Bioénergétique et systèmes de production d'ATP

La bioénergétique est l'étude de la manière dont les cellules transforment l'énergie chimique pour accomplir un travail. Dans le muscle en exercice, chaque contraction est alimentée par l'adénosine triphosphate (ATP), mais le muscle ne stocke suffisamment d'ATP que pour quelques secondes d'effort intense. Il doit donc resynthétiser continuellement l'ATP via trois systèmes interconnectés : le système des phosphagènes (ATP-PCr), la glycolyse anaérobie et la phosphorylation oxydative.

Definition

La bioénergétique de l'exercice est l'ensemble des voies biochimiques par lesquelles le muscle squelettique resynthétise l'ATP pour alimenter la contraction, comprenant le système des phosphagènes, la glycolyse anaérobie et la phosphorylation oxydative.

Scope

Ce sujet aborde l'ATP en tant que monnaie énergétique de la cellule, les trois systèmes d'approvisionnement en énergie et les échelles de temps sur lesquelles chacun prédomine, ainsi que la manière dont ils se chevauchent pour répondre aux exigences d'exercices d'intensité et de durée différentes. Il traite la bioénergétique comme un sujet physiologique et n'aborde pas les régimes de supplémentation ni la prescription d'entraînement individualisé.

Core questions

• Pourquoi l'ATP doit-elle être continuellement resynthétisée pendant l'exercice plutôt que simplement stockée ?
• Quels rôles jouent la phosphocréatine, la glycolyse et la phosphorylation oxydative, et sur quelles échelles de temps ?
• Comment les trois systèmes énergétiques se chevauchent-ils plutôt que de s'activer et se désactiver discrètement ?

Key concepts

• L'ATP comme monnaie énergétique immédiate
• Système des phosphagènes (ATP-PCr)
• Phosphocréatine et la réaction de la créatine kinase
• Glycolyse anaérobie
• Phosphorylation oxydative
• Continuum des systèmes énergétiques et chevauchement avec l'intensité et la durée

Mechanisms

L'ATP libère de l'énergie utilisable lorsque sa liaison phosphate terminale est hydrolysée, et la petite réserve intramusculaire d'ATP doit être régénérée aussi vite qu'elle est utilisée. Le système des phosphagènes assure le réapprovisionnement le plus rapide : la phosphocréatine cède son phosphate à l'ADP via la réaction de la créatine kinase, tamponnant l'ATP pendant les premières secondes d'effort intense (Wyss, 2000). À mesure que l'effort se poursuit, la glycolyse anaérobie décompose le glucose et le glycogène en pyruvate, produisant de l'ATP rapidement mais en quantité limitée et formant du lactate lorsque son taux dépasse la capacité oxydative (Gladden, 2004). Pour une activité soutenue, la phosphorylation oxydative dans les mitochondries oxyde les glucides et les lipides pour produire la majeure partie de l'ATP, le mélange de carburants dépendant de l'intensité et de la durée (Romijn, 1993). Ces systèmes fonctionnent simultanément et se chevauchent plutôt que de basculer discrètement (McArdle, 2015).

Clinical relevance

Le cadre des systèmes énergétiques sous-tend la manière dont les tests d'exercice et les réponses à l'entraînement sont décrits, et comment les capacités métaboliques sont caractérisées dans la recherche et la physiologie appliquée. Il est présenté ici comme un arrière-plan de référence et ne constitue pas un conseil en matière de supplémentation, d'entraînement ou de traitement.

Evidence & guidelines

Les descriptions reposent sur des revues biochimiques et physiologiques et des synthèses de manuels sur le métabolisme énergétique musculaire plutôt que sur des directives cliniques ; les données quantitatives sur les substrats proviennent d'études par traceurs et biopsies (Romijn, 1993 ; Wyss, 2000).

History

La reconnaissance de l'ATP comme monnaie énergétique universelle et l'élucidation du tampon phosphagène de la créatine kinase, de la glycolyse et de la phosphorylation oxydative ont transformé la physiologie musculaire du XXe siècle, permettant de décrire l'exercice comme un recrutement graduel de systèmes énergétiques qui se chevauchent (Wyss, 2000 ; McArdle, 2015).

Key figures

• Markus Wyss
• L. Bruce Gladden
• Edward F. Coyle

Seminal works

• wyss-2000
• gladden-2004
• romijn-1993

Frequently asked questions

Quels sont les trois systèmes énergétiques utilisés pendant l'exercice ?

Le système des phosphagènes (ATP-PCr), la glycolyse anaérobie et la phosphorylation oxydative. Ils diffèrent par la rapidité et la quantité d'ATP qu'ils peuvent fournir, et fonctionnent ensemble plutôt qu'un à la fois.

Pourquoi le muscle ne peut-il pas simplement stocker tout l'ATP dont il a besoin ?

Le muscle ne stocke suffisamment d'ATP que pour quelques secondes d'effort intense, il doit donc le resynthétiser continuellement à partir de la phosphocréatine, des glucides et des lipides pour maintenir la contraction.