réactions chimiques produisant l ATP : ce sont les filières de resynthèse de l ATP. B. Les filières de resynthèse de l ATP 3

4 La régénération de l ATP se fait suivant 3 phases : 1. Les voies directes ou filière anaérobie alactique Ce sont les filières énergétiques qui ne font pas appel aux substrats de l alimentation Réaction couplée de l ADP avec la créatine phosphate Tous les mécanismes cellulaires de la contraction musculaire nécessitent de l ATP. L énergie mécanique de la contraction provient directement de l énergie chimique ( ATP ). ATP ADP + Pi + énergie Au début de l activité musculaire, l ATP présent dans le muscle actif est consommé rapidement. Un système de production d ATP rapide se met en place. L ADP se couple à la créatine phosphate. CrP ADP Cr ATP + énergie Une puissance musculaire maximale peut être ainsi maintenue 10 à 15 s ( sprint ). Cependant, la récupération des réserves de CrP est un phénomène rapide : 2 minutes sont suffisantes pour revenir à 90% des concentrations initiales. L entraînement n augmente pas la concentration de CrP. 2. La glycolyse anaérobie ou filière anaérobie lactique Pour des exercices musculaires de longue durée : Les réserves de glycogène du muscle sont transformées en acide lactique avec production de 2 molécules d ATP par molécule de sucre. Le rendement énergétique est faible. La glycolyse anaérobie commence plus tardivement que la dégradation de la créatine phosphate et produit de l ATP 2,5 fois plus vite que la voie 4

5 aérobie, donc pour un effort nécessitant beaucoup d ATP en une période courte, c est la filière anaérobie qui en fournit une grande partie. a. Formation de l acide lactique ADP + Pi glycolyse Glycogène glucose 2 pyruvate ac. lact. + 2 ATP anaérobie ATP b. L acide lactique limite t-il la performance? L acide lactique est la combinaison des ions lactate et H+ issus de l hydrolyse. La baisse de la performance est plutôt liée à l acidose inhérente à l accumulation des protons H+. c. Le devenir de l acide lactique - Le lactate est transformé en glycogène dans le foie par le cycle de Cori - Le lactate est oxydé directement dans les muscles ( essentiellement les fibres lentes ). Il est transformé en pyruvate et est oxydé dans le cycle de Krebs. 3. Le métabolisme aérobie ou filière aérobie Les glucides sont les seuls substrats utilisés en absence d O₂. En présence d O₂, le pyruvate transformé en acéthylcoa ( coenzyme A ) entre dans la mitochondrie. Les glucides sont donc également utilisés pour produire de l énergie par la voie aérobie ; toutefois les protides et les lipides peuvent être utilisés aussi. Les protides ne fournissent l énergie que dans des conditions très exceptionnelles de jeûne. Plus le travail se prolonge et plus la part des lipides dans la fourniture d énergie est importante (25 à 50 % dans la première heure de travail, 40 à 60 % pendant la deuxième heure et plus de 70 % après la troisième heure) 5

6 a. La mitochondrie Ce sont des petits organites essentiels dans e processus énergétique cellulaire. Les mitochondries sont placées à 2 endroits dans les fibres musculaires : - sous la membrane plasmique elles assurent l apport d énergie pour les échanges d ions à travers le sarcolemme ( membrane ) - plus profondément dans les myofibrilles elles ont un activité supérieure et fournissent l énergie nécessaire pour la contraction et le pompage du calcium dans le RE ( réticulum endoplasmique ). b. Le cycle de Krebs Le cycle de Krebs est une série de réactions chimiques qui se déroule dans les mitochondries et qui permet l oxydation complète de l acéthylcoa. Pour chaque pyruvate consommé, le cycle de Krebs fournit donc seulement l énergie nécessaire à la présynthèse de 2molecules d ATP. Son but principal est donc ailleurs. 6

7 c. La chaîne de transport des électrons ou chaîne respiratoire Lors de la glycolyse et de l oxydation complète de l acéthylcoa, des ions hydrogène sont libérés. S ils s accumulaient, le milieu intracellulaire deviendrait trop acide. Le cycle de Krebs est couplé à une série de réactions connue sous le nom de chaîne de transport d électrons. Les atomes d hydrogène se combinent à 2 coenzymes, qui vont le transporter vers la chaîne de transport des électrons où ils seront divisés en H+ et e. A la fin de la chaîne, les ions H+ se combinent à l oxygène pour donner de l eau : 2 H+ + O² H₂O Les électrons libérés par les ions d hydrogène fournissent l énergie nécessaire à la phosphorylation de l ADP en ATP. Parce qu il nécessite de l oxygène, ce processus est appelé phosphorylation oxydative ; il permet la synthèse de 34 molécules d ATP. L un des facteurs limitant la resynthèse d ATP dépend des capacités de l individu à transporter l oxygène. Dans tous les cas, la consommation maximale d oxygène ( VO₂ max ) est le témoin de la puissance du métabolisme aérobie. Les 3 filières Filière anaérobie alactique : elle permet un effort explosif sprint et renforcement musculaire explosif Filière anaérobie lactique : elle permet un effort intense travail fractionné ou interval training, musculation Filière aérobie : elle permet un effort d intensité moyenne sports d endurance 7

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9 Les différentes filières démarrent toutes immédiatement mais ont des délais d intervention différents et des possibilités de rendement étalées dans le temps. Il y a donc un chevauchement des processus suivant leur rapidité de disponibilité, l intensité de l exercice, l apport suffisant en oxygène. 9