2.3 – Énergie et activité musculaire

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2.3 – Énergie et activité

musculaire

Chapitre 5p. 95 - 107


Objectifs:

Prendre conscience des processus chimiques de base utilisés par le corps humain pour produire l’énergie dans les muscles.

Comprendre les trois systèmes énergétiques du corps humain.

Comprendre les effets de l’entraînement et de l’exercice sur les systèmes énergétiques.


Production d’énergie pour la contraction musculaire

L’énergie utilisée par le corps humain provient de la dégradation de nutriments complexes tels que les glucides, les lipides et les protéines.

Le résultat de la dégradation de ces nutriments est la production de molécules d’adénosine-triphosphate (ATP).

L’ATP procure l’énergie indispensable aux fonctions corporelles.

Glucides

Lipides

Protéines

ATP Contraction musculaire

Digestion

Thermorégulation

Dégradation de Transporteur d’énergie Processus biochimique


Cycle ATP

(a) Dégradation de l’ATP

(b) Phosphorylation

(c) Resynthèse de l’ATP


1. Hydrolyse des groupements phosphates instables de la molécule ATP par H2O.

3. De l’énergie est libérée (38-42 kJ, or 9-10 kcal/mol ATP).

ATP H2O++ énergie++Pi++

2. Une molécule de Phosphate (Pi) est libérée de l’ATP (ATP ADP).

ADP

(a) Dégradation de l’ATP


1. L’énergie libérée grâce à la dégradation de l’ATP peut être utilisée par le corps quand un groupement Pi est transféré à une autre molécule (phosphorylation).

Énergie pour la contraction musculaire

Molécule Pi++

(b) Phosphorylation


1. Les réserves musculaires d’ATP s’épuisent très rapidement et l’ATP doit être régénérée.

2. L’ATP est fabriquée par recombination d’ADP et de Pi.

ATPADP Énergie++Pi++

3. La régénération de l’ATP nécessite une addition d’énergie (obtenue par la dégradation des nutriments).

(c) Resynthèse de l’ATP


Les systèmes énergétiques

(a) Le système du phosphate à haute énergie

(b) Le système d’acide lactique

(c) Le système d’oxygène


Le rLe rôle des trois systôle des trois systèèmes mes éénergnergéétiques dans les sports de comptiques dans les sports de compéétitiontition p. 98


Le système du phosphate à haute énergie

Source énergétique :

Durée de l’activité :

Événement sportif :

Avantages :

Facteurs limitants :

Réserves d’ATP, CP

7-12 s

Haltérophilie, saut en hauteur, saut en longueur, 100 m sprint, 25 m de natation

Production d’une très grande quantité d’énergie sur une courte durée

Concentration initiale de créatine phosphates (ATP, CP)


Le système du phosphate à haute énergie


L’entraînement du système du phosphate à haute énergie

(a) Entraînement par intervalles :

- Augmentration de 20% des réserves de CP (créatine phosphate).- Pas de changement des réserves d’ATP.

- Augmentation de la fonction ATPase (ATP ADP+Pi).- Augmentation de la fonction CPK (créatine phosphokinase) (la CPK casse la molécule de CP et

permet la resynthèse d’ATP).

(b) Entraînement au sprint :

- Augmentation des réserves de CP pouvant atteindre 40%.

- Augmentation de 100% des réserves d’ATP au repos.


Le système d’acide lactique



Événement sportif :

Avantages :


Réserves de glycogène, glucose sanguin

12 s – 3 min

Fabrication d’acide lactique, fabrication d’H + ions (baisse du pH)

800 m piste, 200 m natation, courses de ski alpin, 1500 m patinage de vitesse

Capacité à produire de l’énergie malgré une insuffisance d’oxygène


Le système d’acide lactique


Glycolyse

Processus biochimique qui libère de l’énergie sous

forme d’ATP à partir de glycogène et de glucose

Processus anaérobique (en absence d’oxygène)

Les produits de la glycolyse (par molécule de

glycogène) :

- 2 molécules d’ATP

- 2 molécules d’acide pyruvique

Résidus de la glycolyse (par molécule de glycogène) :

- 2 molécules d’acide lactique


Les voies métaboliques complexes de la glycolyse p. 101


Seuil anaérobie Durant l’exercice, intensité qui déclenche l’augmentation de la

concentration sanguine en acide lactique. Moment durant l’exercice à partir duquel une personne ressent un

inconfort ou une sensation de brûlure dans le muscle. L’acide lactique est utilisé pour collecter le pyruvate et les ions

hydrogènes jusqu’à ce qu’ils puissent être transformés par le système aérobie.


Le système d’acide lactique (suite)

S’enclenche quand :

– les réserves de composants de phosphate à haute énergie tombent à un niveau faible ;

– le taux de glycolyse est élevé et qu’il y a une fabrication d’acide pyruvique.


Les substrats du système d’acide lactique

La première source de substrats sont les glucides.

Glucides :– Sources alimentaires

principales du glucose– Principaux carburants

énergétiques du cerveau, des muscles, du cœur et du foie


Glucose stocké dans le sang

Glycogène stocké dans muscles ou foie

Glucidescomplexes

Système digestif

Glycogène

Glycogénèse

Circulation du glucose dans le corps

Glucose

Voies circulatoires sanguines

Dégradation et stockage des glucides


Les effets de l’entraînement sur le système d’acide lactique

Le taux d’accumulation de l’acide lactique diminue chez le sujet entraîné.

Ce taux peut être diminué en :

(a) réduisant le taux de production de lactate- augmentation de l’efficacité du système aérobie oxydatif

(b) augmentant le taux d’élimination de lactate - augmentation du taux de diffusion d’acide lactique de la part des muscles actifs- augmentation de la circulation sanguine musculaire- augmentation de la capacité à métaboliser le lactate dans le cœur, le foie et les fibres

musculaires au repos




Pratique sportive :

Avantages :


Glycogène, glucose, lipides, protéines

> 3 min

Fonction pulmonaire, flux sanguin max., disponibilité en oxygène, demande excessive d’énergie

Marcher, faire un footing, nager, monter les escaliers

Apport important d’énergie pendant une longue durée, élimination de l’acide lactique

Le système d’oxygène



p. 105



Le plus important système d’énergie du corps humain.

Le niveau de lactate sanguin demeure relativement faible (3-6 mmol/L bl).

Source principale d’énergie (70-95%) pour un exercice d’une durée supérieure à 10 minutes, à condition que :

a) le muscle actif possède suffisamment de mitochondries pour répondre aux exigences énergétiques ;

b) un apport suffisant d’oxygène soit acheminé vers la mitochondrie ;

c) les enzymes ou les produits intermédiaires ne limitent pas le taux de production d’énergie du cycle de Krebs.

Source principale d’énergie pour un exercice éxécuté à une

intensité inférieure à celle du système d’oxygène.



Deux voies : cycle de Krebs et chaîne de transport des électrons

Processus biochimique utilisé pour resynthétiser l’ATP en

combinant ADP et Pi en présence d’oxygène

A lieu dans les mitochondries (contenant enzymes et co-enzymes)

L’énergie libérée par 1 molécule de glucose est de près de 36

molécules d’ATP

L’énergie libérée par 1 molécule de lipide est de près de 169

molécules d’ATP

Résidus de cette réaction : dioxyde de carbone, eau


Le cycle de Cori

L’acide lactique est acheminé vers le foie pour être métabolisé en acide pyruvique et ensuite en glucose.

p. 105


La puissance du système d’oxygène

Évaluée en mesurant le volume maximal d’oxygène pouvant être consommé pendant une certaine période de temps

Cette mesure est appelée puissance aérobie maximale ou VO2 max (ml/min/kg)

Facteurs contribuant à l’augmentation de la puissance aérobie :

a) volume d’oxygène artériel (CaO2)- dépend d’une ventilation adéquate et de la capacité

de transport d’O2 du sangb) rendement cardiaque (Q = HR x volume

systolique)- accru par l’augmentation du travail du cœur et un

flux sanguin périphérique accruc) extraction d’oxygène (a-v O2 diff)

- dépend du taux de diffusion d’O2 depuis les capillaires et du taux d’utilisation d’O2


Les substrats du système d’oxygène

Glucides ( glycogène et glucose) et lipides (triglycérides et acides gras)

Lipides :– Se trouvent dans les produits d’alimentation quotidienne :

produits laitiers, viandes, matières grasses, noisettes et certains légumes

– Plus grande réserve d’énergie corporelle, protègent les organes vitaux, protègent le corps du froid et servent au transport des vitamines

– Chaque gramme de lipides contient 9 calories d’énergie


Les effets de l’entraînement sur le système d’oxygène

L’entraînement en endurance est la méthode d’entraînement la plus efficace (répétition d’efforts de longue durée plusieurs fois par semaine) :

- Augmente la vascularisation à l’intérieur du muscle - Augmente le nombre et le volume des mitochondries dans les fibres

musculaires - Augmente l’activité des enzymes (cycle de Krebs) - Utilisation préférentielle des lipides plutôt que du glycogène durant l’exercice

L’entraînement en endurance augmente la puissance aérobie maximale d’une personne sédentaire de 15 à 25% peu importe son âge.

Une personne âgée s’adaptera plus lentement.


Le rôle des trois systèmes énergétiques lors d’exercices de différentes durées

p. 104


Questions à débattre:

1. Quelles sont les différences entre les trois systèmes énergétiques ?2. Nommez un avantage et un inconvénient pour chacun des trois

systèmes énergétiques.3. Donnez un exemple d’activité ou de sport utilisant (a) le système du

phosphate à haute énergie, (b) le système de la glycolyse anaérobie et (c) le système de la glycolyse aérobie, comme source principale d’énergie (un sport pour chaque système d’énergie).

4. Quelle est la plus importante source de carburant de l’organisme pour tous les types de production d’énergie, une substance aussi connue comme la « devise énergétique » de l’organisme ?

5. Distinguez les notions suivantes : la dégradation de l’ATP et la resynthèse de l’ATP.

6. Décrivez les méthodes d’entraînement les plus efficaces pour chacun des trois systèmes énergétiques.

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