Métabolisme

 I. Les différents éléments de l'alimentation

L'activité musculaire des êtres vivants est basée sur une série de réactions chimiques entre éléments existants déjà sous forme libre dans la nature (dans le cadre du TPE, éléments = aliments).

L'ensemble de ces réactions est appelé métabolisme.

1. Les macro-nutriments

Après avoir expliqué les macro-nutriments dans la partie "Connaissances de base", nous allons développer les micro-nutriments.

(source : La diététique du sportif, de Jean Loup Dervaux, Edition Vecchi)

+ les acides aminés essentiels (protéines), acides gras essentiels (lipides)

Nous observons dans ce tableau la grande variété d'aliments qui comportent tous ces composants nécéssaires au bon fonctionnement du métabolisme et comprenons donc l'importance de manger varié. Et de ne pas manquer particulièrement de certains éléments..

En effet, il faut manger varier et ce n'est pas une nouvelle, mais pour le sportif et sa recherche de performance certains substrats sont primordiales :

→ Le fer est important dans la lutte contre l'anémie du sportif car il est essentiel au transport du dioxygène et la formation des globules rouges..

→ Le potassium n'est pas à négliger non plus pour le sportif car il participe à la propagation de l’influx nerveux et à la contractilité des fibres musculaires. Il régule également les échanges d’eau à travers les membranes des cellules. Il joue un rôle essentiel dans la prévention des crampes. On comprend mieux l'importance de manger bananes et autres fruits contenant du potassium.

→ Le sodium pour son action contre la déshydratation et le magnésium pour son action neuro musculaire comptent aussi beaucoup.

En regardant la composition des pots de protéines en poudre, qu'utilisent beaucoup de sportifs de haut niveau, on constate dans la plupart la présence des vitamines C,E,B6,B1. Après avoir regardé leur rôle sur le tableau ci-dessus, on voit qu'elles aident à la récupération et au renforcement de l'organisme. E

Lors d'un effort en aérobie, Tout muscle tire son énergie de la combustion des molécules de glucides et de lipides.

(Ici la Pierra Menta, la course de ski alpinisme la plus épuisante au monde)

2. A quoi servent ces nutriments

Lipide : Composé organique, réserve d'énergie chez les animaux. Les graisses sont formées par du glucérol et acide gras saturés (animaux) ou non saturés (végétaux). 1g de lipide = 38kJ

Glucide : macromolécule fournissant le combustible nécéssaire aux processus métaboliques que nous allons observer juste après. Les exemples de glucides simples sont le saccharose, le glucose, ou encore le lactose, les glucides plus complexes sont des osides. 1g de glucide = 17kJ

Le glucose est la principale source d'énergie dans l'organisme, c'est pour cela que notre alimentation doit être en grande partie composée de glucides et peut être plus spécialement chez le sportif, c'est ce que nous allons voir.

C'est une molécule qui provient de la famille des glucides qu'on retrouve dans l'alimentation de tous les jours (sucres lents et rapides). Au niveau intestinale, l'apport de glucides est converti en glucose puis transporté par le sang vers toutes les cellules. La teneur en glucose dans le sang se nomme la glycémie : → voir expérience.

Le glycogène, une polymère du glucose, est utilisé afin de stocker l'energie du corps. Il en existe sous deux aspects : soit dans le foie, soit dans les muscles.

Glycogène hépatique : Le glycogène hépatique provient de l'apport de glucides qui sont ensuite convertis et stockés dans le foie sous forme de glycogène. Le glycogène est ensuite transformé en glucose par glycogénolyse (hydrolyse du glycogène) et transporté par le sang vers les différents tissus de l'organisme. Les réserves de glycogène dans le foie sont importantes : on considère qu'il faut 12h de jeun pour les épuiser. Lorsque ces réserves sont épuisées, l'organisme a recourt à un autre procédé afin de réformer du glucose : la néoglucogénèse. Le foie utilise alors des protéines, du lactate (issus des muscles, entre autres) ou du glycérol issu des lipides.

Glycogène musculaire : le glucose provenant du sang est stocké dans le cytoplasme de cellules musculaires sous forme de glycogène grâce à une enzyme qui se nomme glycogénosynthéthase. Lorsque le muscle se contracte, il requiert  du glucose qui est libéré grâce à de petites enzymes qui découpent le glycogène. Des molécules de glucose-6-phosphate sont obtenus afin de participer à la glycolyse pour de fournir de l'énergie sous forme d'ATP.

Les reserves de glycogene contenues dans le muscle sont limitées, chez le sportif amateur, elles s'epuisent entre 60 et 90 minutes.

 II. Sources d'énergie

1. Trois systèmes

La courbe de Howald marque les différents substrats utilisés en fonction de la durée de l'effort, nous nous apercevons que le susbtrat utilisé lors des efforts auxquels nous nous intéressons (supérieur à 3 minutes) est celui de la courbe verte : Glycogène + acides gras.

L'utilisation du glycogène (glucides) et des acides gras (lipides) dans les efforts durant plus de trois minutes sont les principaux substrats consommés dans les épreuves d'endurance. Cela nous confirme encore une fois qu'une alimentation composé de glucides (et de lipides mais pas trop car la masse grasse en quantité n'est pas bonne) est primordiale. Nous nous sommes donc renseignés sur le système de chacune de ces trois courbes qui n'ont pas vraiment le meme fonctionnement.

Dans l'organisme, on connait trois sources d'energie fondamentales qui ont chacune d'entre elle pour but ultime de fournir de l'energie au muscle sous une forme universelle : la molécule d'ATP

- Le système ATP-PCR (A)

- Le système glycolytique (B)

- Le système oxydatif (C)

Dans le but de nos recherches, qui est clairement de se renseigner sur le besoin du muscle lors d'un effort d'endurance, nous nous sommes intéréssés au système oxydatif (C) puisque c'est celui qui est essentiel à la production et régénération d'ATP lors d'une épreuve aérobie longue et intense.

(source : https://membres.multimania.fr/renejacquemet/sport/glucose/glucose.html )

2. Système oxydatif

a) La glycolyse

Lors du système oxydatif (C), on observe l'oxydation des nutriments par le dioxygène (en grande partie de glucides, puis de lipides et quelques protéines). L'oxydation des glucides, principale source d'energie du muscle lorsque la Vo2 max est supérieure à 60% se nomme la respiration cellulaire. La respiration cellulaire est donc une voie métabolique à partir de laquelle il y a prodution d'energie par des molécules de glucose. La première étape est anaérobie, la glycolyse, elle se déroule dans le cytoplasme de la cellule, il va y avoir une dégradation à partir d'une molécule de glucose, ce qui produit alors deux moles d'acide pyruvique, 2 transporteurs ainsi que 2 moles d'ATP. Sans dioxygène le pyruvate est réduit sous forme de lactate (déchet pour le muscle). Dans le foie, grace au phénomène de néoglucogénèse, l'acide lactique est réformé afin d'obtenir à nouveau du glucose, toujours sous forme anaérobie.

b) La respiration cellulaire (O2)

Avec oxygène, les deux molécules d'acide pyruvique (C3) entrent dans les mitochondries et vont être dégradées à partir du cycle de Krebs

Les deux pyruvates subissent d'importantes transformations (decarboxylations et déshydrogénations) qui aboutissent à la formation de 6 Co2 (rejetés), 10 R'H2 (transporteurs) et 2 ATP. L'équation se résume par :

2 CH3-CO-COOH+10 R'+6H2O → 6 CO2 + 10 R'H2

2 ADP + PI → 2 ATP

Les transporteurs réduits RH2 subissent des réactions d'oxydo-reduction au niveau de la membrane interne comme on le voit sur la schéma, où ensuite une importante quantité d'energie est synthétisé à partir de l'enzyme ATP-synthase. L'équation se résume par : 

12 R'H2+6 O2 → 12 R' + 12 H2O

32 ADP + 32 Pi → 32 ATP                                                       

32+2+2=36 molécules d'ATP/glucose

Note : Dans le système oxydatif, il existe plusieurs substrats qui s'oxydent ensuite en ATP, nous avons choisi de nous intéresser à celui du glycogène (provenant des glucides) puisque c'est le plus important et le plus utilisé dans l'organisme. Mais l'oxydation des lipides est aussi présente à partir de la dégradation de triglycéride qui libère 129 moles d'ATP (une quantité énorme d'énergie malheuresement son débit est moindre). Certains protides peuvent aussi être oxydés par le meme système que celui des glucides grace à la néoglucogénèse (mécanisme transformant certains acides aminés en glucose).

 III. Différents glucides

Puisque dans le cadre d'épreuves d'endurance la consommation de sucres en vue de produire de l'énérgie est essentielle, l'ingestion d'aliments comportant des glucides est primodiale.

Pour un effort supérieur à 60% de la Vo2max, le substrat utilisé pour fournir de l'énergie au muscle est le glucose (tous les sucres se ramènent à du glucose après dégradation par les enzymes)

L'indice glycémique est un critère de classement des aliments contenant des glucides classés par leurs effets sur la glycémie. L'indice glycémique d'un aliment n'a pas une valeur strictement définie. Des études (IRBMS) montrent que le respect des différents types de glucides ingérés en fonction du temps avant l'effort est réellement un facteur déterminant du délai d’épuisement et des performances qui en relèvent, plus que celles dépendant de la puissance maximale aérobie (PMA).

Alors quel types de glucides consommer ?? lors de nos recherches, nous nous sommes aperçus que la notion de sucres lents et sucres rapides était quelque peu dépassée. En effet ce principe était établi selon la complexité des molécules d'hydrate de carbone :

- Les sucres simples ou monosaccharides étaient les sucres rapides ayant un indice glycémique plus élevé.

- Les sucres complexes ou polysaccharides étaient les sucres lents comportant un indice glycémique bas.

Cette notion est juste pour beaucoup de sucres mais jusqu'à un certain point. Le contre exemple est le fructose, qui est un sucre simple (complexité moléculaire) tout en étant à la fois un sucre lent par son indice glycémique bas.

Nous nous sommes rendus compte que chaque aliment avait un pouvoir "glycémiant" différent, c'est à dire que certains aliments comportent une valeur plus importante sur l'effet de la glycémie dans le sang.

Les sucres à indice glycémique faible sont primordiales car leur assimilation est lente et leur disponibilité est longue ce qui limite l'hypoglycémie jusqu'à un certain point. Les sucres lent sont donc à consommer plus longtemps avant l'épreuve tandis que les sucres rapides sont à consommer juste avant l'épreuve (en comptant le temps pour la digestion).

↓ Voici un exemple du "pouvoir glycémiant" de certains aliments ↓

(source : Alimentation pour le sportif, de Stéphane Casua et Véronique Rousseau, Edition Amphora)