Substrats et métabolisme énergétique

Introduction : Rappels

• Le métabolisme englobe les processus biochimiques de l'organisme qui convertissent les nutriments en énergie (ATP) au niveau cellulaire.
• Le métabolisme se compose du catabolisme et de l'anabolisme.
• Le catabolisme dégrade les molécules complexes en molécules simples via la phosphorylation de l'ADP, produisant de l'ATP et générant de la chaleur.
• L'anabolisme synthétise des molécules complexes à partir de molécules simples, consommant de l'énergie (processus endergonique).
• Le glucose est essentiel au métabolisme en fournissant de l'énergie et des intermédiaires pour la synthèse d'autres molécules.
• À partir du glucose, il est possible de synthétiser des molécules, à l'exception des vitamines, des acides gras essentiels et des acides aminés essentiels.
• La glycolyse génère du pyruvate, qui est décarboxylé en acétyl-CoA pour la synthèse des acides aminés et des acides gras.
• Le ribose, essentiel à la formation des nucléotides, est synthétisé à partir du glucose par la voie des pentoses.
• Les vitamines sont essentielles car le corps ne peut pas les synthétiser lui-même.
• Les vitamines hydrosolubles du complexe B sont des précurseurs de cofacteurs enzymatiques essentiels au métabolisme.
• Le NAD provient de la vitamine B3, le TPP de la vitamine B1 et le coenzyme A de la vitamine B5.
• Les acides linoléique et linolénique sont des acides gras essentiels qui doivent être fournis par l'alimentation.
• Le cerveau utilise la majorité du glucose, soit 150g sur un apport quotidien de 190g.
• La glycémie (taux de glucose dans le sang) doit être maintenue à environ 5 mM.

Période post-prandiale : l’insuline

• Après le repas, la glycémie augmente, ce qui induit une augmentation de la concentration d'insuline.
• L'insuline est l'hormone principale qui réduit la glycémie en favorisant l'absorption du glucose et son stockage sous forme de glycogène ou d'acides gras, principalement dans le foie (hépatocytes).
• Le glucose-6-phosphate favorise la synthèse du glycogène et, en cas d'excès, il est utilisé pour la synthèse d'acides gras stockés sous forme de triglycérides.
• Les triglycérides formés sont intégrés aux VLDL, qui sont transportées vers les adipocytes pour y être stockées.
• Les acides aminés (AA) sont distribués aux tissus pour la synthèse des protéines ou au foie pour la synthèse de protéines hépatiques ou la néoglucogenèse.
• Les protéines synthétisées assurent les fonctions cellulaires et fournissent l'architecture cellulaire.

Muscles & Glucose

• Le transporteur GLUT4 du glucose est exprimé à la surface des cellules musculaires grâce à l'insuline, facilitant ainsi l'entrée du glucose.
• Le glucose est utilisé dans la glycolyse pour produire de l'ATP ou stocké sous forme de glycogène.
• Le foie stocke le glycogène pour réguler la glycémie, tandis que le muscle le stocke pour sa propre consommation.
• Les muscles peuvent utiliser des acides aminés (AA) pour produire l'énergie nécessaire à leur fonction.

Cerveau & Glucose

• Le cerveau utilise exclusivement le glucose pour produire de l'énergie, mais peut utiliser les corps cétoniques dans des conditions particulières.

Période préprandiale : le glucagon

• Dans une situation de jeûne (avant le repas), on observe une diminution de la glycémie et de l'insuline, et une augmentation du glucagon.
• Le glucagon favorise l'augmentation du glucose dans le sang par la néoglucogenèse et la synthèse de glucose à partir des acides gras.
• Le glucagon n'agit que sur le foie, car contrairement à l'insuline, il n'a pas de récepteur sur le muscle.
• L'augmentation du glucagon et de l'AMPc favorise la mobilisation des triglycérides dans le tissu adipeux, qui sont hydrolysés par une lipase, libérant les acides gras (AG) conjugués à l'albumine.
• Les AG sont transportés vers les hépatocytes et utilisés dans le cycle de Krebs pour la production d'énergie.
• L'acétyl-CoA synthétise des corps cétoniques utilisés par le cerveau dans des conditions d'accumulation d'acétyl-CoA non utilisée dans le cycle de Krebs.
• À la différence de l'insuline, le glucagon mobilise les AG.

Gluconéogenèse

• La gluconéogenèse est activée dans les hépatocytes et les reins en situation de jeûne.
• Dans les hépatocytes, le glucose est synthétisé à partir du lactate et surtout du glycérol provenant des triglycérides abondamment mobilisés.
• Les AG (acides gras) et les corps cétoniques peuvent être synthétisés et utilisés en parallèle par le cerveau.

Situation de jeûne prolongé

• En situation de jeûne prolongé, les lipides représentent 90% de la source énergétique, provenant des tissus adipeux.
• L'utilisation des protéines est limitée car elles sont essentielles à la fonction et à la survie cellulaires : les protéines ne sont pas normalement une ressource énergétique.
• La production de glucose diminue faute de substrats.
• Le métabolisme général et l'activité physique diminuent.
• Le contrôle transcriptionnel augmente la quantité d'enzymes impliquées dans le métabolisme des lipides.
• Une reprogrammation du métabolisme se produit, passant d'un métabolisme axé sur les glucides à un métabolisme axé sur les lipides.

Fonctions du muscle

• Les rôles du muscle sont les suivants : mouvement, posture, régulation de la thermogenèse et homéostasie énergétique.
• Ces fonctions nécessitent une grande adaptabilité métabolique.

Type d’exercice & Adaptabilité musculaire

• Les besoins du muscle s'adaptent en fonction du type d'exercice.
• Exercice intense et court : glycolyse anaérobie (faible production d'ATP), utilisant des glucides.
• Exercice d'endurance modéré et long : chaîne respiratoire et cycle de Krebs, utilisant des glucides puis des lipides à long terme.
• HIIT (High Intensity Interval Training) : glycolyse alternant avec la respiration cellulaire, utilisant des glucides et des lipides.
• En l'absence d'exercice : perte d'adaptabilité.

Types de fibres musculaires

• Il existe trois types de fibres musculaires : blanches, absence de mitochondries + glycolyse ; rouges, présence de mitochondries + métabolisme aérobie.

D. Les réserves énergétiques du muscle

• La principale source d'énergie du muscle est l'ATP, qui provient principalement du glycogène, lipides, acides aminés (en moindre mesure) et des phosphagènes (créatine).
• Glycolyse anaérobie est utilisée majoritairement pour le glycogène
• Métabolisme aérobiose est utilisée majoritairement pour les lipides
• Phosphagènes (créatine) permet la régénération de l'ATP anaérobie rapide.
• La créatine (PCr) a une courte durée d'utilisation, contrairement à la glycolyse, qui est utilisée plus longtemps.
• Si l'activité musculaire se prolonge, les lipides prennent le relais.
• Le muscle utilise son propre glycogène et produit du pyruvate lors de la glycolyse, qui peut être réduit en lactate et transporté vers le foie pour être transformé en glucose (cycle de Cori).
• Les acides gras (AG) du tissu adipeux, liés à l'albumine, fournissent également une source d'énergie en glucose en cas de besoin important (utilisation du glycérol).