&nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; PHYSIOLOGIE

I)&n= bsp; = ; = Transferts d’énergie=

Métabolisme= : Définition

Le métabolisme est défini comme l'ensemble des échanges physiques et chimiques qui permettent les transferts d'énergie et qu= i se déroulent dans l'organisme, incluant la croissance, la maintenance, les transformations physiques et chimiques. Le métabolisme implique deux processus fondamentaux : l'anabolisme défini comme le processus= de construction (telle l'augmentation de la masse musculaire), et = le catabolisme, processus de dégradation. Tous les gestes sportifs sont réalisés grâce à notre capacité à extraire l'énergie des nutriments (toute substance chimique utilisable par l'organisme sans digestion préalable), notamment les glucides, lipides, protides, que nous puisons dans not= re alimentation pour la transférer aux protéines contractiles des muscles sollicités. La contraction musculaire n'est possible que par ce seul transfert d'énergie.

Les transfe= rts d’énergie par l’adénosine triphosphate ( ATP)

Les muscles ne peuvent pas directement extraire l'énergie utile à leur contraction à partir des aliments. Nous disposons d'un intermédiaire entre l'&eacut= e;nergie libérée par les aliments et l'énergie nécessair= e à la contraction musculaire. Cet intermédiaire est un composé phosphoré : L'ATP ou Adénosine Triphosphate dont la cassure libère l'énergie directement ut= ilisable par la cellule musculaire. L'ATP : adénosine triphosphate est d= onc un véritable «intermédiaire énergétique&raqu= o; entre les muscles et les nutriments. Elle est indispensable à l'organisme puisqu'une cellule sans ATP meurt rapidement. La structure= de I'ATP se compose de trois parties principales : (1) l'adénine, (2) le rib= ose, (3) trois phosphates liés. La formation de l'ATP se fait par la combinaison de l'adénosine diphosphate (ADP) et d'un phosphate inorganique (Pi) c'est-à-dire apporté par l'alimentation, cet= te association nécessitant une grande énergie . Une partie de ce= tte énergie est stockée dans les liaisons chimiques entre l'= ADP et le Pi. . Lorsque l'enzyme ATPase rompt cette liaison, l'énergie l'ATP est libérée. C= ette énergie peut alors contribuer à réaliser un exercice b= ref, comme une simple détente verticale. Mais l'ATP sert surtout d'intermédiaire, de monnaie d'échange énergétiq= ue, entre les nutriments et le muscle. En étant synthétisée, l'ATP permettra donc de disposer immédiatement d'énergie pour la contraction musculaire, ces stocks baissant rarement grâce à la mobilisation d'autres composés phosphorés, molécules permettant de resynthétiser rapidement de l'ATP. Un véritable cycle de !'ATP s'opère, pouvant se résumer par la réaction suivante :=

&= nbsp; ATPase

ATP &= nbsp; &nbs= p; ADP + Pi + Energie

Remarques :

Les réactions chimiques cellulaires permettent le transfert d'éne= rgie dans le corps grâce à la cassure des liaisons chimiques {dites= liaisons à haute énergie) entre les atomes des diverses molécul= es. On peut citer par exemple, la cassure du glucose (molécule à 6 atomes de carbone, 12 atomes d'hydrogène et 6 atomes d^{'oxygène
: C6-H12O6)en 6 molécules de dioxyde de carbone (CO_=
2
et 6 molécules d'eau (H₂0) comme résultat des
oxydations cellulaires (libération d'un atome d'hydrogène) au
sein de la mitochondrie.}

En effet, si le glucose a un haut niveau d'éne= rgie libre , l'eau n'a aucun pouvoir calorique (c'est pourquoi les sportifs mett= ent des préparations à base de glucose dans leur boisson de ravitaillement pour les épreuves supérieures à 1 heure= ).

Les enzymes, protéines particulières, permettent d^'accélérer ou de favoriser le déclenchement de ces réactions en évitant d'avoir reco= urs à de l'énergie additionnelle.

Ainsi les enzymes diminuent l'énergie d'activa= tion nécessaire au déclenchement de la réaction. Ils régulent aussi le cours de ces réactions et en contrôle= nt le déroulement, assurant de cette façon l'intégrit&eac= ute; de l'organisme.

En général, une petite augmentation de = la température corporelle permet une augmentation de l'activi= té des enzymes, d'où la nécessité d'un échauffement préliminaire à tout exercice maximal de moins de 2 heures. Au-delà, il est préférable de partir avec la temp= érature corporelle la plus basse possible puisque,= la chaleur associée à la contraction musculaire pouvait s'accumuler et s'avérer être un facteur limitatif de la performance de longue durée. Le résultat de cette légère augmentation de température est donc une augmentation de la production d'ATP ceci grâce à l'accroisseme= nt de la vitesse des réactions chimiques catalysées par les enzy= mes. Au contraire, une baisse de la température corporelle a pour effet u= ne baisse de l'activité enzymatique.

CONCLUSION

La présence de l'A.T.P. est la condition de travail musculaire. Or l'organisme ne dispose que d'une réserve extrêmement réduite d'A.T.P.&= nbsp; Une simple marche pourrait totalement l'épuiser en une &agrav= e; deux minutes et l'exercice maximal en 1 à 2 secondes. Cependant même dans ce dernier cas, le niveau des réserves n'accuse qu'u= ne discrète diminution au début de l'activité, et tend pa= r la suite à se stabiliser à des valeurs très proches de ce= lles du repos.

Ceci indique que la molécule d'A.T.P. est renouvelée au fur et à mesure qu'elle se dégrade.=

Au cours de l'exercice, ce mouvement cyclique de dégradation et de synthèse est sous la dépendance de. trois processus complémentaires:

Le processus anaérobie alactique;

Le processus anaérobie lactique;

et le processus aérobie.=

Chacun d’entre eux se caractérise par :<= /span>

- Un délai d’intervention

- Une puissance

- Un rendement

- Capacité

- Un rendement

- Facteurs limitants

La filière anaérobie alactique

La filière anaérobie alactique recouvre l'ensemble des réactions qui assurent la synthèse de l'A.T.P. en absence d'oxygène (anaérobie), et sans production finale d'acide lactique (alactique).=

Chronologiquement, elles interviennent dès le début de l'exercice. Hormis les faibles quantités disponibles d'A.T.P., la cellule utilise un autre compos&e= acute; riche en phosphore: la Créatine phosphate (CP) en réserve intracellulaire.

La CP qui libère son énergie presqu 'aussi rapidement que l'A.T.P., ne peut cependant pas la mettre directement à la dispositi= on des systèmes contractiles du muscle. Pour ce faire, elle a besoin d'= un enzyme : la Créatine phosphoKinase (C.P.K.) qui lui permet de céder un phosphate à l'A.D.P. pour reformer de l'A= .T.P.:

C.P.K.

= A.D.P. + CP <= span style=3D'mso-spacerun:yes'> = A.T.P. + Créatine = &nb= sp;

= La synthèse de l'A.T.P. peut être a= ussi réalisée grâce la condensation de deux molécules d'A.D.P. avec formation d'une molécule d'A.T.P. et d'une molé= cule d'A.M.P. (Adénosine Mono Phosphate). Cette réaction se produi= t en présence de l^'enzyme MyoKinase (M.K.) et pour cette raison est souvent appelée réaction myokinase.

(M.K= .)

2 A.D.P. = A.T.P. +A.M.P.

Les réserves musculaires de phosphocréatine (PC) peuvent être (contrairement à cell= es d'ATP) entièrement utilisées, ce qui représente u= ne capacité suffisante pour maintenir le niveau de production d'ATP pendant environ 20 à 30 secondes à 70% de VO₂max . Cependant pour un exercice maximal de sprint, ces réserves seront épuisées en moins de 10 secondes

La Filière anaérobie lactique ou glycolyse anaérob= ie

La glycolyse anaérobie recouvre la chaîne des réactions qui permettent la synth&egrav= e;se de l'A.T.P. par dégradation (Catabolisme) du glucose (ou sucre) sans utilisation d'oxygèn= e et avec production finale d'Acide Lactique.

Le Glycogène en réserve dans la fibre représente la forme de stockag= e du glucose.

Le catabolisme d'une molécule de glucose= ou de glycogène se déroule selon un processus complexe nécessitant de nombreuses étapes. Chacune d'elle est orientée par un enzyme spécifique

Une unité glucose (C_{6 H₁₂0₆) est catabolisée, avec ou sans oxygène, e=
n 2
molécules de}Pyruvate (C₃ H₄ 0₃). L'enchaînement de ces réactions s'accompagne de la libération de 2 Hydrogène. L'Hydrogène (H^{+<=
/sup>)
qui ne peut rester à l'état libre dans la cellule, est
accepté par un coenzyme: le Nicotinamide Adénine
Dinucléotide (N.A.D.) qui intervient comme transporteur
d'hydrogène.}

NAD + 2H &n= bsp; = ; NADH2

2 . La concentration du N.A.D. étant limitée, la poursuite de la glycolyse nécessite son «recyclage». Le NADH₂ doit céder son hydrogène pour être à nouveau disponible. A ce stade, si l^'apport d^'oxygène = est insuffisant, l'acide pyruvique joue le rôle d'accepteur de l'hydrogène et en présence de l'enzyme Lacticodeshydr= ogénase (L.D.H.) donne l'acide lactique (C₃ H₆ 0₃).

<= span style=3D'font-size:14.0pt;letter-spacing:.3pt'> =

<= span style=3D'font-size:14.0pt;letter-spacing:.3pt'>L'acide lactique: facteur li= mitant du processus anaérobie lactique

<= span style=3D'font-size:14.0pt;letter-spacing:.3pt'> =

Nous savons que la condition de la vie cellulaire est = le maintien, dans certaines limites, de la stabilité du milieu intracellulaire (stabilité du niveau d^'acidité, de= la température et de la masse liquidienne). L'ensemble des réact= ions biochimiques en dépend.

L'ac= cumulation de l^'acide lactique induit une élévation de la concentration des ions H⁺, donc du niveau d'acidité. Ceci= a pour effet d^'inhiber l'action des enzymes de la glycolyse.<= /o:p>

La diminution de la glycolyse implique une baisse de la synthèse de l'A.T.P. L'A.T.P. représentant la source d'énergie immédiatement utilisable par les systèmes contractiles du mus= cle, on peut en déduire une chute des tensions développées = par celui-ci.

La f= atigue qui se manifeste à la fin d'un exercice maximal de durée brève pourrait être expliquée par une diminution de l'activité glycolytique et non par l^'épuisement des réserves de glycogène qui demeurent à un niveau relativement élevé.

L'ac= ide lactique pourrait aussi agir directement sur les éléments con= tractiles (actine et myosine) suivant un mécanisme encore mal connu.

Dans= tous les cas, une trop forte accumulation d'acide lactique intracellulaire = dont la concentration dépend du niveau de motivation et d'entraîne&= shy;ment du sujet, s^'accompagne d'une baisse de l'intensité ou par l'arrêt de l'exercice, alors que les réserves en glycogè= ;ne sont encore importantes.

Cependant, l'acide lactique peut être enlevé des muscles producteurs= par le foie qui resynthétise du glucose à partir de l'acide lacti= que (cycle de Cori) et par le coeur qui possède un isoenzyme de la lacticodéshydrogénase oxydant l'acide lactique en acide pyruvique. L'exercice peut alors être poursuivi et l'augmentation de = la concentration d'ions H+ ne limitera pas la performa= nce, toute la réserve de glycogène pouvant être alors utilisée pour former 5,2 mol d'ATP.

Cycle de Cori

<= span style=3D'font-size:14.0pt'>

Production de lactate + 4 ATP. Consommation de 2 ATP. On= a donc

C6H12O6 &= nbsp; &nbs= p; Lactate +2 ATP

La Filière Aérobie<= o:p>

Elle est constituée par l'ensemble des processus de production d'A.T.P. dans lesquels intervient l'oxygène.

Les glucides, les lipides et secondairement les protides sont les substrats dont le catabolis= me permet, en présence d'oxygène, de libérer l'éne= rgie nécessaire à la synthèse de l'A.T.P.=

La glycolyse aérobie

En présence d'oxygène, la pl= us grande partie de l'acide pyruvique résultant de la dégradation des unités glucose se combine au Coenzyme A pour donner l'acétyl-coenzym= e A et est ensuite oxydé dans la mitochondrie au cours du cycle de Krebs. L'enchaîne= ment des réactions du cycle de Krebs s'accompagne de la libération de gaz carbonique et d'hydrogène. L'hydrogène est ici aussi pri= s en charge et transporté par ses accepteurs N.A.D. et F.A.D.(flavine adenine dinucléo= tide est aussi un accepteur et transporteur d’hydrogène dont l’action est comparable à celle du N.A.D) , jusqu'à la chaîne respiratoire, dans laquelle, par petites étapes successives, leur énergie potentielle est libérée pour synthétiser de grandes quantités d'A.T.P. à partir de l'A.D.P. et Pi initialement produits lors de la contraction .

C6H12O6&nb= sp; = &nb= sp; 6CO2 + 6H2O

Et d’une façon générale pour tous les substrats

ADP + substrat (glucide, lipide, pr= otide) + O2 &nb= sp; = &nb= sp; CO2 +ATP

La Mitochondrie: appelée aussi «centrale énergétique» de la cellule, est le siège de tout= es les réactions qui nécessitent la présence de l'oxygène et permettent la synthèse de grandes quantité= ;s d'A.T.P.

Le catabolisme lipidique ou lipolys= e

Le catabolisme des lipides joue aussi un rôle important dans l^'apport d^'énergie nécessaire à la synthèse de l'A.T.P. Le muscle utilise= les lipides, essentiellement sous la forme d^'Acides Gras Libres (A.G.L.) provenant de la dégra= dation des Triglyc&= eacute;rides. Les Triglycérides sont constitués par trois acides gras attachés à une molécule de Glycérol. = Il se localisent non seuleme= nt au niveau du plasma et des dépôts adipeux (tels que le tissu cellulaire sous-cutané), mais également dans la fibre muscula= ire elle-même sous forme de vacuoles lipidiques, ainsi que dans les cellu= les adipeuses intercalées entre les fibres musculaires. Leur dégradation ( et l= eur synthèse) est étroitement liée au métabolisme du gl= ucose.

L'étape initiale de la dégradation des triglycérides, contrôlée par l'activité de l'enz= yme triglycéridelipase ,est la séparat= ion des 3 acides gras et du glycérol. Glycérol et acides gras suivent ensuite des voies différentes. Le glycérol entre dans la voie&= nbsp; de la glycolyse qu’il suit dès lors jusqu’à son terme.

La dégradation des acides gras exige du coenzyme A et des transporteurs d'hydrogène, pour entrer dans le cycle de Krebs et la chaîne d= es réactions aérobies (fig. 62).

La dégradation= des triglycérides dépend donc essentiellement de celle du glucose= et de la présence obligatoire de quantités importantes d'oxygène. Le bilan final fait apparaître des possibilit&eacut= e;s très importantes de synthèse de l'A.T.P. Les lipides sont donc d'excellents modes de stockage de l'énergie,

Le catabolisme des protides

L= 'apport énergétique nécessaire à la synthèse de l'A.T.P. par la voie de la dégradation des protides n'est que très secondaire comparé à celui de la dégradati= on des glucides et des lipides. Dans les conditions normales, les protides interviennent peu dans le métabolisme énergétique. Ils constituent avant tout, les matériaux de construction : dans l'édification de nouveaux tissus ou dans l'entretien des cellules déjà formées, d'où leur rôle très important lors de la croissance et lors de programmes de musculation.<= /o:p>

C= ependant, comme les lipides, la dégradation des protides en acides aminés, doit s'associ= er au catabolisme des glucides pour contribuer à la synthèse d'A.T.= P. Il faut toutefois limiter la fonction énergétique des acides animés à certains cas particuliers comme le jeûne prolongé ou lors d'exercices de très longue durée acco= mpagnés d'une alimentation carencée en glucides et lipides.

<= o:p>

En général, l’'= exercice de plus longue durée (supérieure à 10 minutes) nécessite l'oxydation complète des réserves de glucides et/ou d'acides gras dans la mitochondrie. La complète oxydation des réserves de glucides et de glycogène devrait donner 70 moles d'ATP et permettre de réali= ser un exercice de 93 minutes à 70% de VO₂max

Les stocks d'aci= de gras permettent quant à eux de fournir de l'ATP pendant plusi= eurs jours et ne constituent pas un facteur limitatif pour un exercice d'une puissance inférieure à 30-50% de VO₂max.

D'autres facteurs lim= itatifs interviennent comme l'hyperthermie due à l'accumulation de chaleur endogène et son corollaire, la déshydratation Cependant, la puissance de ce processus de resynthèse d'ATP à partir des acides gr= as est très basse, et donc incompatible avec la plupart des vitesses exig&e= acute;es en compétition, même sur 100 km en course à pied où = les vitesses sont seulement de l'ordre de= 70% de VO2 max.

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