3. Corps, lieu de transformation d`énergie

L2 – S3 – CD7
Année 2016-17
Bioénergétique,
Biochimie,
Métabolisme
D. Chapelot
Volume horaire et répartition :
9 cours / 18 h
• 6 CM (du 5 septembre au 10 octobre le lundi de 8 à 10h)
• 3 TD (les lundis de 14h30 à 16h30 ou de 16h30 à 18h30, à partir
du 12 septembre)
CM et TD dissociés => TD ≠ illustration des CM mais du
travail pratique sur des situations de métabolisme à l’effort
Evaluations :
CM (sur 10 points) :
- Partiel de 30 min avec 2 questions de 15 min chacune valant
5 points chacune
TD (sur 10 points) :
- Présence et travail effectif = 1 pt / chacun des 3 TD (= 3 points)
- Contrôle terminal d’1h portant sur les 3 TD (= 7 points) pour
l’ensemble de la promo, programmé le mardi 13 décembre
En guise de préambule : FAQ
Qu’est-ce que l’énergie ?
• C’est la capacité d'un système à produire un travail, produisant par
exemple de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité ou
entraînant un mouvement
Quel rapport avec le sport, l’exercice ou l’activité physique ?
• Ils nécessitent un cycle contraction/relaxation musculaire qui a
besoin d’énergie pour se réaliser. Cette énergie est chimique
On parle de dépense énergétique : est-ce la même chose que
l’énergie dont a besoin le muscle pour se contracter/relaxer ?
• Oui, il en consomme, mais en plus le muscle produit de l’énergie,
sous forme de chaleur, qui est comprise dans l’énergie que l’on dit
nécessaire à l’effort
D’où vient l’énergie que le muscle utilise pour se contracter/relaxer ?
• De l’extérieur du corps, c’est ce qu’étudie la bioénergétique
En guise de préambule : FAQ
Qu’est-ce que la bioénergétique ?
• Branche de la biochimie qui analyse le flux d'énergie dans les
systèmes vivants
Qu’étudie-t-elle ?
• Les processus de transformation de l'énergie dans les systèmes
vivants considérés comme des systèmes ouverts
Pourquoi système ouvert ?
• Parce que l’intérieur du corps est en échanges d’énergies
permanents avec l’extérieur
Qu’est-ce que cela implique pour la fourniture d’énergie nécessaire
à l’effort
• Qu’il y ait une source d’énergie dont le flux (vitesse) est suffisant à
maintenir le cycle contraction/relaxation du muscle
Bases de bioénergétique
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Les lois de la thermodynamique
Les types d’énergie
Le corps comme lieu de transformation d’énergie
L’énergie brute et métabolisable
L’énergie nette
Les méthodes de mesure de la dépense énergétique
L’équivalent énergétique de l’oxygène
Le rôle de la mitochondrie
La définition et la signification du quotient respiratoire
La mesure et l’intérêt de la (du) V̇O2max
La définition et l’utilisation du MET
Les relations entre V̇O2 et fréquence cardiaque
La notion de lipoxmax (utilisation des lipides selon intensité)
1. Lois thermodynamiques
Lois de la thermodynamique
1ère loi : la quantité d’énergie
dans l’univers est toujours
constante
1. Lois thermodynamiques
Lors du passage d’une forme d’énergie
autre…
La différence entre énergie chimique
absorbée et rendue (ΔU) est la somme de
la chaleur produite (q) qui doit être
dissipée et du travail mécanique produit (w)
=> Ufinale - Uinitiale = ΔU = q + w
à une
Une réaction exothermique est celle qui dégage de la chaleur :
H2 (g) + ½ O2 (g) ---> H2O (g) + Energie
Une réaction endothermique utilise de l’énergie
MAIS ATTENTION
En biologie on appelle endothermes les organismes qui produisent
leur température corporelle grâce à leur métabolisme interne.
Bases de bioénergétique
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Les lois de la thermodynamique
Les types d’énergie
Le corps comme lieu de transformation d’énergie
L’énergie brute et métabolisable
L’énergie nette
Les méthodes de mesure de la dépense énergétique
L’équivalent énergétique de l’oxygène
Le rôle de la mitochondrie
La définition et la signification du quotient respiratoire
La mesure et l’intérêt de la (du) V̇O2max
La définition et l’utilisation du MET
Les relations entre V̇O2 et fréquence cardiaque
La notion de lipoxmax (utilisation des lipides selon intensité)
2. Les types d’énergie
Trois types d’énergie
Mécanique : unité = le joule : J, si 1000 J = 1 kJ
Par définition, l’énergie mécanique (W pour work) mise en jeu par un
déplacement = produit de la force nécessaire à la réalisation de ce
déplacement (F, en newton) par la longueur du déplacement (l, en m)
W=Fxl
2. Les types d’énergie
Trois types d’énergie
Thermique : unité = la calorie :
cal, si 1000 cal = 1 kcal
et évaporation
2. Les types d’énergie
Trois types d’énergie
Chimique :
CO2 = dioxyde de carbone
H2O = monoxyde de di-hydrogène
Organisme humain = chimiotrophe hétérotrophe
Bases de bioénergétique
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Les lois de la thermodynamique
Les types d’énergie
Le corps comme lieu de transformation d’énergie
L’énergie brute et métabolisable
L’énergie nette
Les méthodes de mesure de la dépense énergétique
L’équivalent énergétique de l’oxygène
Le rôle de la mitochondrie
La définition et la signification du quotient respiratoire
La mesure et l’intérêt de la (du) V̇O2max
La définition et l’utilisation du MET
Les relations entre V̇O2 et fréquence cardiaque
La notion de lipoxmax (utilisation des lipides selon intensité)
3. Corps, lieu de transformation d’énergie
Les aliments = molécules comestibles
Omnivore a sélectionné dans son environnement l’énergie
utilisable
Aliments constitués de
macronutriments :
1. carbone,
2. utilisables par l’organisme,
3. énergie potentielle
Energie vient :
1. des électrons
2. des liaisons entre carbones
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3. Corps, lieu de transformation d’énergie
Problème d'unités
• La mole (mol) : quantité de matière contenant autant d'entités
élémentaires qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone 12 (12C)
• Le carbone a donc par définition une masse molaire de 12 g (/mol)
• Une mole contient 6,023×1023 d'atomes = constante d'Avogadro
• Il y a le même nombre d'atomes dans une mole de carbone que
dans une mole de plomb (602 200 millards de millards)
• Un tel nombre d’atomes pèse = 1 g/mol si
c’est de l’hydrogène, 16 g si c’est de l'oxygène
=> l'eau (H2O) pèse donc (1  2) + 16 = 18 g/mol
• Le glucose C6H12O6 pèse (12  6C) +1(1g=12H)
+ (16?  6O)
x mole
= 72 +12 + 96 = 180 g/mol =>
g = 1 mole
1 g 180
= 1 mol/180
= 5,55 mmol
3. Corps, lieu de transformation d’énergie
Chaleur
Bases de bioénergétique
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Les lois de la thermodynamique
Les types d’énergie
Le corps comme lieu de transformation d’énergie
L’énergie brute et métabolisable
L’énergie nette
Les méthodes de mesure de la dépense énergétique
L’équivalent énergétique de l’oxygène
Le rôle de la mitochondrie
La définition et la signification du quotient respiratoire
La mesure et l’intérêt de la (du) V̇O2max
La définition et l’utilisation du MET
Les relations entre V̇O2 et fréquence cardiaque
La notion de lipoxmax (utilisation des lipides selon intensité)
4. L’énergie brute et métabolisable
Énergie brute (EB) d’un aliment
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4. L’énergie brute et métabolisable
Énergie brute (EB) d’un aliment
Unité : calorie
Définition : chaleur nécessaire pour élever de 14,5 à
15,5°C la température (T°) d’1 g d’eau
Q. Combien faut-il de calories pour faire
monter d'1°C un volume de 10 L d'eau à
14,5°C?
R. 10 L = 10 000 mL,
1 mL = 1 g => 10 L = 10 000 g => nécessite 10 000
fois plus d’énergie qu’1 g = 10 000 cal,
1 kcal = 1 000 cal
=> 10 L nécessite 10 kcal
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4. L’énergie brute et métabolisable
Énergie brute (EB) d’un aliment
Exemples de valeurs obtenues
• glucides = 4,20 kcal/g
• lipides = 9,45 kcal/g
• protéines = 5,65 kcal/g
Q. 1 sucre pèse 5 g, de combien de litres d'eau à 14,5°C peut-il faire
augmenter la température de 1°C
R. Le sucre est un glucide donc 5 g de glucides correspond à 5 × 4,20 ≈
21 kcal = 21 000 cal
Si 1 cal fait monter 1 g (mL) d'eau à 14,5°C de 1°C, 21 000 cal pourraient élever la température de 21 000 mL d’eau = 21 L de 1°C
Sucre dans le café ne le réchauffe pas car il ne libère pas
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son énergie => nécessite une oxydation
4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
Définition (dictée)
Quantité d’énergie plus faible que dans la bombe
calorimétrique
Energie potentielle
Pourquoi ?
1. Absorption intestinale : CUD
coefficient d’utilisation
digestive
2. Différence combustion
et oxydation des protéines
>
Energie restituée 20
4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
1. Coefficient d’utilisation digestive
Cette analyse conduit à la définition du CUD :
Quantité ingérée – Quantité excrétée × 100 (%)
Quantité ingérée
Le CUD des glucides est 100 %
Le CUD des lipides est de  95 %.
Le CUD des protéines est variable selon
leur valeur nutritionnelle (de 80 à 100 %).
Le CUD total est de l’ordre de  95 %
4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
1. Coefficient d’utilisation digestive
Le cas particulier des fibres
Définition
Comestibles mais pas digestibles
Intérêts : progression des aliments, transit quotidien
Pas de valeur énergétique = CUD nul
Origines :
• Produits céréaliers complets
• Fèves
• Fruits
• Légumes
• Aliments enrichis
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4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
1. CUD
(CUD)
-30%
-5%
-3%
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De Physiologie de l'activité physique – McArdle, Katch & McArdle – 4ème édition – Maloine/Edisem
4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
2. Protéines
Structure chimique générale des
acides aminés
Soja, poisson
carboxyle
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4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
2. Protéines
• Azote (N)
• Désamination/transamination
• Urée :
Prot + O2 = CO2 + H2O + Urée + Energie
• Valeur énergétique de l’urée = 4,35 kcal/g
• Squelette carboné peut ensuite fournir de l’énergie
• L’urée fabriquée par le foie et ensuite être éliminée par le rein
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4. L’énergie brute et métabolisable
Energie métabolisable (EM)
Valeurs des coefficients d’Atwater
Quantité d’énergie d’un macronutriment
Moyen mnemotechnique : mon 4×4 neuf (9) marche au GPL
kcal/g
Kjoules/g
Glucides
4
17
Protides
4
17
Lipides
9
38
Alcool
7
A savoir par
29
E = 4 G + 4 P + 9 L (+ 7 A) en kcal
Fibres => - 4%
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