besoins energetiques de l`effort

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
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
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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
réaction endothermique
ATP
énergie de métabolisme
ADP + Pi + Energie
recyclage
ATP
réaction exothermique
ADP + Pi +Energie
énergie destinée à la cellule
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
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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
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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
anaérobie
2 pyruvate
ac. lact. + 2 ATP
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)
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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.
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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
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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 .
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