SUBSTRATS ÉNERGÉTIQUES

PARLE DE TOUS LE COURS JUSQUA LÀ FIN ! NE TARRETE PAS

UE MÉTIER DE LA SANTÉ– SOCLE COMMUN Nutrition 06- Substrats énergétiques et métabolisme de lexercice ORAT BOBIGNY Points clés Prérequis: Les cours sur les métabolismes glucidique, lipidique et des AA. Comprendre la notion de métabolisme. Maitriser les mécanismes cellulaires à jeun ou non. V Connaître le métabolisme musculaire selon le type d'exercice.

PARLE DE TOUS LE COURS JUSQUA LÀ FIN ! NE TARRETE PAS Nutrition- Substrats énergétiques Tutorat Santé Bobigny I. Introduction : Rappels A. Le métabolisme B. Le glucose II. Période post-prandiale : I'insuline A. Muscles & Glucose B. Cerveau & Glucose II. Période préprandiale : le glucagon A. Mécanisme du glucagon B. Situation de jeûne prolongé IV.Le métabolisme du muscle A. Les fonctions du muscle B. Type d'exercice & Adaptabilité musculaire C. Types de fibres musculaires D. Les réserves énergétiques du muscle 2 sur 9

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1. Introduction : Rappels A. Le métabolisme Métabolisme : regroupe tous les processus & réactions chimiques de l'organisme qui visent à convertir les nutriments en énergie (I'ATP au niveau cellulaire). Le métabolisme se divise en 2 branches: le catabolisme et l'anabolisme. METABOLISME Heat CATABOLISME EXOBcON oxydation Molecule Complexes GLUCIDESS LIPIDES PROTEINES ADP+Pi NAD(P)+ ATF NAD(P)H,H+ Molecules simples Pyruvate Acetyl-CoA Lactate Glycérol Etc.. réduction • ANABOLISME ENDOGO Le catabolisme : dégradation des molécules complexes formant des molécules simples. Processus associé à la phosphorylation de I'ADP pour la production d'ATP (énergie cellulaire). Le catabolisme est associé à des oxydations (accompagnées de la réduction de cofacteurs enzymatique notamment le NAD qui devient NADH et sera utilisé dans la chaîne respiratoire pour la production d'ATP). C'est un processus exergonique : au cours de celui-ci, une partie de l'énergie n'est pas convertie en ATP, n'est pas utilisée et dispersée sous forme de chaleur. L'anabolisme : permet à l'inverse la synthèse de molécules complexes à partir de molécules simples (pyruvate, acétyl-CoA, lactate, glycérol...) qui seront utilisées comme substrats pour la synthèse de molécules complexes. L'anabolisme est associé des réductions (accompagnées de l'oxydation de cofacteurs, souvent NADP en NADP+). C'est un processus endergonique, il demande de l'énergie pour pouvoir synthétiser les molécules complexes. B. Le glucose Le glucose est la molécule centrale du métabolisme car il fournit de l'énergie ainsi que des intermédiaires pour la synthèse d'autres molécules dans la cellule. Tout peut être synthétisé à partir du glucose hormis: les vitamines, les acides gras essentiels et les acides aminés essentiels. CHZOH Acides gras Acetyl-CoA Acetyl-CoA, intermediares du cycle de Krebs Voie PP Acides aminés OH ÖH La glycolyse donne du pyruvate qui est décarboxylé en acétyl-CoA qui est le substrat pour la synthèse des acides aminés et celle des acides gras. 3 sur 9 Nucléotides

Nutrition - Substrats énergétiques Tutorat Santé Bobigny De plus, à partir du glucose, via la voie des pentoses, on synthétise le ribose qui est essentiel à la formation des nucléotides. Les vitanmines sont des molécules qu'il est nécessaire d'apporter par l'alimentation car l'organisme n'est pas capable de les synthétiser : elles sont dites essentielles. Certaines vitamines hydrosolubles, notamment le complexe B, sont des précurseurs des cofacteurs enzymatiques qui sont indispensables au métabolisme: Pour rappel, le NAD dérive de la vitamine B3, Le TPP (cofacteur de la pyruvate déshydrogénase) dérive de la vitamine B1, Le Coenzyme A (associé à l'acétyle) dérive de la vitamine B5. Certains acides gras sont également essentiels comme Pacide linoléique et lacide linolénique et doivent impérativement être apportés par I'alimentation. ldem, il y a aussi des acides aminés essentiels qui doivent aussi être apportés par l'alimentation. CH,OH -O 190 g/jour 150 g pour le cerveau 40 g pour les autres tissus L'importance du glucose est telle que, à titre d'exemple, un apport de 190 g/j voit sa majeure partie utilisée dans le cerveau (150 g) et le restant dans les autres tissus (40 g). C'est pour cela que la glycémie (E taux de glucose dans le sang) doit être maintenue autour de 5 mM par l'organisme. > > II. Période post-prandiale : I'insuline L'organisme change son métabolisme selon 2 situations:

1. Avant le repas = période préprandiale (de jeûne). 2) Après le repas = période post-prandiale. FED STATE INSULINE Hormones cataboliques GUCOSa GLYCOGENE DES adipocytes TRIGLYCERIDES Après un repas, la glycémie augmente, ce qui augmente le taux d'insuline. Insuline = Hormone principale permettant de diminuer la glycémie. Elle favorise l'absorption de glucose par les cellules (surtout les hépatocytes, le foie gouvernant le métabolisme) ainsi que son stockage sous la forme de glycogène ou d'acide gras. Le glucose-6-phosphate entraîne la synthèse du glycogène mais lorsqu'assez de glycogène a été synthétisé, le glucose sera utilisé pour la formation d'acides gras stockés sous forme de triglycérides estérifiés. Ces triglycérides sont utilisés pour la synthèse des VLDL (Very Low Density Lipoprotein) qui sont transportés vers les adipocytes où ils seront stockés. 4 sur 9 O OH ÔH

Nutrition- Substrats énergétiques Suite à l'alimentation, en plus de l'apport en glucose, il ya celui en AA et acides gras. FED STATE AMINOACDS Tutorat Santé Bobigny AA INSULINE Hormones cataboliques Les AA, sont soit, distribués aux tissus, pour la synthèse de protéines ; soit distribués dans le foie pour la synthèse de protéines hépatiques ; ou encore dans la néoglucogenèse pour former du glucose (certains AA sont glucoformateurs). Pour ce qui est des protéines synthétisées, ce sont celles qui serviront aux fonctions de la cellule (enzyme...) : elle lui fournit son architecture et ses fonctions. A. Muscles & Glucose Après avoir vu l'utilisation du glucose dans le foie, voyons son utilisation dans les muscles. FED STATE: muscle GLUCONEOGENESIS TISSUES PROTEINES HEPATIQUES AMINOACDS GUCOSE INSULIN Hormones cataboliques ATP G6P GLYCOGENE Pour favoriser l'absorption du glucose, le transporteur GLUT4 du glucose est exprimé à la surface des cellules grâce à l'insuline qui favorise son expression afin de faciliter l'entrée du glucose. Le glucose est soit consommé dans la glycolyse pour former de l'ATP si le muscle en a besoin ou est alors stocké sous forme de glycogène. La différence étant que le foie stocke du glycogène pour réguler la glycémie tandis que > le muscle le fait pour sa propre consommation. Le muscle peut aussi utiliser des AA pour former de l'énergie dont il a besoin pour fabriquer des protéines. > B. Cerveau & Glucose Par rapport au cerveau, il utilise uniquement du glucose pour avoir de l'énergie. Une autre source énergétique du glucose pour le cerveau peut être les corps cétoniques mais elle est utilisée que dans des conditions très particulières. 5 sur 9

Nutrition- Substrats énergétiques Tutorat Santé Bobigny II. Période préprandiale : le glucagon Simple starvation is inadequate food intake. Fasting short term overnight Starvation long term: food unavailability, diseases GLUCOSE AA LIPIDES INSULIN GLUCAGON A ľ'inverse, avant le repas, on se trouve dans une situation de jeûne. Toutefois il est important de distinguer le jeûne court entre 12-16h (fasting en anglais) du jeûne long en cas de manque de nourriture ou de maladie (starvation en anglais). Dans cette situation, la glycémie diminue et cette fois l'insuline va diminuer tandis que le glucagon augmente (= hormone favorisant l'augmentation de glucose dans le sang : néoglucogenèse et synthèse de glucose via des AG favorisés). A. Mécanisme du glucagon NB: L'épinéphrine n'a pas de rôle spécifique de régulation du glucose. hepatocyte Insuline ACTIVE CAMP dependent inhibition citrate ACC Acetyl-CoA Malonyl-COA . Palmitate synthèse oxidation citrate Acetyl-CoA AG-CoA Corps cetoniqu AG-CoA AG TG AG dans e sang TG Glucagon Epinephrine Epinephrine CAMP AG CAMP- endent activation adipocyte

Le glucagon ne possède pas de récepteur sur le muscle contrairement à l'insuline. Il agit seulement sur le foie. On observe une augmentation du glucagon ainsi que de l'AMPC qui va favoriser la mobilisation des triglycérides dans le tissu adipeux qui sont hydrolés par une lipase Iibérant les AG conjugués à lalbumine dans le sang. > Les AG, une fois partis vers les hépatocytes sont utilisés pour faire du citrate et sont donc consommés dans le cycle de Krebs pour fabriquer de l'énergie. Pour rappel, chez I'homme > il n'est pas possible de faire du glucose à partir des AG. Autre possibilité, I'acétyl-CoA peut synthétiser des corps cétoniques utilisés par le cerveau : cela se produit dans des conditions d'accumulation d'acétyl-CoA qui ne sont pas utilisés dans le cycle de Krebs. Ainsi, contrairement à l'insuline, le glucagon mobilise les AG. 6 sur 9

Nutrition - Substrats énergétiques reir GLUCOSE GNG Tutorat Santé Bobigny hepatocyte Corps cetoniques GLUCOSE GNS, lactate itrate OxAAcetyl-CoA .OXA WAG-COA AG-COA AG AA OXA glycérol Glr INSULINE Cycle de Krebs 1Corps cétoniques AG adipocyte GLUCAGON, EPINEPRHINE En situation de jeûne, la gluconéogenèse est activée dans les hépatocytes et dans les reins. Dans les hépatocytes, le glucose est synthétisé à partir du lactate mais surtout à partir du glycérol dérivant des triglycérides mobilisés en abondance par le glucagon.

C'est de cette manière qu'on peut synthétiser du glucose et en parallèle utiliserles AG (en particulier avec la possibilité de synthétiser les corps cétoniques qui sont utilisés par le cerveau). B. Situation de jeûne prolongé En situation de jeûne long, 90% de la source énergétique provient des lipides originaires des tissus adipeux. Les protéines commencent à peine à être utilisées mais cela reste moindre car elles sont essentielles à la fonction et donc la survie des cellules et n'est pas normalement une ressource énergétique. La production de glucose est diminuée car on ne dispose plus de ses substrats. Cela amène à une baisse de l'activité physique et du métabolisme en général. En parallèle il y a un contrôle transcriptionnel qui se met en place augmentant la > > quantité d'enzyme permettant le métabolisme des lipides. Ainsi, il y a une reprogrammation du métabolisme en cas de jeûne prolongé qui n'est plus centré sur les glucides mais plutôt sur les lipides. 7 sur 9

Nutrition - Substrats énergétiques Le muscle a plusieurs rôles: Mouvement, Posture, Tutorat Santé Bobigny IV. Le métabolisme du muscle A. Les fonctions du muscle Régulation de la thermogenèse, Homéostasie énergétique. Ces fonctions variées demandent une énorme adaptabilité métabolique: le passage d'une fonctionà l'autre impliquant des changements rapides de métabolisme. B. Type d'exercice & Adaptabilité musculaire Concernant cette adaptabilité, elle se fait selon le type d'exercice : Type d'exercice Intense & Court Métabolisme associé Glycolyse n'utilisant pas d'O; (faible production d'ATP) Chaîne respiratoire & Cycle de Krebs (Respiration cellulaire) Glycolyse alternée avec Respiration cellulaire Substrat utilisé Glucides Endurance : Modéré & Long HIT (High Intensity Interval Training) Aucun Glucides mais passage vers la consommation de Lipides sur la long terme. Glucides & Lipides Perte d'adaptabilité C. Types de fibres musculaires |l existe 3 types de fibres musculaires (cellules composant le muscle): Blanches :Absence de mitochondrie + métabolisme basé sur la glycolyse. Rouges : Présence de mitochondries + métabolisme anaérobiose basé sur la chaîne respiratoire. WHITE-> MITOCHINDRIA-> FAST TWITCH >NC FLUGHT OR FIGHT RESPONSE Flight RED-> MITOCHONDRIA -> AEROBIOS-> SLOW TWITCH FIGHT Fibers - SLOW TYPE-> RED Fibers llA -> FAST TYPE-> RED Fibers Ilx -> FAST TYPE-> WHITE e 8 sur 9

Nutrition - Substrats énergétiques Tutorat Santé Bobigny D. Les réserves énergétiques du muscle La source principale d'énergie est l'ATP, elle provient de différentes ressources: Glycogène (donnant du glucose car cen'est pas le glucose sanguin qui est utilisé mais bien le glucose de glycogène) majoritairement : métabolisme anaérobiose, Lipides : métabolisme aérobiose, Acides aminés (très peu). Phosphagènes (créatine) : permettant de régénérer l'ATP en anaérobiose de façon plus rapide que la glycolyse mais ne durant que 2 secondes. Sur le graphique suivant, on voit que la durée d'utilisation de la créatine (PCr) est très courte comparativement aux autres ressources. Sur la durée c'est la glycolyse qui est utilisée et si la durée continue de s'allonger ce sont les lipides qui prennent le relais. 12 9- PCr elycolyse OXPHOS Time (s) Le muscle se fournit son propre glycogène. Lorsqu'il fait sa glycolyse, il fournit du pyruvate qui pourra sera réduit en lactate qui pourra être transporté dans le foie et être retransformé en glucose (cycle de Cori). Les AG provenant du tissu adipeux, conjugués à l'albumine constituent également une ressource énergétique qui fournissent du glucose en cas de besoin énergétique important (utilisation du glycérol du foie). Liver glycogen (200-400 kcal) Muscle glycogen (1,000-3,000 kcal) Glucose Lactate Glucose FFA Muscle TG (2,000-3,000 kcal) Adipose tissue TG (50,000-100,000 kcal)