Suite du Cours Physiologie L3 APA -2008

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1 Suite du Cours Physiologie L3 APA Elsa HEYMAN MCU FSSEP Lille 2

2 Chapitre 1: Bioénergétique Parties IV- V - VI

3 IV- La voie aérobie CO 2 + H 2 O VOIE AEROBIE ATP Glucose, Glycogène, acides gras libres, acides aminés Acide lactique Glucose - Glycogène ADP + Pi Créatine + Pi Phosphocréatine (PCr)

4 1) A partir des glucides a) Glucose/glycogène Pyruvate (cytosol) b) Passage du pyruvate dans mitochondrie Réaction irréversible 3C Acide pyruvique CoA-SH NAD + NADH,H + Pyruvate Deshydrogenase Complex (PDC) Acétyl- Coenzyme A CO 2 2C Cytosol Matrice de la mitochondrie 115

5 c) Le cycle de Krebs (cycle de l acide citrique cycle des acides carboxyliques cycle ATC) Matrice de la mitochondrie Partie commune au catabolisme aérobie des acides gras et des acides aminés

6 2C AcétylcoA 4C coa SH 4C Oxaloacétate NADH,H + H 2 O Citrate 6C Phosphorylaytion Oxydative 6C 4C H 2 O FADH 2 NADH,H + NADH,H + CO 2 5C 4C ATP GTP CO 2 4C

7 AcétylCoA + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 1FADH2 + 1GTP + 2H+ + CoA

8 d) La chaîne respiratoire (phosphorilation oxydative ou oxydation phosphorylante)

9 Glycolyse 1 glucose Arrivée des équivalents réducteurs (NADH,H+ et FADH2) dans la chaîne respiratoire du muscle squelettique 2ATP 2 NADH,H + 2 pyruvates Chaîne respiratoire Cytoplasme Membrane externe 2CO 2 2 NADH,H + 2 acétylcoa CK 6NADH,H + 2FADH 2 2FADH 2 Navette glycérol-3-p Espace intermembranaire de mitochondrie 4CO 2 2GTP Membrane interne Matrice de la mitochondrie

10 Cytoplasme Membrane externe Espace intermembranaire de la mitochondrie Membrane interne 10 H+ pompés ATP Synthase Matrice de la mitochondrie 1 NADH,H + NAD + H+ H+ H+ ½ O 2 H 2 O 2,5 ATP 2,5 ADP + Pi

11 Cytoplasme Membrane externe Espace intermembranaire de la mitochondrie Membrane interne 6 H+ pompés ATP Synthase Matrice de la mitochondrie 1 FADH2 H+ H+ H+ FAD + ½ O 2 H 2 O 1,5 ATP 1,5 ADP + Pi

12 Bilan pour la dégradation complète aérobie d 1 glucose dans muscle squelettique Voir exercice TD2 Métabolisme A retenir: Lors d une utilisation exclusive des glucides le quotient respiratoire (VCO2/VO2) est de 1

13 2) A partir des lipides a) La lipolyse (mobilisation des AG) Tissu adipeux & muscle squelettique Insuline - + Lipase (HSL) A, NA, Glucagon, Cortisol, GH - - 3H 2 0 3H + - Triglycéride Soluble dans le sang 3 AG Transport dans le sang associé à albumine

14 Action des catécholamines ➄ sur la lipolyse du tissu adipeux (A et NA se fixent sur les récepteurs β adrénergiques du tissu adipeux) la lipolyse proportionnellement à l augmentation des catécholamines dans le sang La caféine a le même effet sur le tissu adipeux que les catécholamines

15 Remarque: le tissu adipeux sécrète aussi des adipocytokines ➄ leptine, adiponectine Dérèglements liés à l obésité (Master 1 APA)

16 DT1 non traité = carence en insuline Insuline + Translocation GLUT 4 et 1 (cerveau, muscle) Glycogénolyse & néoglucogenèse (foie) Lipolyse Manque de glucose intracellulaire Hyperglycémie chronique Lipolyse ++ Troubles cérébraux & asthénie Polydipsie & polyurie Amaigrissement & polyphagie

17 b) Activation des AG sous forme d acyl-coa (mb mitochondriale ext) et transport dans la mitochondrie

18 Albumine - AG Membrane plasmique AG Cytoplasme ATP AMP+PPi Acyl-CoA CPT: Carnitine Acyl Transférase (ou Carnitine Palmityl Transférase) CoA-SH AcylCoA synthétase = AG thiokinase CPT Membrane mito.ext Espace intermembranaire Membrane mito.int Acyl-CoA

19 Pathologies Déficit en carnitine (cofacteur nécessaire au fonctionnement de la CPT): symptômes variant de la crampe musculaire à faiblesse grave (voire mort) (+++ muscles, cœur, rein) 137

20 c) β- oxydation (mitochondrie) A partir de l acylcoa issu de l Acide gras Dans la matrice de la mitochondrie

21 1 AG C16 Palmitate ATP 1 Acyl CoA CH 3 (CH 2 ) 14 Palmitoyl-CoA C16 CH 3 Cycle de Krebs Entrée e de 8 acétylcoa C14 C12 C10 C8 C6 C4 C2 1 acétyl-coa + 1FADH2 + 1NADH,H + 1 acétyl-coa + 1FADH2 + 1NADH,H + // // Chaîne respiratoire // // // 1 acétyl-coa C2

22 Bilan Un AG à 16 carbones subissant la béta-oxydation (7 tours d hélice) 8 acétylcoa cycle de Krebs 7 FADH2 et 7 NADH,H+ Un AG à 18 carbones subissant la béta-oxydation (8 tours d hélice) 9 acétylcoa cycle de Krebs 8 FADH2 et 8 NADH,H+

23 Bilan pour la dégradation complète aérobie d 1 AG dans le muscle squelettique Voir exercice TD2 Métabolisme A retenir: Lors d une utilisation exclusive des lipides le quotient respiratoire (VCO2/VO2) est de 0,7 A retenir: Lors de l exercice prolongé, le quotient respiratoire diminue : * au départ on utilise préférentiellement les glucides (QR proche de 1) * puis on utilise davantage les lipides (QR proche de 0,7)

24 d) Oxydation des AG à l exercice

25 Utilisation des AG par le muscle Biochimie des Activités physiques Poortmans & Boisseau Lipogenèse

26 Biochimie des Activités physiques Poortmans & Boisseau

27 Les réserves du tissu adipeux Réserves abondantes dans l organisme (vitesse d un marathon pendant 3 jours!)

28 3- Exercice & voie aérobie a) Part de la voie aérobie en athlétisme selon la distance

29 COURSES POURCENTAGE D ATP DERIVE DU METABOLISME AEROBIE 100 m < 5 % 200 m 10 % 400 m 25 % 800 m 50 % m 65 % m 86 % m 96 % Marathon 98 %

30 SOURCES ENERGETIQUES DU 800 m (en % du total) 6% Voie anaérobie PCr alactique 44% Phosphocréatine (PCr) Voie Glycolyse aérobie Glycolyse anaérobie (++ glucides) aérobie 50% Glycolyse aérobie Glycolyse Voie anaérobie lactique

31 SOURCES ENERGETIQUES DU 1500 m (en % du total) Voie anaérobie Glycolyse lactique anaérobie 25,00% Voie anaérobie alactique Glycolyse aérobie Glycolyse anaérobie 75,00% Voie Glycolyse aérobie (++ aérobie glucides)

32 Voie anaérobie Glycolyse lactique anaérobie SOURCES ENERGETIQUES DU m (en % du total) 12,50% Voie anaérobie alactique Glycolyse aérobie Glycolyse anaérobie 87,50% Voie Glycolyse aérobie (++ aérobie glucides)

33 Voie aérobie SOURCES ENERGETIQUES DU MARATHON (En % du total) Acides gras libres AGL = 20% 5% = Glucose circulant (hépatique et sanguin) % = Glycogène aérobie

34 b) Caractéristiques de la voie aérobie à l exercice Réserves de substrats: longues à mobiliser (lipides, glycogène hépatique) Apport d O2 nécessaire: inertie du système cardiorespiratoire Délai d intervention retardé (inertie +++) (variable avec entraînement: lipides 5min de course chez E vs. 20 min chez NE!)

35 VO 2 (% VO 2 max).. Inertie du système aérobie a Repos Exercice Récupération Vitesse (% Vit Max Aérobie)

36 Réserves inépuisables Capacité élevée

37 Voie anaérobie alactique Voie anaérobie lactique Voie aérobie Réserves (capacité) kj kj À l infini très élevé Dépend du % de VO 2 max utilisé Débit maximal d énergie = Puissance kj/min kj/min Durée de maintien de la puissance maximale = capacité/débit 5-8 sec 30 sec 161

38 Nombre de réactions élevé Débit énergétique faible

39 Voie anaérobie alactique Voie anaérobie lactique Voie aérobie Réserves (capacité) kj kj À l infini très élevé Dépend du % de VO 2 max utilisé Débit maximal d énergie = Puissance Durée de maintien de la puissance maximale = capacité/débit kj/min kj/min Dépend de VO 2 max: kj/min 5-8 sec 30 sec 3-15 min 161

40 c- Exercice & utilisation respective des lipides & glucides

41 Relation entre intensité d ex. oxydation des lipides et lypolyse QR Quotient Respiratoire QR exercice TD 1- Expliquer ces graphiques 2- A votre avis, est-ce que le QR peut dépasser 1? Dans quelles conditions? 151

42 CROSSOVER CONCEPT % de consommation des lipides Lipides Glucides Effet de l entraînement aérobie % de consommation des glucides Intensité de l exercice 152

43 Biochimie des Activités physiques Poortmans & Boisseau

44 4) Voie aérobie à partir des protéines à l exercice Protéines: ++ rôle structural (protéine des myofilaments contractiles ) & fonctionnel (enzymes, protéines plasmatiques...) Rôle de substrat énergétique < glucides & lipides, mais peut représenter 5-10% de l apport énergétique à l exercice prolongé intense

45 VOIE AEROBIE: Substrats utilisés SOURCES ENERGETIQUES DE L'ULTRA MARATHON : 80 KM (en % du total) 5% Glucose circulant 30% Glycogène % Acides gras libres 5% Acides aminés ramifiés 3 4

46 Protéines Protéase Acides aminés Acides cétoniques Désamination ou transamination (perte de leur fonction amine) Pyruvate, AcétylCoA PEP AcétylCoA Production d énergie musculaire (exercice intense prolongé) Néoglucogenèse hépatique Glucose (Jeûne) Corps cétoniques (foie) Acides gras AA branchés (leucine, isoleucine, valine) Alanine, Glutamine catabolisés ++ dans muscles Energie (muscle, cerveau)

47 Régulation hormonale? Cortisol: stimule la protéolyse (++ dans les muscles squelettiques) Insuline: stimule la synthèse protéique

48 DT1 non traité = carence en insuline Insuline + Translocation GLUT 4 et 1 (cerveau, muscle) Glycogénolyse & néoglucogenèse (foie) Lipolyse + Synthèse protéique Manque de glucose intracellulaire Hyperglycémie chronique Lipolyse ++ Limite la synthèse protéique Troubles cérébraux & asthénie Polydipsie & polyurie Amaigrissement & polyphagie

49 5) Schéma résumé de la voie aérobie

50 1 glucose TD: Bilan pour la dégradation complète aérobie d 1 glucose dans muscle squelettique Glycolyse 2ATP 2 NADH,H + 26 ATP 2 pyruvates 6O 2 Chaîne respi. 2 NADH,H + 2 acétylcoa 6NADH,H + Navette glycérol-3-p 2CO 2 CK 2FADH 2 2FADH 2 4CO 2 2GTP 131

51 TD: Bilan pour la dégradation complète d 1 AG Palmitate (C16) 1 ATP 1 Palmitate (C16) 1 AcylCoA (C16) 100 ATP 23O 2 β-oxydation 1 AcylCoA (C16) Chaîne respi. 8 acétylcoa CK 20 NADH,H + 8 FADH 2 7 NADH,H + 7FADH 2 16 CO 2 8 GTP

52 V- 2 processus anaboliques importants à l exercice prolongé : la néoglucogenèse et la cétogenèse

53 1) La néoglucogenèse ou Quand? Hypoglycémie, Jeûne Fin d exercice prolongé et intense Récupération gluconéogenèse Où? Foie et rein: maintien de la glycémie (cerveau & GR) Muscle squelettique & cardiaque : reformer les réserves de glycogène Aussi possible dans le cerveau

54 Précurseurs: Lactate, Acides aminés, Glycérol Impossible à partir des AG acétylcoa ne peut pas être converti en pyruvate Glycolyse glucose pyruvate Acide gras AcylCoA CPT β-oxydation Mais le glucose peut se transformer en AG! AcétylCoA CK

55 Les réactions: r Ce n est pas l inverse de la glycolyse Les hormones stimulant la n Les hormones stimulant la néoglucogen oglucogenèse: se: Glucagon, Cortisol L hormone inhibant la néoglucogenn oglucogenèse: Insuline

56 % de la fourniture d énergie ATP + CP anaérobie Glycogénolyse et glycolyse musculaire Oxydation aérobie Lipolyse tissu adipeux AG plasmatiques Oxydation aérobie Anaérobie lactique Glycogène musculaire & hépatique Néoglucogenèse glucose sang Minutes Heures Temps 194

57 2) La cétogenèse Synthèse des corps cétoniques Mitochondries du foie A partir de AcétylCoA provenant de la dégradation de certains AA et de la β-oxydation Jamais à partir du glucose!!!!

58 Cétogenèse en fin d exercice prolongé Mitochondries du foie AG AcétylCoA Corps cétoniques AA Sang Corps cétoniques Muscle squelettique Cerveau Jeûne: 75% de l énergie vient des corps cétoniques Hypoglycémie diabétique AcétylCoA CK Fin exercice prolongé : production de corps cétoniques X 2-3 => 5-10% apport énergétique Energie 220

59 VI- Résumé sur les actions des hormones impliquées dans le métabolisme

60 NA Adrénaline ( dès le début de l exo et avec durée et intensité d exo) - Pancréas Insuline ( à l exo) Méca. compensant la d insuline Muscle + Entrée du Glucose Foie + - Glycogénolyse 1-Début d exo. Intense Glycogénolyse musculaire Tissu adipeux 1 2 3

61 1 2 3 A, NA ( avec la durée d exo.) - Pancréas Glycémie Insuline ( à l exo) Muscle Foie Glycogénolyse + - Glucose Glycogénolyse Glucagon GH ( à l exo. prolongé) Tissu adipeux 2-Exercice prolongé Les réserves de glycogène musculaires diminuent Glycogénolyse hépatique

62 1 2 3 A, NA ( avec la durée d exo.) - Pancréas Insuline ( à l exo) Muscle Foie Lipolyse Glucagon,A,NA, Cortisol, GH ( à l effort prolongé) + Lipolyse Tissu adipeux - Glycérol AG 2-Exercice prolongé Lipolyse

63 1 2 3 A, NA ( avec la durée d exo.) - Pancréas Insuline ( à l exo) Muscle Foie Cortisol à l effort ++ prolongé et intense + - Protéolyse AA Tissu adipeux 3-Exercice ++ prolongé Protéolyse

64 1 2 3 A, NA ( avec la durée d exo.) - Pancréas Insuline ( à l exo) Muscle Foie - Néoglucogenèse + Glucose AA Lactate Glycérol Cortisol, Glucagon à l effort ++ prolongé et intense Tissu adipeux 3-Exercice ++ prolongé Néoglucogenèse

65 1 2 3 Pancréas Muscle Foie Cétogenèse Corps cétoniques AA AG Tissu adipeux 3-Exercice ++ prolongé Cétogenèse

66 Insuline * Sécrétée par le pancréas (cellules béta) * Régulation du métabolisme stimule la translocation des GLUT 4 (cerveau, muscle) inhibe la glycogénolyse hépatique et musculaire inhibe la néoglucogenèse (foie) inhibe la lipolyse (tissu adipeux) stimule la synthèse protéique Favorise «l élimination» du glucose du sang absence totale d insuline endogène chez les DT1

67 = carence en insuline Insuline + Translocation GLUT 4 et 1 (cerveau, muscle) Glycogénolyse & néoglucogenèse (foie) Lipolyse + Synthèse protéique Manque de glucose intracellulaire Hyperglycémie chronique Lipolyse ++ Limite la synthèse protéique DT1 non traité Troubles cérébraux & asthénie Polydipsie & polyurie Amaigrissement & polyphagie

68 Exercice aigu & insuline Que se passe-t-il chez le DT1?

69 Catécholamines * Sécrétées par le système nerveux sympathique (NA) et les médullosurrénales (++A) * Régulation du métabolisme A stimule la glycogénolyse musculaire A et NA inhibent la sécrétion d insuline par le pancréas A et NA stimulent la lipolyse (tissu adipeux) * A et NA FC et la contractilité du coeur

70 ➄ Catécholamines et intensité de l exercice * réponse exponentielle * proportionnelle à I ex * [A] & [NA] si I>~40% VO 2max Galbo, 1983 ( exercice de 20min, ergocycle/tapis roulant)

71 ➄ Catécholamines et durée de l exercice * Retour aux valeurs pré-ex en ~30 min (dépend de I ex) 80% VO 2 max, 20 min 70% VO 2 max, 60 min

72 Effets de la caféine. Caféine potentialise les effets des récepteurs β adrénergiques du TA et active la lipoprotéine lipase Essig et coll. 1980: exercice sur ergocycle Notent une relation entre l amélioration de la performance et la stimulation de la mobilisation des AG après absorption de caféine (épargne du glycogène musculaire) Mais ceci n a pas été confirmé en labo. Et on ne prouve aucun bénéfice lors d exercices d endurance Ne pas conseiller cette manipulation diététique

73 Glucagon * Sécrété par le pancréas (cellules alpha) * Régulation du métabolisme: stimule la glycogénolyse hépatique stimule la lipolyse (tissu adipeux) stimule la néoglucogenèse (foie) Favorise libération du glucose dans le sang (utilisé en injection im lors d une hypoglycémie grave chez le DT1)

74 Evolution du glucagon à l exercice stable * visible au delà de 45 min d exercice * sécrétion indépendante du SNS * provoquée par l hypoglycémie

75 GH * Sécrétée par adénohypophyse * Régulation du métabolisme stimule la glycogénolyse hépatique stimule la lipolyse (tissu adipeux) * Stimule la croissance et la synthèse protéique (croissance osseuse et du muscle squelettique, hypertrophie musculaire, régénération des fibres lésées ) (par l intermédiaire des IGF sécrétés par le foie, os et muscles squelettiques)

76 Evolution à l exercice 80% VO 2max, 20 min 70% VO 2max, 60 min [GH] plasm * En fin d exercice prolongé et reste élevé à la récup * pour intensité > 40% VO 2max

77 Cortisol * Sécrété par corticosurrénales (Stimulées par ACTH libéré par adénohypophyse) * en fin d exercice prolongé * Régulation du métabolisme dégradation des protéines (surtout dans les m. squelettiques) néoglucogenèse (AA / lactate glucose) lipolyse (tissu adipeux) * Résistance au stress (exercice, jeûne, peur, T extrêmes, hémorragies, interventions chirurgicales.) * Effet anti-inflammatoire / réponse immunitaire

78 en fonction de la durée et de l intensité de l exercice rythme nycthéméral en tenir compte lors d étude à l effort!

79 Fin du cours Métabolisme L3 APA