2 NADH,H+ - Staps Lille 2
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Suite du Cours Physiologie L3 APA -2008 Elsa HEYMAN MCU – FSSEP – Lille 2 Chapitre 1: Bioénergétique Parties IV- V - VI IV- La voie aérobie VOIE AEROBIE CO2 + H2O ATP Glucose, Glycogène, acides gras libres, acides aminés Acide lactique Glucose - Glycogène Créatine + Pi ADP + Pi Phosphocréatine (PCr) 1) A partir des glucides a) Glucose/glycogène → Pyruvate (cytosol) b) Passage du pyruvate dans mitochondrie Réaction irréversible NAD+ NADH,H+ 3C 2C Acide pyruvique AcétylCoenzyme A Pyruvate Deshydrogenase Complex (PDC) CoA-SH Cytosol CO2 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 coA 4C Oxaloacétate SH H2O 6C Citrate 4C NADH,H+ Phosphorylaytion Oxydative H2O 4C FADH2 6C NADH,H+ NADH,H+ CO2 5C 4C GTP ATP CO2 4C AcétylCoA + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + 1FADH2 + 1GTP + 2H+ + CoA d) La chaîne respiratoire (phosphorilation oxydative ou oxydation phosphorylante) 1 glucose Glycolyse Arrivée des équivalents réducteurs (NADH,H+ et FADH2) dans la chaîne respiratoire du muscle squelettique 2ATP 2 NADH,H+ 2 pyruvates Chaîne respiratoire Cytoplasme 2 NADH,H+ Membrane externe 2 acétylCoA 6NADH,H+ 2CO2 Espace intermembranaire de mitochondrie Navette glycérol-3-P 4CO2 CK 2FADH2 2FADH2 2GTP Membrane interne Matrice de la mitochondrie Cytoplasme Membrane externe 10 H+ pompés Espace intermembranaire de la mitochondrie ATP Synthase Membrane interne Matrice de la mitochondrie 1 NADH,H+ H+ H+ H+ 2,5 ATP NAD+ ½ O2 2,5 ADP + Pi H2O Cytoplasme Membrane externe 6 H+ pompés Espace intermembranaire de la mitochondrie ATP Synthase Membrane interne Matrice de la mitochondrie 1 FADH2 H+ H+ H+ 1,5 ATP FAD+ ½ O2 1,5 ADP + Pi H2O 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 - A, NA, Glucagon, + Cortisol, GH Insuline - Lipase (HSL) 3H20 3H+ 3 AG Triglycéride Soluble dans le sang 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 Glycogénolyse & néoglucogenèse Lipolyse (cerveau, muscle) (foie) Manque de glucose intracellulaire Troubles cérébraux & asthénie Hyperglycémie chronique Polydipsie & polyurie Lipolyse ++ Amaigrissement & polyphagie b) Activation des AG sous forme d’acyl-CoA (mb mitochondriale ext) et transport dans la mitochondrie Albumine - AG Membrane plasmique Cytoplasme AG CPT: Carnitine Acyl Transférase (ou Carnitine Palmityl Transférase) Acyl-CoA ATP AMP+PPi 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 CH3 Palmitoyl-CoA C16 (CH2)14 CH3 C2 1 acétyl-CoA + 1FADH2 + 1NADH,H+ C14 1 acétyl-CoA + 1FADH2 + 1NADH,H+ C12 // C10 // C8 Cycle de Krebs Entrée de 8 acétylCoA C6 C4 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) Voie anaérobie alactique 6% PCr Phosphocréatine (PCr) 44% VoieGlycolyse aérobie aérobie (++ glucides) Glycolyse anaérobie 50% Glycolyse Voie anaérobie anaérobie lactique Glycolyse aérobie SOURCES ENERGETIQUES DU 1500 m (en % du total) Voie Glycolyse anaérobie 25,00% anaérobie lactique Voie anaérobie alactique Glycolyse aérobie Glycolyse anaérobie 75,00% Voie Glycolyse aérobie (++aérobie glucides) SOURCES ENERGETIQUES DU 5 000 m (en % du total) Voie Glycolyse anaérobie anaérobie lactique 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!) VO2 (% VO2max) . . Vitesse (% Vit Max Aérobie) Inertie du système aérobie Repos Exercice Récupération Réserves inépuisables Capacité élevée Voie anaérobie alactique Voie anaérobie lactique 30-50 kJ 95-120 kJ 400-750 kJ/min 200-500 kJ/min Réserves (capacité) Débit maximal d’énergie = Puissance Durée de maintien de la puissance maximale = capacité/débit 5-8 sec Voie aérobie À l’infini – très élevé Dépend du % de VO2max utilisé ≈30 sec 161 Nombre de réactions élevé Débit énergétique faible Voie anaérobie alactique Voie anaérobie lactique 30-50 kJ 95-120 kJ À l’infini – très élevé Dépend du % de VO2max utilisé 400-750 kJ/min 200-500 kJ/min Dépend de VO2max: 60-120 kJ/min ≈30 sec 3-15 min Réserves (capacité) Débit maximal d’énergie = Puissance Durée de maintien de la puissance maximale = capacité/débit 5-8 sec Voie aérobie 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 60 50 100 Lipides 90 40 Effet de l’entraînement 80 aérobie 30 70 20 60 Glucides 10 50 40 % de consommation des glucides % de consommation des lipides CROSSOVER CONCEPT Intensité é 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 Acides 5% aminés ramifiés 3 4 Protéines Protéase Acides aminés Désamination ou transamination (perte de leur fonction amine) Acides cétoniques Pyruvate, AcétylCoA PEP Production d’énergie musculaire (exercice intense prolongé) Néoglucogenèse hépatique Glucose (Jeûne) AA branchés (leucine, isoleucine, valine) Alanine, Glutamine catabolisés ++ dans muscles AcétylCoA Corps cétoniques (foie) Acides gras Energie (muscle, cerveau) Régulation hormonale? Cortisol: stimule la protéolyse (++ dans les muscles squelettiques) Insuline: stimule la synthèse protéique = carence en insuline DT1 non traité Insuline + − − + Translocation GLUT 4 et 1 Glycogénolyse & néoglucogenèse Lipolyse Synthèse protéique (cerveau, muscle) (foie) Manque de glucose intracellulaire Troubles cérébraux & asthénie Hyperglycémie chronique Polydipsie & polyurie Lipolyse ++ Limite la synthèse protéique Amaigrissement & polyphagie 5) Schéma résumé de la voie aérobie TD: Bilan pour la dégradation complète aérobie d’1 glucose dans muscle squelettique 1 glucose Glycolyse 2ATP 2 NADH,H+ 26 ATP 6O2 2 pyruvates Chaîne respi. 2 NADH,H+ Navette glycérol-3-P 2 acétylCoA 6NADH,H+ 2CO2 4CO2 CK 2FADH2 2FADH2 2GTP 131 TD: Bilan pour la dégradation complète d’1 AG Palmitate (C16) 1 Palmitate (C16) 1 ATP 1 AcylCoA (C16) 100 ATP 23O2 β-oxydation 20 NADH,H+ 16 CO2 8 GTP 1 AcylCoA (C16) 7 NADH,H+ 8 acétylCoA CK Chaîne respi. 8 FADH2 7FADH2 V- 2 processus anaboliques importants à l’exercice prolongé : la néoglucogenèse et la cétogenèse 1) La néoglucogenèse ou gluconéogenèse Quand? Hypoglycémie, Jeûne Fin d’exercice prolongé et intense Récupération Où? et rein: maintien de la glycémie (cerveau & GR) Muscle squelettique & cardiaque : reformer les réserves de glycogène Aussi possible dans le cerveau Foie Précurseurs: Lactate, Acides aminés, Glycérol glucose Acide gras Glycolyse Impossible à partir des AG → acétylCoA ne peut pas être converti en pyruvate Mais le glucose peut se transformer en AG! AcylCoA pyruvate CPT β-oxydation AcétylCoA CK Les réactions: Ce n’est pas l’inverse de la glycolyse Les hormones stimulant la néoglucogenèse: Glucagon, Cortisol L’hormone inhibant la néoglucogenèse: Insuline % de la fourniture d’énergie ATP + CP anaérobie Glycogénolyse et glycolyse musculaire Oxydation aérobie Lipolyse tissu adipeux AG plasmatiques Oxydation aérobie Glycogène musculaire & hépatique Néoglucogenèse → glucose sang Anaérobie lactique 0 1 2 Minutes 3 5 1 2 Heures 3 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 AG Mitochondries du foie AA AcétylCoA Corps cétoniques Sang Corps cétoniques Fin exercice prolongé : Cerveau Jeûne: 75% de l’énergie vient des corps cétoniques Hypoglycémie diabétique Muscle squelettique AcétylCoA production de corps cétoniques X 2-3 => 5-10% apport énergétique CK 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) - Méca. compensant la ➮ d’insuline Pancréas Insuline (➮ à l’exo) Muscle + Entrée du Glucose Foie + Glycogénolyse 1-Début d’exo. Intense Glycogénolyse musculaire Tissu adipeux 1 2 3 1 2 ➮ Glycémie A, NA - (➬ ➬ avec la durée d’exo.) Pancréas Insuline (➮ à l’exo) Muscle - Foie Glycogénolyse + Glycogénolyse Glucose Glucagon GH (➬ à l’exo. prolongé) Tissu adipeux 2-Exercice prolongé Les réserves de glycogène musculaires diminuent Glycogénolyse hépatique 3 1 A, NA - (➬ ➬ avec la durée d’exo.) 2 3 Pancréas Insuline (➮ à l’exo) Foie Muscle Lipolyse Glucagon,A,NA, Cortisol, GH (➬ à l’effort prolongé) + Lipolyse Tissu adipeux - Glycérol AG 2-Exercice prolongé Lipolyse 1 A, NA (➬ ➬ avec la durée d’exo.) - 2 Pancréas Insuline (➮ à l’exo) Muscle Foie AA - Cortisol ➬ ➬ à l’effort ++ prolongé et intense Tissu adipeux + Protéolyse 3-Exercice ++ prolongé Protéolyse 3 1 A, NA (➬ ➬ avec la durée d’exo.) - Pancréas Insuline Foie 2 (➮ à l’exo) Muscle Glucose Néoglucogenèse + AA Lactate Glycérol Cortisol, Glucagon ➬ ➬ à l’effort ++ prolongé et intense Tissu adipeux 3-Exercice ++ prolongé Néoglucogenèse 3 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 Glycogénolyse & néoglucogenèse Lipolyse Synthèse protéique (cerveau, muscle) (foie) 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% VO2max 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% VO2 max, 20 min 70% VO2 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% VO2max, 20 min 70% VO2max, 60 min ➬ [GH]plasm * En fin d’exercice prolongé et reste élevé à la récup * pour intensité > 40% VO2max 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
