CHAPITRE 7 : l'utilisation de l'ATP par la fibre musculaire

https://www.youtube.com/watch?v=CtKAAcxZzyM

Pb : Quelles sont les caractéristiques de l'ATP qui en font une forme d’énergie ? Comment cette molécule est-elle utilisée par les cellules musculaires ?

I- L'ATP, une monnaie d'échange énergétique

Molécule d'ATP visualisé avec le logiciel Rastop

Source (left diagram) - Source (right diagram)

L'adénosine triphosphate (ATP) est la principale forme d'énergie utilisée par les cellules chez tous les organismes vivants. L'ATP est un nucléotide d'ARN sur lequel sont ajoutés deux groupements phosphate. Il contient donc une adénine, un ribose et trois groupements phosphate. L'hydrolyse de l'ATP en ADP + Pi (Phosphate inorganique) est une réaction exergonique (ie libérant de l'énergie) :

Documents extraits du manuel de SVT spe BORDAS 2002 p223

Durée théorique de travail permise par 20 kg de muscles impliqués dans l'exercice si le renouvellement de l'ATP ne pouvait avoir lieu : 10' seulement!

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• La consommation d’ATP est variable au cours du temps et l’apport alimentaire l’est aussi, sans qu’il y ait de relation entre les deux. L’organisme doit donc réguler son métabolisme énergétique, emmagasiner des réserves de substrats ou les dépenser pour faire l’appoint.
• L’ATP lui-même est une réserve d’énergie pour les cellules, mais son poids moléculaire est élevé (507), et il ne peut donner qu’une liaison riche en énergie. S’il fallait assurer notre besoin quotidien minimum en énergie (métabolisme basal) soit 7500 kJ, il faudrait 124215 g d’ATP. Or notre organisme tout entier n’en contient que 75 g ce qui nous assure une autonomie de 52 secondes !
• Le glucose est un meilleur substrat énergétique pour les cellules. Son poids moléculaire est 180 daltons, et il peut donner 38 liaisons riches en énergie par mole. S’il fallait assurer notre métabolisme basal avec du glucose en aérobiose, il en faudrait 471 g. Or notre organisme tout entier n’en contient que 10 g ce qui nous assure une autonomie d’une demi-heure.
• Le glycogène est une forme de réserve énergétique. Il peut donner 39 liaisons riches en énergie par mole de glucose. S’il fallait assurer notre métabolisme basal avec du glycogène en aérobiose, il en faudrait 424 g. Or notre organisme tout entier n’en contient que 400 g ce qui nous assure une autonomie de 22 heures 30 mn.
• Les triglycérides sont la meilleure forme de réserve énergétique de notre organisme. Ils peuvent donner 432 liaisons riches en énergie par mole. S’il fallait assurer notre métabolisme basal avec la graisse du tissu adipeux, il en faudrait 190 g. Or notre organisme tout entier en contient environ 7000 g ce qui nous assure une autonomie de un mois !

Pour aller plus loin sur la voie anaérobie alactique : http://www.chups.jussieu.fr/polys/biochimie/REbioch/POLY.Chp.2.6.html (HORS PROGRAMME)

Des suppléments alimentaires de créatine permettraient aux muscles d'augmenter leurs réserves de créatine-phosphate et donc de prolonger un peu un effort important (exercices intenses et de très courte durée). La créatine ne serait efficace que pour ce type d'exercice, elle n'améliore en rien les performances dans les sports d'endurance puisque les réserves de créatines-P sont limitées (elles s'épuisent dans les premières minutes de l'activité). Dans un sport d'endurance, le recyclage de l'ADP en ATP se fait surtout par respiration cellulaire.

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Remarque : le lactate repart dans la circulation sanguine en échange de H+. Un effort intense peut conduire à une forte production de lactates qui, combinés à ces H+ vont former de l'acide lactique. Ce dernier est rapidement éliminé par le corps et ne peut donc pas expliquer la fatigue musculaire le lendemain d'un effort. L'importance même de l’acidose comme facteur déterminant l’apparition de la fatigue musculaire est contestée depuis quelques années. En effet, dans les exercices avec production importante d’acide lactique, on observe des perturbations significatives d’autres substances (ions phosphates, ions sodium, potassium et calcium) dans les liquides intra et extracellulaires. Des études récentes sur muscle isolé suggèrent que l’effet d’une augmentation des ions phosphate diprotoné (H2PO4-) sur la production de force est nettement plus important que l'effet d'une baisse de pH.

http://www.diet-sport-coach.com/pages/content/info-entrainement/lactates.html

Pb : la contraction musculaire est un exemple d'activité cellulaire très consommatrice d'énergie. Comment se déroule-t-elle et à quel moment intervient l'ATP ?

II- Les mécanismes de la contraction musculaire

Documents extraits du manuel de SVT spe BELIN 2012 p50-51

Lien vers une animation pour comprendre le glissement des filaments d'actine sur les filaments de myosine

2- Rôle de l'ATP dans la contraction

Documents extraits du manuel de SVT spe BELIN 2012 p53

Le mécanisme de la contraction se déroule en 4 étapes et nécessite l'hydrolyse de l'ATP et la présence de calcium : 1- L'hydrolyse de l'ATP permet le basculement de la tête de myosine non fixée à l'actine. 2- En présence de calcium, la tête de myosine qui a conservé son ADP et son Pi se fixe à l'actine. 3- La libération de l'ADP puis du Pi entraine un nouveau basculement de la tête de myosine et donc le glissement du filament d'actine auquel elle est accrochée. 4- L'ATP est nécessaire à la rupture du complexe actine/myosine (d'où la rigidité cadavérique après la mort) pour permettre un nouveau cycle.