Acides gras libres + glycérol
Réserve lipidique
Pool d’acides aminés
Pool d’acides gras libres
| Système énergétique | Nécessité de l’oxygène | Réaction chimique globale | ATP formé par la seconde | ATP formé par molécule de substrat | Durée de l’effort |
|---|---|---|---|---|---|
| ATP-PCr | Non | PCr en Cr | 10 | 1 | < 15 secondes |
| Glycolyse | Non | Glucose ou glycogène en pyruvate (lactate) | 5 | 2 à 3 | < 1 minute |
| Voie aérobie (glucides) | Oui | Glucose ou glycogène en oxygène et dioxyde de carbone | 2,5 | 36 à 39* | environ 90 minutes |
| Voie aérobie (lipides) | Oui | AGL ou triglycérides en eau et dioxyde de carbone | 1,5 | >100 | jours |
* La production de 36 à 39 molécules d’ATP par molécules de glucide ne prend pas en compte l’énergie nécessaire lors du passage des ions (H+) à travers la membrane mitochondriale.
Le lactate donne-t-il des crampes?
Des crampes peuvent survenir de manière concomitante à une accumulation de lactate MAIS il n’y a pas de lien de cause à effet. La crampe est un phénomène complexe et encore généralement mal compris. (À suivre…)
Le lactate est métabolisé en récupération passive en environ 1h30, et en récupération active en 20 minutes, et puisque les courbatures (DOMS) surviennent généralement entre 12 à 14 heures après un effort, le lactate n’est non plus à l’origine des courbatures.
Le lactate est un métabolite intermédiaire créé à partir du pyruvate avec une très mauvaise réputation (voir Bioénergétique par voies métaboliques.canvas):
Utilisé dans le glycogénèse musculaire et hépatique
Sert de substrat pour les muscles, le cœur et les reins
ADP
Glucose-6-Phosphate
(Première étape de la glycolyse, qui ne nécessite pas d’oxygène (anaérobie)
Glucose
Phosphorylation
Phosphorylation au niveau du substrat
Mode de synthèse de l’adénosine triphosphate (ATP) dans lequel un enzyme transfère directement un groupement phosphate d’un substrat à l’adénosine diphosphate (ADP).
Mitochondrie
- sites de la respiration cellulaire aérobie, un processus métabolique qui utilise l’oxygène pour produire de l’ATP en extrayant l’énergie des glucides, des lipides, et autres substances;
- certaines cellules ne contiennent qu’une seule mitochondrie (qui est volumineuse), mais la plupart des eucaryotes en contiennent des centaines, voir des milliers, selon l’activité métabolique de la cellule;
- la mitochondrie est entouré d’une double couche de phospholipides dans laquelle s’insère un assemblage de protéines (à retenir qu’une grande majorité des enzymes sont des protéines
Les mitochondries produisent 90% de l’ATP utilisé par le corps.
Acetyl Coenzyme A (CoA)
Le pyruvate est converti en acétylcoenzyme A qui peut entre dans le cycle de l’acide citrique (cycle de Krebs).
Une fois formé, l’acétyl-CoA entre dans le cycle de l’acide citrique (cycle de Krebs), une série complexe de réactions qui permet l’oxydation complète de l’acétyl-CoA. Par molécule de glucose sont produites 2 molécules de pyruvate. Ainsi, toute molécule de glucose qui entre dans le processus de dégradation aérobie aboutit à deux cycles de l’acide citrique.
2 Pyruvate
Aussi appelé acide pyruvique:
- « La glycolyse produit de l’acide pyruvique. Les différentes étapes qui constituent la glycolyse ne nécessitent pas d’oxygène. Par contre, la destinée de l’acide pyruvique, formé par la glycolyse, est conditionnée par l’utilisation ou non de l’oxygène. La glycolyse anaérobie produit de l’acide lactique, lequel se dissocie rapidement, faisant apparaître le lactate. C’est la raison pour laquelle ces deux composées distincts sont souvent confondues. »
- Le facteur de contrôle de la glycolyse est le l’accumulation d’acide lactique dans les muscles; « cette acidification des fibres musculaires altère le fonctionnement enzymatique de la glycolyse» et l’inhibe; diminuant ainsi la capacité des fibres musculaires à libérer le calcium (affectant pouvoir de contraction);
Le pyruvate est une molécule chargée, de sorte qu’il doit pénétrer dans la mitochondrie par transport actif.
ATP
Cette voie métabolique est très simple, et très rapide. L’énergie provenant de la liaison phosphate de la PCr n’est pas directement utilisée pour le travail cellulaire, mais plutôt pour reconstituer ces stocks d’ATP.
Pool de glucose
Réserve glucidique (glycogène)
- Le glycogène est entreposé au repos dans le cytoplasme des cellules musculaires et hépatiques, jusqu’à son utilisation pour produire de l’ATP
Glucides
Glucose
- Les glucides alimentaires sont convertis en glucose (un monosaccharide à 6 carbones, C6H12O6, transporté par le sang vers tous les tissus.
- LE GLUCOSE EST LE SEUL GLUCIDE QUI PEUT TRAVERSES LA BARRIÈRE HÉMATO-ENCÉPHALIQUE; (une déplétion sévère en glucides peut avoir des conséquences néfastes pour le cerveau);
Protéines
- La quasi-totalité des fonctions dynamiques des cellules dépend des protéines; sont toutes composées à partir d’une vingtaine d’acides aminés;
- Parfois, mais faiblement, les protéines peuvent servir de source d’énergie, mais les protéines sont d’abord transformées en glucides par la néoglucogenèse.
- Dans les cas de privations alimentaires sévères, les protéines pourraient être transformées en acide gras à travers une longue série de réaction.
- Dans un exercice prolongé (endurance), les protéines combleront peut-être 5 % des besoins énergétiques.
Protéines structurelles
Acides aminés
Lipides (triglycérides)
- Le corps entrepose beaucoup plus de lipides que de glucides, que ce soit en termes de quantité ou d’énergie potentiellement disponible;
- Les lipides sont cependant moins accessible parce qu’ils doivent être d’abord transformés de leur forme plus complexe, le triglycéride, aux composants de base: le glycérol + acides gras libres.
Seul les acides gras libres permettent la construction de l’ATP.
Bioénergétique: Production d’ATP par les Voies Métaboliques
La seule source d’énergie immédiatement disponible pour l’ensemble des réactions métaboliques, y compris les contractions musculaires, est l’ATP (adénosine triphosphate). Les réserves d’ATP des cellules sont très faibles, ces dernières doivent continuellement renouveler leur stock en régénérant de nouvelles molécules d’ATP.
Voies métaboliques
« Une voie métabolique est une séquence d’étapes au cours desquelles une même molécule subit des modifications jusqu’à l’obtention d’un produit donnée. »
- Certaines voies métaboliques libèrent de l’énergie en décomposant de la matière (comme dans la respiration cellulaire);
- Toutes les voies métaboliques sont actives en même temps.
Trois systèmes
Trois systèmes énergétiques ou voies métaboliques peuvent produire (seul ou ensemble) l’adénosine triphosphate.
- le système ATP-PCr (voie des phosphagènes)
- le système glycolytique (glycolyse ou voie anaérobie lactique)
- le système oxydatif (phosphorylation oxydative ou voie aérobie)
Interactions
Les trois systèmes producteurs d’énergie ne fonctionnent pas de façon indépendante et par conséquent ne fonctionnent jamais à 100%. (…) À l’exception des périodes de transition d’un métabolisme à un autre, il y a toujours une prédominance d’une voie énergétique sur les deux autres.
Dans le cytosol:
- réaction catalysée par la créatine kinase
- réaction catalysée par l’adénylate kinase
Dans la mitochondrie:
- Glycolyse et glycogénolyse
- Cycle de l’acide citrique (Krebs)
- Beta-oxydation
- Phosphorylation oxydative mitochondriale
Métabolisme sur les substrats
- Substrats: acides gras libres, glucose
- Dans le corps humain, les stocks de glycogène musculaire & hépatique équivaut à environ 2500 à 2600 kCal. Les stock lipidiques, par contre, peuvent contenir plus de 70000 kCal.
Substrats énergétiques
« Un substrat est un réactif sur lequel agit un enzyme. »
- Les substrats énergétiques sont formés de carbone (C), d’hydrogène (H), d’oxygène (O), et, dans le cas des protéines, de l’azote (N).
- Les liaisons moléculaires dans les aliments sont relativement faibles, c’est pourquoi la rupture des aliments n’est pas directement utilisée pour le fonctionnement cellulaire.
Au repos
- Les besoins énergétiques sont comblés par la dégradation des glucides et lipides à part égale (très, très peu par les protéines).
À l’effort (intensité moyenne à forte)
- Le corps préfère de loin les glucides, mais les stocks sont minimes, vont seulement suffire pour des efforts de très courtes durées (dans les environs de 30 secondes);
- Plus l’effort est long, plus le corps va puiser dans ses réserves lipidiques.
Contrôle de la production énergétique
Pour être utilisée de façon optimale, « l’énergie libérée par les substrats doit répondre le plus précisément possible à la demande énergétique, ce qui implique un niveau de régulation très précis. Le débit de libération de l’énergie conditionne donc son utilisation. Ce débit est conditionné par 2 facteurs: (1) la disponibilité du substrat majoritaire et (2) l’activité enzymatique. »
Le glycogène est un polymère du glucose, une macromolécule de la famille des glucides, qui est utilisé pour stocker de l’énergie dans le foie et les muscles. Dans le foie, à travers un processus appelé glycogénolyse (hydrolyse du glycogène), le glycogène est décomposé en glucose utilisable comme source d’énergie par le corps pour réaliser de nombreuses tâches, y compris l’effort physique et la contraction musculaire.
Le corps contient une réserve de glycogène qui s’épuisera dans 12 heures sans apport alimentaire. Une fois la réserve glycogénique épuisée, le foie va puiser dans les muscles pour utiliser des protéines (décomposées en acides aminées), du lactate, ou du glycérol (issu des lipides) pour reformer de glucose. (Ces transformations sont nommées gluconéogenèse ou néoglucogenèse.)
Gérer son énergie est primordial chez le sportif, car elle va directement influencer sa capacité à faire un effort. Le paramètre le plus important est le maintien d’un niveau de glycogène hépatique et musculaire suffisant. Il s’agit de la forme d’énergie la plus disponible et lorsque les réserves sont épuisées, le cerveau le détecte et commande l’arrêt de l’activité intense (c’est la fatigue centrale, la volonté). Le maintien des niveaux de glycogène peut être amélioré par l’augmentation de l’utilisation des lipides au cours de l’effort. (Source: Nicolas Aubineau)
À noter que le glycogène et le glucose, étant des glucides, sont des sucres. Le glucose est le sucre le plus simple. L’amidon, le sucre végétal, est l’équivalent du glycogène chez les végétaux.
LA GLYCOLYSE (ou système glycolitique)
Enzyme clé: phosphofructokinase (PFK)
Voie métabolique anaérobie de 12 étapes, dans le cytosol
- Dégradation du glucose ou du glycogène (dans le cas du glycogènolyse) en pyruvate (1 glucose produit 2 pyruvates) grâce aux enzymes glycolitiques;
- Pour que le glucose, ou le glycogène, puissent fournir de l’énergie, ils doivent d’abord être transformés en composés appelé glucose-6-phosphate (G6P). Cette transformation utilise une molécule d’ATP, mais puisque le glycogène en G6P se fait en passant par le glucose-1-phosphate, ne prend pas d’apport d’énergie.
𝛂-CÉTOGLUTÉRATE
ISOCITRATE
SUCCINYL-CoA
FUMARATE
SUCCINATE
MALATE
Comme les autres voies impliquées dans le métabolisme, les enzymes du cycle de Krebs sont régulées par un rétrocontrôle négatif à différentes étapes du cycle. L’enzyme clé de ce contrôle est l’isocitrate deshydrogénase, qui est inhibé par l’ATP et activé par ADP + Pi.
Comme la concentration musculaire dépend de la disponibilité cellulaire du Calcium, un excès de calcium stimule également cette enzyme cé (l’isocitrate deshydrogénase).
Glucose-1-Phosphate
Glycogène
Le CO2 diffuse facilement hors des cellules, et est transporté par le sang vers les poumons où il est rejeté.
OXALOACÉTATE
Phosphocréatine (PCr)
- Facilitée par l’enzyme Créatine Kinase
- Aussi appelée « créatine phosphate »
Outre l’ATP, il existe dans les cellules une autre molécule possédant une liaison phosphate à haute énergie. Cette molécule est appelée PHOSPHOCRÉATINE (PCr).
L’activité de la Créatine Kinase
L’activité de l’enzyme est augmentée quand la concentration en ADP et Pi (groupement phosphate inorganique) s’élèvent; elle est inhibitée quand la concentration d’ATP monte.
Oxygène
Si le système ATP-PCr fonctionne en présence d’oxygène, celui-ci n’intervient pas dans les réactions et le système ATP-PCr est donc considéré anaérobie.
CITRATE
Créatine
Dérivé d’acides aminés
