Suite du Cours Physiologie L3 APA -2008 Elsa HEYMAN MCU FSSEP Lille 2
Chapitre 1: Bioénergétique Parties IV- V - VI
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)
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
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
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
AcétylCoA + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 1FADH2 + 1GTP + 2H+ + CoA
d) La chaîne respiratoire (phosphorilation oxydative ou oxydation phosphorylante)
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
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
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
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
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
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
Remarque: le tissu adipeux sécrète aussi des adipocytokines ➄ leptine, adiponectine Dérèglements liés à l obésité (Master 1 APA)
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
b) Activation des AG sous forme d acyl-coa (mb mitochondriale ext) et transport dans la mitochondrie
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
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
c) β- oxydation (mitochondrie) A partir de l acylcoa issu de l Acide gras Dans la matrice de la mitochondrie
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
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+
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)
d) Oxydation des AG à l exercice
Utilisation des AG par le muscle Biochimie des Activités physiques Poortmans & Boisseau Lipogenèse
Biochimie des Activités physiques Poortmans & Boisseau
Les réserves du tissu adipeux Réserves abondantes dans l organisme (vitesse d un marathon pendant 3 jours!)
3- Exercice & voie aérobie a) Part de la voie aérobie en athlétisme selon la distance
COURSES POURCENTAGE D ATP DERIVE DU METABOLISME AEROBIE 100 m < 5 % 200 m 10 % 400 m 25 % 800 m 50 % 1 500 m 65 % 5 000 m 86 % 10 000 m 96 % Marathon 98 %
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
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)
Voie anaérobie Glycolyse lactique anaérobie SOURCES ENERGETIQUES DU 5 000 m (en % du total) 12,50% Voie anaérobie alactique Glycolyse aérobie Glycolyse anaérobie 87,50% Voie Glycolyse aérobie (++ aérobie glucides)
Voie aérobie ++++++ SOURCES ENERGETIQUES DU MARATHON (En % du total) Acides gras libres AGL = 20% 5% = Glucose circulant (hépatique et sanguin) 1 2 3 75% = Glycogène aérobie
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!)
VO 2 (% VO 2 max).. Inertie du système aérobie a Repos Exercice Récupération Vitesse (% Vit Max Aérobie)
Réserves inépuisables Capacité élevée
Voie anaérobie alactique Voie anaérobie lactique Voie aérobie Réserves (capacité) 30-50 kj 95-120 kj À l infini très élevé Dépend du % de VO 2 max utilisé Débit maximal d énergie = Puissance 400-750 kj/min 200-500 kj/min Durée de maintien de la puissance maximale = capacité/débit 5-8 sec 30 sec 161
Nombre de réactions élevé Débit énergétique faible
Voie anaérobie alactique Voie anaérobie lactique Voie aérobie Réserves (capacité) 30-50 kj 95-120 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 400-750 kj/min 200-500 kj/min Dépend de VO 2 max: 60-120 kj/min 5-8 sec 30 sec 3-15 min 161
c- Exercice & utilisation respective des lipides & glucides
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
CROSSOVER CONCEPT % de consommation des lipides 60 50 40 30 20 10 Lipides Glucides Effet de l entraînement aérobie 100 90 80 70 60 50 40 % de consommation des glucides Intensité de l exercice 152
Biochimie des Activités physiques Poortmans & Boisseau
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
VOIE AEROBIE: Substrats utilisés SOURCES ENERGETIQUES DE L'ULTRA MARATHON : 80 KM (en % du total) 5% Glucose circulant 30% Glycogène 1 2 60% Acides gras libres 5% Acides aminés ramifiés 3 4
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)
Régulation hormonale? Cortisol: stimule la protéolyse (++ dans les muscles squelettiques) Insuline: stimule la synthèse protéique
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
5) Schéma résumé de la voie aérobie
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
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
V- 2 processus anaboliques importants à l exercice prolongé : la néoglucogenèse et la cétogenèse
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
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
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
% 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 0 1 2 3 5 1 2 3 Minutes Heures Temps 194
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!!!!
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
VI- Résumé sur les actions des hormones impliquées dans le métabolisme
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
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
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
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
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
1 2 3 Pancréas Muscle Foie Cétogenèse Corps cétoniques AA AG Tissu adipeux 3-Exercice ++ prolongé Cétogenèse
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
= 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
Exercice aigu & insuline Que se passe-t-il chez le DT1?
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
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)
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
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
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)
Evolution du glucagon à l exercice stable * visible au delà de 45 min d exercice * sécrétion indépendante du SNS * provoquée par l hypoglycémie
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)
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
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
en fonction de la durée et de l intensité de l exercice rythme nycthéméral en tenir compte lors d étude à l effort!
Fin du cours Métabolisme L3 APA