LES FILIERES ENERGETIQUES
Tu as forcément entendu parler des filières énergétiques si tu t’intéresses au sport. A partir du moment où tu réalises une action mécanique faisant intervenir une contraction musculaire, tes filières énergétiques vont s’activer de manière à fournir de l’énergie à tes muscles. Mais quelles sont les filières énergétiques ? Quels sont leurs mécanismes ? Fonctionnent-elles de manière isolée ou en synergie ? Au travers de cet article, nous allons répondre à toutes ces questions.
L’ANAÉROBIE ALACTIQUE
L’anaérobie alactique correspond à la filière énergétique la plus simple, c’est également celle qui se met en action le plus rapidement puisqu’elle est la filière énergétique que l’on retrouve de façon prioritaire pour les efforts brefs inférieurs à 15 secondes. Sa puissance maximale intervient autour des 6 secondes d’effort à intensité maximale. On retrouve cette filière surtout dans les épreuves comme le sprint (100m, 110m haie) mais également dans les sports de force tels que l’haltérophilie.
Afin de fournir de l’énergie aux cellules musculaires, elle utilise le système ATP – Phosphocréatine qui contribue à fournir l’essentiel de la fourniture énergétique durant les 15 premières secondes d’un exercice. Ce système peut être réalisé avec ou sans présence d’oxygène.
La phosphocréatine est une molécule possédant une liaison phosphate à haute puissance énergétique. Cela signifie que la rupture de cette liaison de la phosphocréatine va permettre de libérer de l’énergie ainsi qu’un phosphate inorganique (Pi) pour être ensuite être lié à un ADP (adénosine diphosphate). Le résultat final va être la formation d’un ATP qui pourra être utilisé par le muscle afin de lui apporter de l’énergie et réaliser une contraction musculaire.
L’ATP se maintient à un niveau relativement constant tandis que la phosphocréatine chute régulièrement au fur et à mesure de son utilisation. On peut dire que notre capacité à maintenir des niveaux d’ATP suffisant est limitée.
Au-delà, d’autres systèmes énergétiques propres aux autres filières énergétiques vont venir prendre le relais afin de satisfaire les besoins énergétiques. Ces autres systèmes seront détaillés dans la suite de cet article.
L’ANAÉROBIE LACTIQUE
L’anaérobie lactique est la filière énergétique que l’on retrouve de façon prioritaire pour les efforts allant de 15 secondes à 90 secondes. Elle possède une puissance maximale à 45 secondes. On retrouve cette filière de manière prioritaire dans des épreuves telles que le 400m, le 800m, le 100m nage libre, …
Afin de fournir de l’énergie aux cellules musculaires, elle utilise le système glycolytique anaérobie qui correspond à la glycolyse suivie de la fermentation lactique. Elle se réalise sans apport d’oxygène au niveau des cellules musculaires et des globules rouges.
Le substrat de départ est le glucose ou le glycogène. Le glycogène est la molécule de stockage du glucose où ce dernier se lie au glycogène pour former un ensemble plus complexe.
La glycolyse va permettre la production de 2 molécules d’ATP (molécule fournissant de l’énergie aux muscles) à partir du glucose et de 3 molécules d’ATP à partir du glycogène. La différence est une étape supplémentaire nécessitant la consommation d’1 ATP à partir du glucose. La succession de réactions permet d’obtenir 2 molécules de pyruvate en produits de la glycolyse.
Ensuite, puisqu’il n’y a pas de présence d’oxygène, les 2 molécules de pyruvate vont réaliser une fermentation lactique en produisant du lactate. Cette réaction va permettre de régénérer du NAD+, une coenzyme qui participe à la glycolyse et donc de produire à nouveau de l’ATP. Le lactate n’est pas un déchet comme nous pouvons l’entendre et le lire dans de nombreux endroits, c’est également un substrat énergétique qui par son recyclage va permettre de resynthétiser ensuite de l’ATP.
Au-delà, la filière anaérobie lactique devient minoritaire et laisse un ratio plus important à l’aérobie que nous allons détailler ci-dessous.
L’AÉROBIE
L’aérobie est une filière énergétique que l’on retrouve de manière prioritaire pour les efforts d’une durée supérieure à 90 secondes. Le marathon, le cyclisme, le football, le handball sont des épreuves où l’aérobie est la filière principale.
Afin de fournir de l’énergie aux cellules musculaires, elle utilise la glycolyse (dégradation du glucose) ainsi que la B-oxydation (dégradation des graisses). L’intensité de l’athlète dans son entraînement va avoir un impact sur la répartition des substrats utilisés. Les produits vont ensuite subir de nombreuses réactions métaboliques dans le cycle de Krebs puis dans la chaîne de transport des électrons afin de fournir davantage d’ATP et d’énergie aux muscles. Cette filière est aérobie donc elle utilise de l’oxygène pour fournir de l’énergie.
Pour la glycolyse, le procédé est le même que pour le système glycolytique anaérobie sauf que le devenir du pyruvate est différent. Celui-ci ne va pas subir une fermentation lactique mais va se transformer en acétyl-CoA pour entrer dans le cycle de Krebs.
La B-oxydation appartient au métabolisme lipidique en dégradant des acides gras afin de fournir de l’énergie aux cellules musculaires.
Le substrat de départ est un acide gras qui part l’ajout d’un groupement Coenzyme A va former de l’acylCoA. Cet acylCoA va subir ensuite 4 réactions chimiques (Hélice de Lynen) afin d’obtenir un acétylCoA. La formation de l’acétylCoA va engendrer une perte de 2 carbones sur la molécule d’acylCoA qui va à nouveau passer par l’Hélice de Lynen pour reformer de l’acétylCoA.
Le cycle de Krebs commence par l’arrivée de l’acétyl-CoA qui provient soit du métabolisme des glucides par la glycolyse ou du métabolisme des lipides par la B-oxydation. Le cycle de Krebs correspond à une succession de 9 réactions chimiques qui fonctionnent comme une boucle en faisant intervenir 8 enzymes différentes.
Le cycle de Krebs ne nécessite pas directement l’apport d’oxygène mais sa continuité par la chaîne de transport des électrons et la phosphorylation oxydative en nécessite donc c’est pour cette raison que l’on dit que le cycle de Krebs est aérobie.
Le résultat du cycle de Krebs va permettre d’obtenir comme produit un GTP (Guanosine TriPhosphate) qui pourra être facilement converti en ATP ainsi que 3 NADH + H+ et 1 FADH2. Ces deux coenzymes se dirigent directement vers la chaîne respiratoire appelée également chaîne de transport des électrons.
La chaîne respiratoire oxyde ces coenzymes aux travers de nombreuses réactions chimiques regroupées en 4 complexes. Le NADH + H+ va utiliser le complexe 1 puis le complexe 3 pour finir par le complexe 4. Tandis que le FADH2 va utiliser le complexe 2 puis 3 et aussi terminer par le complexe 4. Au moment de leur passage, les complexes 1, 3 et 4 libèrent 4 protons de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire où se crée un gradient de concentration tandis que le complexe 2 ne libère pas de protons. Ainsi, le NADH + H+ libère 12 protons alors que le FADH2 n’en libère que 8 dans l’espace intermembranaire.
Le 4ème complexe permet la formation de 2 molécules d’eau (H2O) par l’intermédiaire de l’oxygène qui s’ajoute à 4 électrons et 4 protons H+.
Une fois les protons passés dans l’espace intermembranaire, un gradient de concentration riche en énergie se forme. Les protons cherchent alors à retourner au sein de la matrice mitochondriale mais ils doivent passer par un transporteur qui est l’ATP synthase. Le passage de l’électron libère de l’énergie qui permet la phosphorylation d’un ADP + Pi en ATP. L’ATP peut alors fournir de l’énergie à la cellule musculaire.
Un NADH + H+ va permettre la synthèse de 3 molécules d’ATP et de 4 molécules d’eau.
Un FADH2 va permettre la synthèse de 2 molécules d’ATP et de 3 molécules d’eau.
Au total, une molécule de glucose va permettre la formation de 38 ATP tandis qu’une molécule d’acide palmitique (l’acide gras le plus retrouvé au sein du corps humain) va permettre la synthèse de 129 ATP. Pour les acides gras, le gain en ATP sera différent selon le nombre de carbone présent, le nombre d’insaturation ainsi que leur position.
CONCLUSION
Nous avons traité au cours de cet article les trois filières énergétiques de manière distinctes ainsi que les mécanismes de fourniture d’énergie sous-jacente. Néanmoins, dans la réalité, au cours de l’effort, elles ne se suivent pas les unes après les autres mais agissent en synergie. Leur répartition va différer en fonction de l’intensité de l’effort, de la durée de l’effort, de sa demande énergétique, de l’apport en oxygène, des disponibilités au sein de l’organisme, …
Ainsi, il ne faut pas se concentrer uniquement sur le développement d’une seule filière énergétique lors des entraînements mais prioriser tout en développant les trois.
