Suite du Cours Physiologie L3 APA -2008 - Université de...
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Suite du Cours PhysiologieL3 APA -2008
Elsa HEYMAN
MCU – FSSEP – Lille 2
Chapitre 1:Bioénergétique
Parties IV- V - VI
ATP
ADP + Pi
Glucose, Glycogène, acidesgras libres, acides aminés
Créatine + Pi
Phosphocréatine (PCr)
CO2 + H2O
Glucose - Glycogène
Acide lactique
VOIE AEROBIE
IV- La voie aérobie
1) A partir des glucidesa) Glucose/glycogène → Pyruvate (cytosol)
b) Passage du pyruvate dans mitochondrie
Acétyl-Coenzyme A
Matrice de la mitochondrieCytosol
NAD+ NADH,H+
Acidepyruvique
CO2
Pyruvate DeshydrogenaseComplex (PDC)
3C 2C
115
CoA-SH
Réactionirréversible
c) Le cycle de Krebs (cycle de l’acide citrique –cycle des acides carboxyliques – cycle ATC)
� Matrice de la mitochondrie� Partie commune au catabolisme aérobie des acides
gras et des acides aminés
AcétylcoA
SHcoA SHcoA
Citrate
CO2
CO2
GTP
H2O
Oxaloacétate
NADH,H+
FADH2
PhosphorylaytionPhosphorylaytionOxydativeOxydative
H2O
NADH,H+
NADH,H+
ATP
2C
6C
6C
4C
4C
4C
5C
4C
4C
AcétylCoA + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O →→→→
2CO2 + 3NADH + 1FADH2 + 1GTP + 2H+ + CoA
d) La chaîne respiratoire (phosphorilationoxydative ou oxydation phosphorylante)
1 glucose
Glycolyse
2 pyruvates
2 NADH,H+
2 acétylCoA
2CO2
2 NADH,H+
CK
4CO2 2GTP
6NADH,H+
2FADH2
Chaîne respiratoire
Navetteglycérol-3-P
2FADH2
2ATP
Arrivée des équivalents réducteurs (NADH,H+ et FADH2) dans
la chaîne respiratoiredu muscle squelettique
Cytoplasme
Membrane externe
Membrane interne
Espace intermembranairede mitochondrie Matrice de la
mitochondrie
Matrice de la mitochondrie
Espace intermembranairede la mitochondrie
Membrane interne
Membrane externe
Cytoplasme
1 NADH,H+ NAD+
H+ H+ H+
10 H+pompés
½ O2H2O
2,5 ADP + Pi
2,5 ATP
ATPSynthase
Matrice de la mitochondrie
Membrane interne
Membrane externe
Cytoplasme
1 FADH2FAD+
H+ H+ H+
6 H+pompés
½ O2H2O
1,5 ADP + Pi
1,5 ATP
ATPSynthase
Espace intermembranairede la mitochondrie
Bilan pour la dégradation complète aérobie d’1 glucose dans muscle squelettique
Voir exercice TD2 Métabolisme
A retenir:Lors d’une utilisation exclusive des glucides le quotient respiratoire
(VCO2/VO2) est de 1
2) A partir des lipidesa) La lipolyse (mobilisation des AG)
Tissu adipeux & muscle squelettique
Triglycéride
3 AG
Lipase (HSL)
3H20 3H+
Soluble dans le sang
Transport dans le sang associé à
albumine
-
-
-
A, NA, Glucagon,
Cortisol, GH+
Insuline
-
Action des catécholamines
➄ sur la lipolyse du tissu adipeux
(A et NA se fixent sur les récepteurs β−adrénergiques du
tissu adipeux)
la lipolyse ➬proportionnellement à l’augmentation des
catécholamines dans le sang
���� La caféine a le même effet sur le tissu adipeux que
les catécholamines
Remarque: le tissu adipeux sécrète aussi des
adipocytokines
➄ leptine, adiponectine
� Dérèglements liés à l’obésité (Master 1 APA)
Translocation GLUT 4 et 1
(cerveau, muscle)
+ −
Lipolyse
−
Glycogénolyse & néoglucogenèse
(foie)
Amaigrissement & polyphagie
Polydipsie &polyurie
Troubles cérébraux& asthénie
Manque de glucose intracellulaire
Hyperglycémie chronique
= carence en insuline
Lipolyse ++
Insuline
DT1 non traité
b) Activation des AG sous forme
d’acyl-CoA (mb mitochondriale ext)
et transport dans la mitochondrie
Membrane plasmiqueAlbumine - AG
AG
AcylCoA synthétase= AG thiokinase
CoA-SH
ATPAMP+PPi
Acyl-CoA
CPT
Acyl-CoA
Cytoplasme
Membrane mito.ext
Espace intermembranaire
Membrane mito.int
CPT: Carnitine Acyl Transférase (ou Carnitine Palmityl Transférase)
� Déficit en carnitine (cofacteur nécessaire au fonctionnement de la CPT):� symptômes variant de la crampe musculaire à
faiblesse grave (voire mort) (+++ muscles, cœur, rein)
Pathologies
137
c) ββββ- oxydation (mitochondrie)
• A partir de l’acylCoA issu de l’Acide gras
• Dans la matrice de la mitochondrie
CH3
CH3 (CH2)14Palmitoyl-CoA
C16
C14
C12
C10
C8
C6
C4
1 acétyl-CoA + 1FADH2 + 1NADH,H +
1 acétyl-CoA + 1FADH2 + 1NADH,H +
//
//
//
//
//
1 acétyl-CoA
Palmitate1 AG
1 Acyl CoA C16
ATP
C2
C2
Cycle de Krebs
EntrEntr éée de 8 e de 8 acacéétylCoAtylCoA
Chaîne respiratoire
Bilan� Un AG à 16 carbones subissant la béta-oxydation
(7 tours d’hélice)
� 8 acétylcoA � cycle de Krebs
� 7 FADH2 et 7 NADH,H+
� Un AG à 18 carbones subissant la béta-oxydation(8 tours d’hélice)
� 9 acétylcoA � cycle de Krebs
� 8 FADH2 et 8 NADH,H+
Bilan pour la dégradation complète aérobie d’1 AG dans le muscle squelettique
Voir exercice TD2 Métabolisme
A retenir:Lors d’une utilisation exclusive des lipides le quotient respiratoire (VCO2/VO2) est de 0,7
A retenir:
Lors de l’exercice prolongé, le quotient respiratoire diminue :
* au départ on utilise préférentiellement les glucides (QR proche de 1)
* puis on utilise davantage les lipides (QR proche de 0,7)
d) Oxydation des AG à l’exercice
Biochimie des Activités physiques – Poortmans & Boisseau
Lipogenèse
Utilisation des AG par le muscle
Biochimie des Activités physiques – Poortmans & Boisseau
Les réserves du tissu adipeux
Réserves abondantes dans l ’organisme(vitesse d ’un marathon pendant 3 jours!)
3- Exercice & voie aérobie
a) Part de la voie aérobie en athlétisme selon la distance
COURSES POURCENTAGE D’ATP DERIVEDU METABOLISME AEROBIE
100 m < 5 %
200 m 10 %
400 m 25 %
800 m 50 %
1 500 m 65 %
5 000 m 86 %
10 000 m 96 %
Marathon 98 %
SOURCES ENERGETIQUES DU 800 m (en % du total)
6%
50%
44% Phosphocréatine (PCr)
Glycolyse anaérobie
Glycolyse aérobie
PCr
Glycolyseaérobie
Glycolyseanaérobie
Voie anaérobie lactique
Voie aérobie(++ glucides)
Voie anaérobie alactique
SOURCES ENERGETIQUES DU 1500 m (en % du total)
75,00%
25,00%Glycolyse aérobie
Glycolyse anaérobie
Glycolyseaérobie
Glycolyseanaérobie
Voie anaérobie lactique
Voie anaérobie alactique
Voie aérobie(++ glucides)
SOURCES ENERGETIQUES DU 5 000 m (en % du total)
87,50%
12,50%
Glycolyse aérobie
Glycolyse anaérobie
Glycolyseanaérobie
Glycolyseaérobie
Voie anaérobie lactique
Voie anaérobie alactique
Voie aérobie(++ glucides)
SOURCES ENERGETIQUES DU MARATHON (En % du total)
75%
20%5%
1
2
3
= Glycogène aérobie
= Glucose circulant (hépatique et sanguin)Acides gras libresAGL =
Voie aérobie ++++++
b) Caractéristiques de la voie aérobie à l’exercice
Réserves de substrats: longues à mobiliser (lipides, glycogène hépatique)
Apport d’O2 nécessaire: inertie du système cardiorespiratoire
Délai d’intervention retardé (inertie +++)(variable avec entraînement: lipides 5min de course chez E vs. 20 min chez NE!)
Vitesse (% Vit M
ax Aérob
ie)
VO
2(%
VO
2 max
)
.
.
Repos Exercice Récupération
Inertie du systInertie du systèème ame aéérobierobie
Réserves inépuisables
Capacité élevée
Voie anaérobie alactique
Voie anaérobie lactique
Voie aérobie
Réserves(capacité)
Débit maximal
d’énergie = Puissance
Durée de maintien de la puissance
maximale = capacité/débit
30-50kJ
95-120kJ
À l’infini – très élevéDépend du % de VO2max utilisé
400-750 kJ/min
200-500 kJ/min
5-8 sec ≈30 sec
161
Débit énergétique faible
Nombre de réactions élevé
Voie anaérobie alactique
Voie anaérobie lactique
Voie aérobie
Réserves(capacité)
Débit maximal
d’énergie = Puissance
Durée de maintien de la puissance
maximale = capacité/débit
30-50kJ
95-120kJ
À l’infini – très élevéDépend du % de VO2max utilisé
400-750 kJ/min
200-500 kJ/min
Dépend de VO2max: 60-120 kJ/min
5-8 sec ≈30 sec 3-15 min
161
c- Exercice & utilisation respective des lipides & glucides
Relation entre intensité d’ex. oxydation des lipides et lypolyse
1- Expliquer ces graphiques
2- A votre avis, est-ce que le QR peut dépasser 1 ? Dans quelles conditions ?
QR
151
Quotient RespiratoireQR ���� exercice TD
Lipides
Glucides
60
50
40
30
20
10
100
90
80
70
60
50
40
Intensité de l’exercice
% de consom
mation d
es glucides%
de consom
mation des lipides
60
50
40
30
20
10
100
90
80
70
60
50
40
Intensité de l’exercice
60
50
40
30
20
10
100
90
80
70
60
50
40
Intensité de l’exercice
60
50
40
30
20
10
100
90
80
70
60
50
40
é
Effet de l’entraînement
aérobie
CROSSOVER CONCEPT
152
Biochimie des Activités physiques – Poortmans & Boisseau
4) Voie aérobie à partir des protéines à l’exercice� Protéines:
� ++ rôle structural (protéine des myofilamentscontractiles…) & fonctionnel (enzymes, protéines plasmatiques....)
� Rôle de substrat énergétique < glucides & lipides, mais peut représenter 5-10% de l’apport énergétique à l’exercice prolongé intense
SOURCES ENERGETIQUES DE L'ULTRA MARATHON : 80 KM (en % du total)
30%
5%60%
5%
1
2
3
4
Glycogène
Acidesaminésramifiés
Glucose circulant
Acides gras libres
VOIE AEROBIE: Substrats utilisés
Protéines
Acides aminés
Protéase
Acides cétoniques
Désamination ou transamination(perte de leur fonction amine)
Production d’énergie musculaire (exercice intense
prolongé)
Néoglucogenèse hépatique�Glucose(Jeûne)
Corps cétoniques (foie)
Acides gras
Pyruvate, AcétylCoA PEP AcétylCoA
AA branchés(leucine, isoleucine, valine)
Alanine, Glutamine���� catabolisés ++ dans muscles
Energie (muscle, cerveau)
Régulation hormonale?
� Cortisol: stimule la protéolyse (++ dans les muscles squelettiques)
� Insuline: stimule la synthèse protéique
Translocation GLUT 4 et 1
(cerveau, muscle)
+ −
Lipolyse
−
Glycogénolyse & néoglucogenèse
(foie)
Synthèse protéique
+
Amaigrissement & polyphagie
Polydipsie &polyurie
Troubles cérébraux& asthénie
Manque de glucose intracellulaire
Hyperglycémie chronique
= carence en insuline
Lipolyse ++
Insuline
DT1 non traité
Limite la synthèse protéique
5) Schéma résumé de la voie aérobie
1 glucose
TD: Bilan pour la dégradation complète aérobie d’1 glucose dans muscle squelettique
Glycolyse
2 pyruvates
2 NADH,H+
2 acétylCoA
2CO2
2 NADH,H+
CK
4CO2 2GTP
6NADH,H+
2FADH2
Chaîne respi.
Navetteglycérol-3-P
2FADH2
2ATP
26 ATP6O2
131
1 Palmitate (C16)
TD: Bilan pour la dégradation complète d’1 AG Palmitate (C16)
8 acétylCoA
CK
16 CO2 8 GTP
20 NADH,H+
8 FADH2
Chaîne respi.
1 ATP
100 ATP23O2
1 AcylCoA (C16)
1 AcylCoA (C16)ββββ-oxydation
7 NADH,H+
7FADH2
V- 2 processus anaboliquesimportants à l’exercice
prolongé : la néoglucogenèse et la cétogenèse
�� Quand?Quand?� Hypoglycémie, Jeûne
� Fin d’exercice prolongé et intense
� Récupération
1) La néoglucogenèse ou gluconéogenèse
�� OOùù??� Foie et rein: maintien de la glycémie (cerveau & GR)
� Muscle squelettique & cardiaque : reformer les réserves de glycogène
� Aussi possible dans le cerveau
�� PrPréécurseurs:curseurs:� Lactate, Acides aminés, Glycérol
� Impossible àpartir des AG
� → acétylCoA ne peut pas être converti en pyruvate
glucose
GlycolyseGlycolyse
pyruvate
CK
AcylCoA
Acide gras
ββββββββ--oxydationoxydation
AcAc éétylCoAtylCoA
CPTCPT
Mais le glucose peut se
transformer en AG!
�� Les rLes rééactions:actions: Ce n’est pas l’inverse de la glycolyse
�� LL’’hormone inhibant la nhormone inhibant la nééoglucogenoglucogenèèse:se:
Insuline
�� Les hormones stimulant la nLes hormones stimulant la nééoglucogenoglucogenèèse:se:
Glucagon, Cortisol
194
% de la fourniture d’énergie
Temps
ATP + CPanaérobie
Glycogénolyse et glycolyse musculaire
Anaérobie lactique
Oxydation aérobie
Glycogène musculaire & hépatiqueNéoglucogenèse → glucose sang
Oxydation aérobie
Lipolyse tissu adipeuxAG plasmatiques
10 2 3 5 1 2 3
Minutes Heures
� Synthèse des corps cétoniques
� Mitochondries du foie
� A partir de AcétylCoA
� provenant de la dégradation de certains AA et de la β-oxydation
� Jamais à partir du glucose!!!!
2) La cétogenèse
Mitochondries Mitochondries du foiedu foie
Fin exercice prolongé :
production de corps cétoniques
X 2-3 => 5-10% apport énergétique
Sang
AG AA
AcétylCoA
Corps cétoniques
AcétylCoA
CKEnergie
CerveauCerveauJeûne: 75% de l’énergie vient des
corps cétoniques
Hypoglycémie diabétique
Cétogenèse en fin d’exercice prolongé
220
Corps cétoniques Muscle Muscle squelettiquesquelettique
VI- Résumé sur les actions des hormones impliquées dans
le métabolisme
Foie
Tissu adipeux
Pancréas
Glycogénolyse
+
-
Insuline
Adrénaline(➬➬dès le débutde l’exo et avec
durée etintensité d’exo)
Entrée du Glucose
Méca. compensantla ➮ d’insuline
Muscle
1-Début d’exo. IntenseGlycogénolyse musculaire
+-
(➮ à l’exo)
NA
1 2 3
Foie
Pancréas
GlycogénolyseGlycogénolyse
-
Insuline (➮ à l’exo)
A, NA(➬➬avec la durée d’exo.)
Muscle
2-Exercice prolongéLes réserves de glycogènemusculaires diminuent
Glycogénolyse hépatique
+
-
Glucose
Tissu adipeux
Glucagon(➬à l’exo. prolongé)
➮ Glycémie
GH
1 2 3
Foie
Pancréas
Lipolyse
-
Insuline (➮ à l’exo)
Glucagon,A,NA, Cortisol, GH
(➬à l’effort prolongé)
Muscle
2-Exercice prolongéLipolyse
-AG
Tissu adipeux
Lipolyse+
Glycérol
A, NA(➬➬avec la durée d’exo.)
1 2 3
Foie
Pancréas-
Insuline (➮ à l’exo)
Cortisol ➬➬à l’effort ++
prolongé et intense
Muscle
3-Exercice ++ prolongéProtéolyse
-
Tissu adipeux
Protéolyse+
AA
A, NA(➬➬avec la durée d’exo.)
1 2 3
Foie
Pancréas-
Insuline (➮ à l’exo)
Cortisol, Glucagon➬➬à l’effort ++ prolongé
et intense
Muscle
-
Tissu adipeux
AA
Lactate
Glycérol
A, NA(➬➬avec la durée d’exo.)
Néoglucogenèse
+
Glucose
3-Exercice ++ prolongéNéoglucogenèse
1 2 3
Foie
Pancréas
Muscle
Tissu adipeux
AA
AG
Cétogenèse
Corps
cétoniques
3-Exercice ++ prolongéCétogenèse
1 2 3
InsulineInsuline
* Sécrétée par le pancréas (cellules béta)
* Régulation du métabolisme
❴ stimule la translocation des GLUT 4 (cerveau, muscle)
❵ inhibe la glycogénolyse hépatique et musculaire
� inhibe la néoglucogenèse (foie)
� inhibe la lipolyse (tissu adipeux)
� stimule la synthèse protéique
�Favorise « l’élimination » du glucose du sang
� absence totale d’insuline endogène chez les DT1
Translocation GLUT 4 et 1
(cerveau, muscle)
+ −
Lipolyse
−
Glycogénolyse & néoglucogenèse
(foie)
Synthèse protéique
+
Amaigrissement & polyphagie
Polydipsie &polyurie
Troubles cérébraux& asthénie
Manque de glucose intracellulaire
Hyperglycémie chronique
= carence en insuline
Lipolyse ++Limite la synthèse protéique
Insuline
DT1 non traité
Exercice aigu & insuline
Que se passe-t-il chez le DT1?
CatCatéécholaminescholamines
* Sécrétées par le système nerveux sympathique (NA) et
les médullosurrénales (++A)
* Régulation du métabolisme
❴ A stimule la glycogénolyse musculaire
❵ A et NA inhibent la sécrétion d’insuline par le
pancréas
� A et NA stimulent la lipolyse (tissu adipeux)
* A et NA ➬FC et la contractilité du coeur
➄➄➄➄ Catécholamines et intensité de l’exercice
* réponse exponentielle
* ➬ [A] & [NA] si I>~40% VO2max
Galbo, 1983 ( exercice de 20min, ergocycle/tapis roulant)
*➬proportionnelle à I ex
➄➄➄➄ Catécholamines et durée de l’exercice
80% VO2 max, 20 min
70% VO2 max, 60 min
* Retour aux valeurs pré-ex en ~30 min (dépend de I ex)
� Caféine → potentialise les effets des récepteurs β−adrénergiques du TA et active la lipoprotéine lipase
� Essig et coll. 1980: exercice sur ergocycle
� Notent une relation entre l’amélioration de la performance et la stimulation de la mobilisation des AG après absorption de caféine (épargne du glycogène musculaire)
� Mais ceci n’a pas été confirmé en labo. Et on ne prouve aucun bénéfice lors d’exercices d’endurance…
� Ne pas conseiller cette manipulation diététique
Effets de la caféine….
GlucagonGlucagon
* Sécrété par le pancréas (cellules alpha)
* Régulation du métabolisme:
❴ stimule la glycogénolyse hépatique
❵ stimule la lipolyse (tissu adipeux)
� stimule la néoglucogenèse (foie)
�Favorise libération du glucose dans le sang
�(utilisé en injection im lors d’une hypoglycémie grave
chez le DT1)
stable
* ➬visible au delà de 45 min d’exercice
* sécrétion indépendante du SNS
* provoquée par l’hypoglycémie
Evolution du glucagon à l’exercice
GHGH
* Sécrétée par adénohypophyse
* Régulation du métabolisme
❴ stimule la glycogénolyse hépatique
❵ stimule la lipolyse (tissu adipeux)
* Stimule la croissance et la synthèse protéique
(croissance osseuse et du muscle squelettique, hypertrophie
musculaire, régénération des fibres lésées…)
(par l’intermédiaire des IGF sécrétés par le foie, os et muscles
squelettiques)
80% VO2max, 20 min 70% VO2max, 60 min
➬ [GH]plasm* En fin d’exercice prolongé et reste élevé à la récup* pour intensité > 40% VO2max
Evolution à l’exercice
Cortisol
* Sécrété par corticosurrénales
(Stimulées par ACTH libéré par adénohypophyse)
* ➬en fin d’exercice prolongé
* Régulation du métabolisme
❴ dégradation des protéines
(surtout dans les m. squelettiques)
❵ néoglucogenèse (AA / lactate glucose)
� lipolyse (tissu adipeux)
* Résistance au stress (exercice, jeûne, peur, T° extrêmes,
hémorragies, interventions chirurgicales….)
* Effet anti-inflammatoire / ➮ réponse immunitaire
➬en fonction de la durée et de l’intensité de l’exercice
rythme nycthéméral en tenir compte lors d’étude à l’effort
!
Fin du cours Métabolisme L3 APA