D’où provient l’énergie dont le muscle a besoin ?
Introduction
Ce module de formation en ligne introduit les connaissances fondamentales permettant de comprendre la provenance de l'énergie dont le muscle a besoin pour...
Objectifs d'apprentissage
- Comprendre d’où vient l’énergie biologique dans notre biosphère : du soleil à l’adénosine triphosphate (ATP)
- Définir comment est synthétisée l’ATP dans la mitochondrie et comment elle est utilisée dans l’organisme
- Expliquer le rôle central de l’ATP dans les échanges d’énergie des cellules de notre organisme
- Décrire les grandes lois de l’énergie en relation avec l’énergétique musculaire
- Expliquer comment l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP est utilisée lors de la contraction et l’activité musculaire.
Durée | 1 heure (diaporamas) à 1h30 (+ texte + évaluations) |
Matériel pédagogique | Diaporama, texte, pages web en consultation |
Thème transversal au cours | Energétique musculaire |
Types d'auto-évaluation | QCM, exercices interactifs, Vrai-faux |
Formateur |  |
Glossaire de la leçon
Placer le pointeur de votre souris sur les termes ci-dessous pour lire les définitions
A : ADP, AMP, ATP, Autotrophes
C : Calorie
E : Endergonique, Energie libre « G » , Enthalpie , Entropie, Enzymes , Exergonique
F : Flux de l’énergie
H : Hétérotrophes , Hydrolyse
J : Joule
M : Métabolisme, Millimole, Molécule
P : Photosynthèse
T : Thermodynamique
V: Variations de l’énergie
1. D’où vient l’énergie biologique dans notre biosphère ?
Du soleil à l’adénosine triphosphate (ATP)
Défi !
Définition
3. Comprendre le rôle central de l’ATP dans les échanges d’énergie des cellules de notre organisme
4. Décrire les grandes lois de l’énergie en relation avec l’énergétique musculaire
- INtroduction
- Premier principe
- Deuxième principe
- Exemple 1
- EXEMPLE 2
Pour répondre aux besoins de l'organisme, le glycogène (ou glucide) et les triglycérides (ou lipide), formes de réserves d’énergie potentielle situées respectivement dans les muscles et le foie pour les premières, dans les tissus adipeux et dans la fibre musculaire pour les secondes, sont progressivement dégradées en molécules intermédiaires (figure 5) et en leurs deux produits finaux : le dioxyde de carbone (CO2.) et l'eau (H20). Par analogie à l'exemple précédent, ces réserves se vident en libérant leur énergie potentielle sous forme de chaleur. L'énergie potentielle qu'elles renferment résulte de leur structure constituée essentiellement d'atomes de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O), et des liaisons électroniques qu'entretiennent ces atomes entre eux. La chaleur correspond à l'énergie cinétique, c'est à dire à la vitesse des mouvements désordonnés des molécules libérées de leurs liaisons électroniques. Autrement dit, l'énergie potentielle qui représente la forme ordonnée de l'énergie s'écoule sous forme d'énergie cinétique (dans le premier exemple) ou de chaleur (dans l’exemple présent) qui sont-elles mêmes deux formes d'énergie désordonnée, dont le « désordre » augmente au cours de leur écoulement. Lorsque l'énergie libérée par les réserves potentielles est totalement dissipée dans le milieu environnant, on dit qu'elle a atteint son entropie maximum, c'est à dire, sont état de désordre maximum.
Lorsque l’état d’entropie maximum est atteint, il n’y a plus d’énergie utilisable. Entre l'état initial, ici le glycogène ou les triglycérides, et l'état final le CO2 et l’H2O, a été dissipée une quantité totale de chaleur correspondant à l'enthalpie (H) de chacun des deux composés. L'enthalpie est donc la variation de l'énergie totale contenue dans un composé. Cette variation de l'énergie totale ne présente pas d'intérêt immédiat car, à cause de différentes pertes dont elle est l'objet, elle ne peut être entièrement convertie en travail. La quantité maximale susceptible de l'être est appelée énergie libre « G » (de l'initiale du nom du physicien Willard Gibbs qui, pour la première fois, en a exprimé le concept). Les variations de l'énergie libre qui se produisent au cours d'une réaction, sont représentées par le symbole △G.
Comme en biologie, les variations de l’énergie sont influencées par la pression, la température, la concentration des constituants d'un composé donné et par le niveau d'acidité (pH) du milieu où se déroulent les réactions, on exprime les variations de l'énergie libre en standardisant les conditions du milieu : pression : 1 atmosphère, température : 25° C, concentration : 1 mole par litre, pH 7.
Le symbole s'écrit alors △G°’ correspond aux variations d’énergie libre standard en milieu vivant.
5. Comment l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP est utilisée lors de la contraction et l’activité musculaire ?
6. Synthèse du module
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D'où vient l'énergie biologique dans notre biosphère ?
- L’essentiel de l’énergie provient du soleil et parvient jusqu’à la terre sous forme d’énergie lumineuse. Sur la terre, par une série de réactions chimiques appelées photosynthèse, les plantes transforment l’énergie lumineuse en énergie chimique.
- L’énergie chimique est elle-même utilisée par les plantes vertes dites chlorophylliennes, pour synthétiser les molécules organiques : glucides, lipides, protéines à partir du dioxyde du carbone (CO2), de l’eau (H2O) et de l’azote (N).
- Comme l’homme se nourrit de plantes et des animaux qui, eux-mêmes consomment ces plantes, il récupère ainsi l’énergie potentielle contenue dans les molécules organiques synthétisées. La digestion réduit les grosses molécules absorbées en leurs unités les plus simples : glucose, acides gras, acides aminés, qui peuvent alors diffuser dans la circulation sanguine.
- Ces grosses molécules sont directement utilisées par les tissus qui en besoin ou mises en réserve sous forme : de glycogène (molécules de glucose agglomérées) dans les muscles et le foie, de gouttelettes lipidiques dans les muscles et de triglycérides (trois acides gras associés à une molécule de glycérol) dans les cellules adipeuses ou graisseuses, aussi appelées adipocytes.
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Comment l'énergie est-elle libérée ?
- Seul le catabolisme de la molécule d’ATP (appelé aussi hydrolyse) en ADP (adénosine diphosphate) et en Pi (phosphate inorganique) permet de libérer l’énergie nécessaire aux différentes formes de travail biologique dont notre organisme est le siège.
- Ces différentes formes de travail sont : mécanique (contraction musculaire), chimique (métabolismes), osmotique (transferts membranaires)
- Les très faibles réserves en ATP de notre organisme nécessitent son constant renouvellement pour répondre aux très importants besoins biologiques qui, dans certaines circonstances comme l’activité sportive, peuvent considérablement augmenter.
- Au sein de la fibre musculaire, les moindres variations du rapport ATP/ADP+AMP enclenchent et régulent dans le sens de leur catabolisme (dégradation) ou de leur anabolisme (synthèse ou reconstitution) les trois principales sources énergétiques constituées par les réserves intracellulaires que constituent les molécules de phosphorylcréatine (PCr), de glycogène et d’acides gras. Le catabolisme de ces molécules libère l’énergie requise.
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Catabolisme du glycogène et des acides gras
- Alors que le catabolisme de la PCr libère immédiatement son énergie potentielle, plusieurs étapes sont nécessaires pour le glycogène et les acides gras.
- Les premières étapes du catabolisme du glycogène (glycolyse ; lyse = fragmentation) se déroulent dans le cytoplasme cellulaire et ne nécessite pas d’oxygène (glycolyse anaérobie). Il peut se poursuivre dans les mitochondries en présence obligatoire d’oxygène (glycolyse aérobie).
- Le catabolisme des acides gras (lipolyse) est également réalisé dans les mitochondries en présence d’oxygène. Dans les mitochondries, le catabolisme des différentes molécules aboutit toujours à la libération d’énergie et à la formation de dioxyde de carbone (CO2) et d’eau (H2O).
- Ainsi, glucides, lipides et secondairement protéines constituent les substrats énergétiques ou « carburants », alors que l’oxygène représente le « comburant » des combustions cellulaires appelées en biologie : oxydation ou respiration cellulaire.
- Les différentes réactions biochimiques intermédiaires de ces catabolismes nécessitent la présence d’enzymes spécifiques qui catalysent (orientent sans être modifiées ou détruites) les réactions et permettent ainsi de libérer « à petit feu » et sans gaspillages excessifs, l’énergie nécessaire à la synthèse de l’ATP.
Ressources pédagogiques
(Cazorla, G. (2014). Les sources énergétiques de l'exercice musculaire
