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| La molécule d'ATP |
1. Quelques rappels
Les cellules musculaires ont besoin d’ATP pour assurer la contraction
musculaire. Cette molécule est composée :
- d'une base azotée : l'adénine ;
- d'un pentose (sucre) : le ribose ;
- de 3 groupements phosphate.
L’ATP n’est pas une molécule stockable. Pour reconstituer son stock d’ATP,
le muscle dispose d’une voie métabolique : la respiration, en présence de
dioxygène.
Néanmoins, en absence de dioxygène, la cellule a aussi besoin d’ATP pour
fonctionner. Dans ce cas, une autre voie métabolique entre en jeu : la
fermentation lactique, en absence de dioxygène.
Les deux voies métaboliques utilisent du glucose (qui provient de
l’hydrolyse du glycogène). Le glucose est oxydé pour produire de l’énergie,
mais pas de la même façon.
2. La fermentation lactique
a. Les étapes de la fermentation lactique
La première étape correspond à la glycolyse, comme pour la respiration : le
glucose est oxydé en pyruvate, de l'ATP est directement formé et deux
molécules d'accepteurs NAD+ sont réduites en NADH,H+. Cette étape a lieu
dans le hyaloplasme.
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| Réaction de la glycolyse |
Le bilan de la glycolyse est rappelé ici :
C6H1206 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3COCOOH + 2 ATP + 2 NADH, H+
Une molécule de glucose est oxydée en 2 molécules de pyruvate et l'accepteur
NAD+ est réduit.
En absence de dioxygène, le pyruvate ne pénètre pas dans la mitochondrie.
Le but est de restaurer les accepteurs NAD+ dans le hyaloplasme, étant donné
que la chaîne respiratoire ne fonctionne pas.
Le pyruvate est alors réduit en acide lactique : ce qui permet de réoxyder
le NADH,H+ en NAD+.
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| réaction de formation de l'acide lactique |
Bilan: 2 CH3COCOOH + 2 NADH,H+ → 2 C3H6O3 + 2 NAD+
La synthèse d'ATP par couplage ne peut pas se faire ici, seuls les
accepteurs sont régénérés afin que glycolyse et fermentation puissent se
poursuivre.
b. Bilan global de la fermentation lactique
A partir d’une molécule de glucose, la fermentation lactique permet de
former deux molécules d’acide lactique et 2 ATP (issus de la glycolyse).
Pour rappel, à partir d’une molécule de glucose, la respiration permet de
former 36 ATP.
⛔Le rendement d’une réaction chimique rend compte de l’efficacité de la réaction chimique.
Il désigne le rapport entre la quantité de produit obtenue et la quantité de
substrat utilisée. On peut l’exprimer en pourcentage.
Pour calculer le rendement de la fermentation alcoolique, nous pouvons
utiliser les valeurs d’énergie contenues dans le produit obtenu (ATP) et le
substrat utilisé (glucose) :
- Energie contenue dans une molécule d'ATP = 30,5 Kj
- Energie contenue dans une molécule de glucose = 2840 Kj
⚡Rendement de la fermentation lactique :
soit 2,1%
Nous pouvons alors le comparer avec celui de la respiration.
⚡Rendement de la respiration :
soit 38,6%
Le rendement énergétique de la fermentation lactique est beaucoup plus
faible que celui de la respiration. Le reste d'énergie se trouve dans les
molécules d’acide lactique.
La fermentation lactique correspond à une oxydation très incomplète du
glucose, avec une production de molécules encore riches en énergie.
Remarque : l’acide lactique s’accumule dans la cellule puis est hydrolysé
très rapidement en lactate + H+. Ce lactate rejoint la circulation sanguine.
Le foie le recycle en partie en pyruvate.
3. Les métabolismes anaérobie ou aérobie dépendent du type d’effort à fournir
a. Effort et voie métabolique
Lors des premières secondes d’une activité musculaire, la voie métabolique
privilégiée permettant de fournir de l’ATP est la voie anaérobie donc celle
de la fermentation lactique.
⏰Remarque: il existe une 3e voie métabolique utilisée lors d’un effort très bref et intense comme l’haltérophilie : c’est la voie anaérobie de la phosphocréatine. Elle permet de subvenir aux besoins immédiats de la cellule en régénérant de l’ATP à partir d’ADP lors des 2 à 5 premières secondes de l’effort. Mais cette voie n’est pas étudiée en terminale.
Le dioxygène nécessaire pour la respiration cellulaire n’étant pas
instantanément disponible dans les cellules musculaires, en tout début
d’effort, les muscles fonctionnent alors en condition anaérobie.
Plus la durée de l’effort est longue, plus la part du métabolisme anaérobie
diminue et plus la part du métabolisme aérobie devient prépondérante.
En fonction du type d’effort à fournir : bref et intense ( exemple : sprint)
ou long (exemple : marathon), l’origine de l’ATP est différente et par
conséquent les voies métaboliques sollicitées aussi.
b. Effort et fibres musculaires
Il existe deux types de fibres musculaires : les fibres de type 1 (=fibres rouges) et les fibres de type 2 (=fibres blanches). Ces fibres n’ont pas les mêmes caractéristiques et ne sont pas sollicités pour les mêmes efforts.
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Propriétés des fibres musculaires Fibres musculaires
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✅Lors d’un effort intense et court, comme un sprint, ce sont les fibres de type 2 qui sont principalement
recrutées car elles sont spécialisées pour ce type d’effort. Elles réalisent
la fermentation lactique pour produire l’ATP utile à leur fonctionnement.
✅Lors d’un effort d’endurance donc plus long, comme une course de fond, ce sont les fibres de type 1 qui sont
principalement recrutées car elles sont spécialisées pour ce type d’effort.
Elles réalisent la respiration pour produire l’ATP utile à leur
fonctionnement.
Les métabolismes anaérobie ou aérobie dépendent du type d’effort à fournir :
- La fermentation lactique permet la réoxydation des NADH,H+ en l'absence de dioxygène. Cette voie anaérobie fournit rapidement de l’ATP mais en petite quantité. Elle permet donc de soutenir des efforts brefs.
- La respiration cellulaire permet la réoxydation des NADH,H+ en présence de dioxygène. Cette voie aérobie fournit moins rapidement de l’ATP mais en grande quantité. Elle permet donc de soutenir des efforts longs.