Bioénergétique Musculaire
Diaporama Bioénergétique musculaire - Activités Physiques Adaptées
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<strong>Bioénergétique</strong> <strong>Musculaire</strong><br />
Les sources d’énergie<br />
Les mécanismes de régulation<br />
Adaptations des différents métabolismes à l’exercice<br />
Facteurs de variations de l’utilisation des substrats à l’exercice<br />
ce<br />
Quels sont les mécanismes de régulations impliqués dans l’utilisation des<br />
substrats énergétiques à l’exercice ?<br />
Quels sont les sites potentiels de régulation du métabolisme glucidique<br />
et lipidique ?<br />
Quels sont les mécanismes cellulaires de l’adaptation à l’entraînement nement ?
Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+<br />
RS<br />
Relaxation<br />
Calcium ATPase<br />
Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+<br />
Cytosol<br />
ATP => ADP + Pi +<br />
Energie<br />
Ca 2+<br />
Actine<br />
Myosine ATPase<br />
Contraction<br />
Cytosol<br />
Myosine
Les sources d’énergie<br />
Réserve en ATP : 5 à 6 mmol.kg -1 muscle (80 g pour l’organisme)<br />
si seule source disponible : 130 kg par jour (8000 kj)<br />
Nécessité de reconvertir l’ADP.<br />
1. Les phosphates à haute énergie<br />
1.1 Le système myokinase : spécifique du muscle<br />
ADP + ADP ATP + AMP<br />
1.2 Le système créatine kinase :<br />
PCr + ADP ATP + Cr<br />
Pcr : stockée dans le muscle<br />
[Pcr] muscle --> 80 à 150 mmole/kg de poids sec
Les sources d’énergie (suite)<br />
2. Les glucides<br />
Forme de stockage : glycogène<br />
foie (250 mmol/kg)<br />
muscle (taille de la cellule)<br />
Dégradation en 2 étapes :<br />
a. Processus anaérobie : La glycogénolyse et glycolyse<br />
Glucose (ou glycogène) + 2NAD + 2acides pyruvique + 2 NADH, H +<br />
Bilan :<br />
Glycogène : 3ATP<br />
Glucose : 2ATP
La glycogénolyse<br />
La glycolyse<br />
Glucose<br />
(Hexokinase)<br />
Glycogène<br />
(Glycogène phosphorylase)<br />
Glucose 1-phosphate<br />
(Phosphoglucomutase)<br />
Glucose 6-phosphate<br />
Voie glycolytique<br />
NAD +<br />
NADH<br />
Acide pyruvique
Les sources d’énergie (suite)<br />
b. Oxydations mitochondriales :<br />
Le cycle de Krebs :<br />
2 ATP par molécule de glucose<br />
Des équivalents réduits : NADH, H+ et FADH 2<br />
La phosphorylation oxydative<br />
Gradient de protons<br />
O 2<br />
, accepteur final d’électrons<br />
34 ATP produits
La chaîne respiratoire<br />
Espace intermembranaire<br />
Complexe I<br />
Complexe II<br />
Complexe III<br />
Complexe IV<br />
Complexe V<br />
ADP + Pi<br />
e -<br />
H +<br />
H +<br />
H + H + H +<br />
e - e - ½ O 2<br />
+ 2 H +<br />
ATP<br />
Matrice<br />
NADH NAD + FADH 2<br />
FAD<br />
H 2<br />
O
Les sources d’énergie (suite)<br />
c. Voie non oxydative : l’acide lactique<br />
Produit en permanence : LDH forme M (muscle) et H (heart)<br />
Dans des conditions optimales d’oxygénation<br />
Permet la régénération rapide du NAD+<br />
Système de transport : les MCT (1-8)<br />
Intermédiaire métabolique : le cycle de Cori<br />
Moyen d’échanges de substrat :<br />
les navettes (inter et intracellulaire) du lactate
Régénération du NAD+ et production de lactate<br />
Glucose<br />
NAD +<br />
lactate<br />
≈ 10<br />
pyruvate<br />
NADH + H +<br />
Voie glycolytique<br />
NADH + H +<br />
NAD +<br />
Acide pyruvique<br />
LDH<br />
Acide Lactique<br />
5isoformes de LDH (1 à 5) : combinaison des sous unités H et M
Le lactate : un réel intermédiaire métabolique<br />
Coeur<br />
Lactate et CO 2<br />
Tissu musculaire<br />
Fibre<br />
Glycolytique<br />
Fibre<br />
Oxydative<br />
Lactate<br />
Artères<br />
Veines<br />
Glycogène<br />
Lactate<br />
CO 2<br />
Mitochondrie
Conception nouvelle dans l’utilisation<br />
des substrats énergétiques<br />
Sang<br />
lactate<br />
H +<br />
Muscle<br />
lactate<br />
H +<br />
NAD +<br />
a. Lactique<br />
LDH5<br />
NADH + H +<br />
a. pyruvique<br />
Glycogène<br />
3 ATP<br />
lactate<br />
H +<br />
lactate<br />
H +<br />
a. Lactique<br />
LDH1<br />
a. pyruvique<br />
Transporteur des<br />
Monocarboxylates :<br />
MCT1 ou MCT4<br />
NAD+<br />
NADH + H +<br />
Oxydations mitochondriales<br />
D’après Chatham et coll. 2001<br />
17 ATP
La navette intracellulaire du lactate<br />
Glycogène<br />
Glucose<br />
CYTOSOL<br />
Pyruvate<br />
NADH NAD +<br />
cLDH<br />
Lactate<br />
Membrane<br />
externe<br />
NADH NAD +<br />
Pyruvate<br />
mLDH<br />
Lactate<br />
Membrane<br />
interne<br />
CR<br />
mMCT<br />
mMCT<br />
NADH NAD +<br />
Pyruvate<br />
mLDH<br />
Lactate<br />
Acétyl-CoA + CO 2<br />
MATRICE MITOCHONDRIALE
Les sources d’énergie (suite)<br />
3. Les lipides :<br />
Stockage : les triglycérides (80% des réserves énergétiques)<br />
tissu adieux, foie<br />
muscle (7 à 20mmol/kg) I > II<br />
Dégradation oxydative (O 2<br />
)<br />
Triglycéride glycérol + 3 acides gras<br />
Activation acides gras (carnitine, Carnitine Palmitoyl<br />
Transférase CPT-I)<br />
Oxydation mitochondriale (acétyl-CoA + Eq. Red))<br />
Bilan (C16) : 129 ATP formés
Localisation des lipides intra-musculaires<br />
Figure : microscopie électronique<br />
Montrant la distribution des gouttes<br />
lipidiques au sein du muscle squelettique
Cytosol<br />
Acides gras<br />
CoA<br />
Glycogène, glucose<br />
Glycolyse<br />
Membrane externe<br />
Acide gras activé<br />
mCPT-I<br />
Pyruvate<br />
cLDH<br />
Lactate<br />
MCT1<br />
Acide gras activé<br />
Pyruvate<br />
Acetyl-CoA<br />
Lactate<br />
β-oxydation<br />
Cycle de<br />
Krebs<br />
Matrice<br />
Membrane interne<br />
NADH, FADH 2<br />
CO 2<br />
H 2<br />
O<br />
NAD, FAD<br />
O 2<br />
e - H + e - H +<br />
H +<br />
ATP<br />
CR<br />
ADP + Pi<br />
Espace intermembranaire
Les sources d’énergie (suite)<br />
4. Les protides :<br />
Source non négligeable dans les exercices prolongés (10 %)<br />
Dégradation des protéines musculaires<br />
Rentrent au niveau du cycle de Krebs (« aa. branchés »)<br />
Alanine : substrat pour la néoglucogenèse
Les réserves en substrats<br />
réserves<br />
énergétiques chez un sujet actif<br />
Substrats<br />
Glucides<br />
glycogène hépatiqueh<br />
Glycogène musculaire<br />
Glucose sanguin<br />
total<br />
total<br />
Lipides<br />
sous cutanés<br />
Intramusculaire<br />
quantité (g)<br />
110<br />
250<br />
15<br />
375<br />
7800<br />
161<br />
7961<br />
énergie<br />
potentielle<br />
(kcal)<br />
451<br />
1025<br />
62<br />
1538<br />
70980<br />
1465<br />
72445
Mécanismes de régulation<br />
1. Composés phosphorés à haute énergie<br />
a. La crétine kinase (CK)<br />
Concentration en ADP et H+<br />
Très rapide : au contact des myosines ATPases<br />
Assure le maintien des niveaux d’ATP (accélérations, exos.intermits.)<br />
Puissance fonctionnelle (énergie/temps) : 35 kcal/mn)<br />
Stocks fibres II > fibres I<br />
Déplétion identique pour les 2 types de fibres<br />
Vitesse de resynthèse fibre I > fibre II<br />
On a jamais observé de déplétion complète de Pcr
Vue conventionnelle :<br />
Mécanismes de régulation (suite)<br />
Contribution +++ au début de l’effort<br />
La réplétion en PCr est dépendante de la présence d’oxygène<br />
100<br />
PC<br />
80<br />
ANAEROBIE<br />
Puissance (%)<br />
60<br />
40<br />
20<br />
AEROBIE<br />
10s<br />
60s<br />
120s<br />
10 min<br />
Courbe d’Howald<br />
temps
Mécanismes de régulation (suite)<br />
B. Glycogénolyse et glycolyse<br />
1. La glycogénolyse :<br />
Stimulation :<br />
Glycogène phosphorylase forme active<br />
Stimulation par : - de Pi (ATP ADP + Pi)<br />
-libération de Ca 2+ du RS<br />
Activation par l’AMPc via les catécholamines (Adr.)<br />
Inhibition<br />
Compétition entre substrats<br />
Acide gras plasmatiques moindre déplétion
Efficacité et puissance de la<br />
glycolyse anaérobie
Produit initial<br />
AEROBIE<br />
81g de glycogène<br />
90 g de glucose (1/2 mole<br />
d’eau)<br />
ANAEROBIE<br />
81g de glycogène<br />
90 g de glucose (1/2 mole<br />
d’eau)<br />
Énergie disponible<br />
Produit Final<br />
Énergie fournie<br />
Énergie restante<br />
ATP (maoless(<br />
12 kcal/mole<br />
Rendement bioénergétique<br />
Délai<br />
Oxygène utilisé<br />
Durée VO 2 = 5 L/min<br />
Puissance brute<br />
Puissance Nette<br />
90 x 3.87 = 348 kcal<br />
67.5 L de CO2, 54 ml d’eau<br />
348 kcal 1 461 600 J<br />
0 kcal<br />
20 ou moins<br />
240 kcal<br />
240/348 = 69 %<br />
t 1/2 = 30 à 40s, 100% 2 à 3min<br />
67.5 L<br />
67.5 L, 14min 840s<br />
1 461 600 J/ 840s = 1740 W<br />
1244 W<br />
90 x 3.87 = 348 kcal<br />
90g d’acide lactique<br />
23.5 kcal 98 700 J<br />
324.5 kcal 3.61 kcal/g<br />
1.5<br />
18 kcal<br />
18/23.5 = 77%<br />
t 1/2 < 1s, 100% 2 à 3s<br />
0<br />
40s<br />
98 700 J/ 40s = 2468 W<br />
1890 W
Déplétion en glycogène dans le muscle quadriceps pendant<br />
des exercices d'intensités s différentes sur bicyclette.<br />
0<br />
Déplétion en glycogène<br />
(mmoles glucose/kg pds sec)<br />
20<br />
40<br />
60<br />
80<br />
120<br />
% VO2max<br />
90<br />
75<br />
60<br />
30<br />
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120<br />
Temps d'exercice (min)<br />
Notion d’intensité optimale pour une déplétion<br />
maximale en glycogène (75% VO2max env.)
Mécanismes : Stimulation de<br />
la glycogénolyse musculaire / hépatique<br />
i. Noradrénaline (NAD, innervation sympathique)<br />
ii.<br />
Adrénaline (AD, libérée par médullo-surrénale)<br />
Adrénaline (nmol/l)<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
100-110<br />
80-90<br />
60-70<br />
% VO2max<br />
40-56<br />
Concentration plasmatique<br />
en adrénaline pendant des<br />
exercices d'intensités et<br />
durées différentes.<br />
Corrélation entre vitesse<br />
d’utilisation du glycogène<br />
et concentration Adr.<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60 70<br />
Temps d'exercice (min)<br />
hormones prépond<br />
pondérantes<br />
dans l’utilisation l<br />
des glucides<br />
au cours de l’exercicel
AD, NAD<br />
Mécanismes de régulation (suite)<br />
Récepteur =<br />
protéine<br />
membranaire<br />
Récepteur β<br />
Adényl cyclase<br />
enzyme<br />
ATP<br />
AMPcyclique<br />
AMPc : Règle<br />
de nombreuses<br />
fonctions<br />
glycogène<br />
phosphorylase b<br />
inactive<br />
glycogène<br />
phosphorylase a<br />
active<br />
Dégradation du glycogène
Mécanismes de régulation (suite)<br />
Le second messager peut être le calcium relargué du RS<br />
Phosphorylase b<br />
β-bloquants<br />
AMP cyclic<br />
Ca++ calmoduline<br />
béta-récepteur<br />
Phosphorylase a<br />
Citernes du réticulum<br />
endoplasmique<br />
Adrénaline<br />
Glycogène<br />
Glucose-1-PO4<br />
Glycolyse
Mécanismes de régulation (suite)<br />
B. Glycogénolyse et glycolyse<br />
2. La glycolyse :<br />
Stimulation :<br />
Stimulation par : - ATP / ADP<br />
Inhibition<br />
[H+]<br />
Vue conventionnelle :<br />
Activation retardée / au système PCr
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