LES MÉCANISMES ÉNERGÉTIQUES
Comme nous l'avons vu dans la partie sur la contraction, les muscles ont besoin d'énergie pour se contracter. Cette énergie porte le nom d'adénosine triphosphate, plus communément appelée ATP. Cette molécule est capable de libérer de l'énergie dite chimique lors de son hydrolyse : en perdant un phophate, elle se transforme en adénosine diphosphate ou ADP. Nos muscles possèdent de l'ATP en réserve pour pouvoir fonctionner immédiatement. Cependant, après quelques secondes, cette réserve est épuisée. Notre corps déploie donc un mécansime de régénération (ou synthèse) de l'ATP qui varie selon le type d'effort. Selon l'intensité et la durée de l'effort, notre corps sera soit en aérobie (besoin d'oxygène pour fonctionner) soit en anaérobie (pas besoin d'oxygène).
Il existe 3 filières de production d'ATP : la filière anaérobie alactique, anaérobie lactique et aérobie.
Schéma de la molécule d'ATP et d'ADP
I- la filière anaérobie alactique
La filière anaérobie alactique intervient lors d'un effort bref mais intense (ex : 100m sprint). L'énergie nécéssaire à l'effort se trouve déjà en réserve dans les muscles sous forme d'ATP et de créatine phosphate (ou phosphocréatine). On parle de filière alactique car lors de cette production d'ATP, il n'y a pas de production d'acide lactique. La créatine phophate constitue la base de cette filière. C'est une molécule riche en énergie qui est composée de créatine et de phophate inorgagnique (Pi).
Une enzyme, appelée créatine-kinase, se charge de séparer le phosphate de la créatine. Ainsi, cette séparation crée de l'énergie et va permettre de relier un ADP avec le phophate de la phosphocréatine. Or, ADP + phophate donne de l'ATP :
ADP + Créatine phosphate → ATP + Créatine
Cette réaction se produit lors de l'effort. Cependant, il faut renouveler la créatine phophate. Cette synthèse se déroule au repos :
ATP + Créatine → ADP + Créatine phosphate
Cette réaction est donc réversible. A l'effort, il y a une quantité d'ADP plus importante que d'ATP dans la cellule car le muscle utilise l'ATP pour fonctionner : la réaction se fait de l'ADP vers l'ATP, il y a synthèse de l'ATP. En revanche au repos, il y a plus d'ATP que d'ADP : la réaction se fait de l'ATP vers l'ADP, il y a hydrolyse de l'ATP.
Mais cette filière est seulement utilisée lors des 10 premières secondes d'un effort environ.
II- La filière anaérobie lactique
La filière anaérobie lactique prend le relais suite à la précedente. Elle intervient lors d'un effort moins intense mais de plus longue durée (ex : 800m, 1000m en athlétisme). Lorsqu'il n'y a plus suffisement d'ATP dans le muscle (manque de phosphocréatine et d'ATP pour continuer la fillière anaérobie alactique), l'ATP est renouvelée par la glycolyse. Cette réaction se produit dans le cytosol de n'importe quelle cellule car elle ne nécesiite pas la présence d'oxygène.
Elle consiste à dégrader le glycogène (molécule formée par une chaîne de glucose) contenu dans le muscle en acide pyruvique. En l'absence d'oxygène, cet acide pyruvique se transforme en acide lactique, d'où le nom de filière anaérobie lactique. Il perturbe l'effort musculaire après 2 à 3 minutes et il est à l'origine des crampes.
Cependant, en condition aérobie, l'acide pyruvique se transforme en acétyl-co enzyme A puis va entrer dans le cycle de Krebs : c'est la respiration cellulaire.
III- La filière aérobie
La filière aérobie permet de produire de l'énergie lors d'un effort long et peu intense (ex : marathon). Elle consiste à dégrader les glucides grâce à l'oxygène de l'air à l'intérieur des mitochondries. Cette filière est limitée par l'épuisement des réserves énergétiques. Le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire sont les étapes qui permettent à la filière aérobie de produire de l’énergie.
Comme il a été dit plus haut, la production d’acétyl-co A par oxydation du pyruvate va permettre d'alimenter le cycle de Krebs.
Ainsi, l'acétyl va subir une succession de réactions que l’on regroupe sous le nom de cycle de Krebs. Cela se déroule dans la matrice mitochondriale :
Schéma du cycle de Krebs
● L’acétyle (2 carbones) se combine à l'oxaloacétate (4 carbones) = citrate
(6 carbones)
● Perte d’un carbone sous CO2 et réduction du NAD+ en NADH = 5 carbones
● Perte d’un autre carbone sous CO2 avec réduction du NAD+ en NADH = 4
carbones
● ADP reçoit un groupement phosphate est devient ATP
● La molécule à 4 carbones redevient du oxaloacétate en réduisant FAD en
FADH2 et le NAD+ en NADH
● L’oxaloacétate vient se fixer à l’acétyl et le cycle recommence
Pour plus d'informations sur le cycle de Krebs et toutes ses étapes, cliquez ici.
Finalement, le cycle de Krebs ne produit qu'un seul ATP, soit moins que la glycolyse. En revanche, l'énergie chimique potentielle est produite sous forme de pouvoir réducteur, les coenzymes (NADH, H+ et CoQ10H2). Ces molécules seront utilisées par la suite dans la chaîne respiratoire, qui est une chaîne de transport d'électrons. Les coenzymes seront oxydés pour créer environ 34 ATP.
Au niveau de cette chaîne respiratoire, il y a une succession de réactions d'oxydo-réduction au cours desquelles les électrons vont être transférés du potentiel le plus négatif (NADH) au potentiel le plus positif (O2). Un ensemble de complexes enzymatiques (complexe I à IV) sont présents au niveau de la membrane interne de la mitochondrie et permettent ces réactions.
Le complexe IV terminant la chaîne respiratoire permet de former deux molécules d'eau à partir d'une molécule d'oxygène.
La circulation des électrons le long de la chaîne respiratoire va générer un gradient de concentration de protons à travers la membrane de la mitochondrie : les protons stockés dans la mitochondrie vont en sortir.
Enfin, c'est au niveau du complexe enzymatique appelé l'ATP synthase que va se réaliser la synthèse d'ATP. En traversant ce complexe, les protons vont permettre la liaison entre l’ADP et le phosphate inorganique pour donner l'ATP. Il faut l'entrée de trois protons dans la mitochondrie pour former une molécule d'ATP.
Ainsi, le couplage entre le transfert d'électrons et le gradient de protons aboutissent à la formation d'ATP dans le cadre d'un processus global appelé phosphorylation oxydative.
Nous vous invitons à visionner l'animation ci-contre qui illustre et modélise toutes ces étapes. N'oubliez pas de cliquer sur le bouton 'Légendes' pour une meilleure compréhension.
En résumé, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire transforment deux pyruvates apportés par la glycolyse en 36 ATP, c'est la respiration cellulaire. Elle regroupe l'ensemble des processus du métabolisme qui se déroulent dans les cellules des êtres vivants afin de convertir l'énergie contenue dans les nutriments en énergie chimique, sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). C'est une réaction à très haut rendement énergétique (production de 36 molécules d'ATP) qui demande beaucoup d'oxygène.
Schéma de la respiration cellulaire
Ainsi, lors d'un effort, une succession de mécanismes énergétiques se met en place afin de fournir aux muscles l'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Ces mécanismes s'activent à un moment précis, selon l'état énergétique des cellules.
Le graphique ci-dessous montre la succession de ces métabolismes (ou filières) suivant le temps à l'effort.
www.sportingtrainer.over-blog.com/2015/06/les-filieres-energetiques.html
