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Les processus fournisseurs d'énergie

Dernière mise à jour : 2025-02-25

 

 

La flexibilité métabolique permet à l'organisme de passer efficacement de la combustion des glucides à celle des graisses en fonction des besoins énergétiques.

 

 

Un métabolisme efficace des glucides augmente la production de dioxyde de carbone (CO₂), ce qui améliore l'apport d'oxygène aux cellules. Une bonne combustion des glucides augmente également les niveaux de NAD⁺, ce qui améliore le flux d'électrons et réduit le stress métabolique. Une plus grande quantité de CO₂ améliore l'apport d'oxygène aux cellules, ce qui améliore la production d'énergie (effet Bohr). Et une meilleure production d'énergie entraîne une plus grande production de CO₂, ce qui améliore la disponibilité de l'oxygène, le flux d'électrons et la production d'énergie.

 

Mais comment atteindre la flexibilité métabolique ?

 

Les aliments que nous consommons sont remplis d'électrons riches en énergie et le métabolisme consiste à exploiter ces électrons riches en énergie pour générer de l'ATP, la principale source d'énergie de l'organisme. Ces électrons sont transportés vers les mitochondries à l'aide de transporteurs d'électrons (NAD, FAD), où ils traversent la chaîne de transport d'électrons jusqu'à l'oxygène, l'accepteur final d'électrons. Lorsque les électrons ne peuvent pas circuler correctement, ils s'accumulent, entraînant un stress de réduction (faible rapport NAD+/NADH) qui perturbe le fonctionnement des cellules. 

 

La disponibilité de l'oxygène et l'abondance des transporteurs d'électrons tels que le NAD⁺ sont des facteurs limitants importants pour le métabolisme.

 

Aperçu des processus fournisseurs d'énergie :            

Au niveau

 

    • des cellules musculaires (lors d'un effort physique, réaction lutte/fuite) :

 

      • les premières secondes : source d'énergie directe utilisant la petite réserve d'ATP (sans O2, sans lactate) ;

 

      • entre les premières 10 à 30 secondes : ADP ---> AMP + Pi

 

Créatine + Pi ---> créatine kinase (CK) ---> phosphocréatine

 

phosphocréatine +  ADP  ---> créatine kinase (CK) ---> créatine + ATP (phosphorylation du substrat) (anaérobie, alactique) ;

 

La phosphocréatine, par l'intermédiaire de l'ATP, constitue ainsi un réservoir d'énergie rapidement utilisable pour les muscles et d'autres organes comme, par exemple, le cerveau (métabolisme anaérobie alactique). La créatine-(phospho)kinase (CK ou CPK) a pour fonction de catalyser la conversion de la créatine en phosphocréatine (ATP ---> ADP). L'ATP peut être également régénérée à l'aide de l'enzyme, la créatine-phosphokinase (CPK) à partir d'ADP + Pi .

 

Cependant, la réserve de phosphocréatine ne permet de maintenir un effort que sur une très courte durée. Cette voie de production d'énergie laisse très vite place (au bout d'une dizaine de secondes) à d'autres voies de production d'énergie : la dégradation du glucose en acide lactique (métabolisme anaérobie lactique) puis à la respiration cellulaire (métabolisme aérobie) qui prend le relais au bout d'environ deux minutes jusqu'à la fin de l'exercice musculaire .

 

La phosphorylation du substrat est utilisée en particulier par les électrocytes et par des cellules musculaires en carence d'oxygène. Mais aussi par des cellules cancéreuses due à des anomalies structurelles et fonctionnelles dans les mitochondries (avec la glutamine comme substrat préférentiel). Voir "La théorie de Warburg".

 

      • après 30 secondes :

 

glucose ---> 2 lactate ---> 4 ATP (glycolyse anaérobie) (sans O2, utilisant le lactate) ;

 

      • après 2 à 3 minutes :

 

glucose (glycolyse)  ---> pyruvate  ---> AcCoA

 

ou

 

lipides (après lipolyse via la lipase) ---> bêta-oxydation (O2) des acides gras libérés par hydrolyse des TAG)  ---> AcCoA

 

--->

 

AcCoA  --->  cycle d'acide citrique + O2 ---> 38 ATP (phosphorylation oxydative dans la glycolyse aérobie, utilisant l'oxygène et la vit B1 et le Mg comme cofacteurs)

 

 

Ou d'une façon simplifiée :

 

Glucose, graisses (TAG) ---> AcCoA  + O2 (poumons)  ---> ATP + CO2 (---> poumons)  +  H2O

 

Note:

Pour que la production de CO2 soit suffisante, il faut que les mitochondries soient en bonne santé, car le CO2 est produit exclusivement dans le cycle de Krebs dans les mitochondries. En cas de dysfonctionnement mitochondrial, d'hypothyroïdie ou de forte inflammation, la production de CO2 est insuffisante.

 

 

- Les mitochondries brûlent soit des acides gras, soit du glucose (compétition, changement métabolique : voir le cycle de Randle) : si les acides gras représentent moins de 30% des calories ingérées, les mitochondries ont plus tendance à brûler des sucres (glycolyse en aérobie : 36 - 38 ATP) ; ou inversement, les mitochondries ont plus tendance à brûler des acides gras (bêta-oxydation : 45 ATP) si les acides gras représentent plus de 30% des calories ingérées.

 

- Donc, si on mange plus de 30% de graisses, le métabolisme du glycose (oxydation) est inhibé. Limiter l'apport de graisses, perdre la majeure partie de graisse, peut faire redémarrer le métabolisme du glucose. Surtout pour les personnes diabétiques, c'est probablement une bonne idée de réduire l'apport en graisses de l'alimentation...

 

- Le glucose est un carburant plus propre et beaucoup plus efficace que les graisses alimentaires, à condition qu'il soit métabolisé dans les mitochondries et non par la glycolyse anaérobie (cytoplasme).

 

- Chez les jeunes, au cours de l’exercice physique, la voie métabolique très rapidement majoritaire est celle dite de la glycolyse aérobie. C’est un processus dans lequel le corps utilise le glucose (sucre) pour produire de l’énergie en présence d’oxygène, un moyen efficace pour fournir de l’énergie tout en évitant l’accumulation d’acide lactique, cause de fatigue musculaire. Conséquence : à exercice équivalent, les enfants consomment plus d’énergie que les adultes par unité de poids, en raison de leur métabolisme plus élevé et de leurs besoins accrus liés à la croissance.

 

 

* Chaque kilogramme de graisse corporelle stocke 7 500 kilocalories d'énergie. L'inconvénient est que la graisse est un carburant lent qui nécessite beaucoup d'oxygène pour être transformée en énergie.

 

Progressivement, le système énergétique anaérobie (utilisant le lactate ou non) sera utilisé pour fournir de l'ATP supplémentaire. Toutefois, la dégradation anaérobie du glycogène (et du glucose) offre un rendement ATP plus faible que la dégradation aérobie (4 molécules d'ATP vs 38 molécules d'ATP).

 

Etant donné que la puissance (la quantité de travail pouvant être livrée par une force par unité de temps) du système énergétique anaérobie est plus importante que celle obtenue par le système énergétique aérobie, l'organisme commute automatiquement durant un effort soutenu (ou lourd) vers le système énergétique anaérobie (lactique). Cependant, ce processus est de courte durée parce que sa capacité est limitée.

 

Durant la production énergétique via le système énergétique anaérobie lactique, l'acidité des muscles augmente (= élévation d'ions H⁺ entraînant une diminution du pH) progressivement, en formant ensuite de l'acide lactique. Bien qu'une partie du lactate soit utilisée par les muscles (gluconéogenèse), la quantité produite est tellement élevée qu'une partie est déversée dans le sang.

 

Lors des efforts intenses, bien que pas plus de 60% des fibres musculaires sont consultées, le niveau de fatigue est déjà maximal. En effet, l'organisme se réserve une partie de l'énergie disponible, afin d'assurer sa survie. Une réservé énergétique indispensable pour assurer le bon fonctionnement de toutes les fonctions corporelles. Notre cerveau nous ordonne donc avec le sentiment de fatigue d'interrompre les efforts avant l'épuisement total de l'énergie. Toutefois, en forçant cette barrière avec des produits de dopage, nous mettons notre vie en danger...

 

* La conversion des sucres en énergie est beaucoup plus rapide que celle des graisses. Par conséquent, vos sucres deviendront le principal carburant dès que votre rythme cardiaque augmentera et que vous serez plus essoufflé. L'inconvénient est que l'ensemble du corps ne peut stocker qu'un maximum de 2 500 kilocalories de sucre. Par conséquent, après une heure et demie de cyclisme intensif, votre réserve de sucre est déjà épuisée.

 

      • en cas de déficit en glucose :

 

lactate, glycérol (l'autre partie des TAG), alanine, pyruvate  ---> glucose (gluconéogenèse) ---> ATP

 

Note :

Les taux du sel de l'acide lactique (le lactate) peuvent être dosés dans le sang et indiquent l'intensité de l'accumulation lactique dans les muscles. Outre la capacité d'oxygénation maximale, la formation de lactate est un facteur représentatif de la capacité de résistance des sportifs (d'endurance). Le "seuil anaérobie individuel", le moment de commutation aérobie vers anaérobie durant l'effort, correspond à la limite de résistance (le seuil d'effort) d'un individu et est fixé d'une façon théorique à 60% de la fréquence cardiaque maximale (FCM). Plus on court, plus ce seuil est élevé... (voir aussi : "L'alimentation et le sport").  Passées ces valeurs, le seuil anaérobie individuel est franchi. Lorsque le lactate n'est pas utilisé, des crampes musculaires peuvent se manifester.

 

 

    • des cellules du cerveau/nerveuses :

 

      • transformation immédiate : glucose  ---> ATP (via la glycolyse aérobie ou anaérobie) ;

 

      • en cas de déficit en glucose :

 

lactate, glycérol, alanine, pyruvate  ---> glucose (gluconéogenèse) ---> ATP ;

 

      • uniquement en cas de déficience importante de glucose :

 

        • la glutamine (Gln) passe la barrière hémato-encéphalique et peut être utilisée comme combustible cérébral...;

        • les corps cétoniques : à partir de lipides...;

 

 

    • des globules rouges :

 

      • les érythrocytes utilisent comme source d'énergie uniquement le glucose via la glycolyse anaérobie (les globules rouges ne possèdent aucune mitochondrie) ;

 

 

    • des cellules cardiaques :

 

      • transformation immédiate : acides gras ---> ATP (via la glycolyse aérobie : les mitochondries représentent 25 à 30% de la cellule cardiaque) ;

      • en cas de déficit en oxygène seul, le coeur utilisera du glucose via la glycolyse anaérobie, pouvant entraîner une insuffisance cardiaque ;

      • acide lactique métabolique : une source énergétique immédiate d'ATP ;

 

 

    • des cellules de l'intestin grêle :

 

      • les entérocytes utilisent comme source d'énergie principalement de la glutamine d'origine alimentaire ; des suppléments de glutamine sont utiles en cas de déserrement des jonctions serrées (Leaky Gut), qui normalement collent les cellules intestinales entre elles.

 

 

    • des cellules du côlon :

 

      • les cellules calciformes présentes dans l'épithélium du côlon utilisent comme source d'énergie principalement de l'acide butyrique (ou butyrate), de propionate et de l'acétate, des acides gras à courte chaîne fabriqués par fermentation de fibres alimentaires par la flore intestinale ;

 

 

    • d'autres cellules de l'organisme :

 

 

 

Les causes de déficits d'énergie mitochondriale :            

 

Les mitochondries sont des organites cellulaires très complexes producteurs d'énergie. En effet, dans les mitochondries, des processus producteurs d'énergie se déroulent : phosphorylation oxydative, cycle de l'acide citrique (Krebs) et bêta-oxydation (mais également d'autres processus tels que le cycle d'urée et la biosynthèse de protéines à centre fer-soufre (Fe-S) et de hème).

 

Lors de la production d'ATP, le risque d'erreurs est élevé. Le résultat nous est bien connu : une carence en ATP, entraînant de la fatigue, des déséquilibres et des maladies.

 

Le déficit en ATP par dysfonction mitochondriale est souvent caractérisé par une acidification éminante (accumulation d'acide lactique dans les muscles). Du plomb dans les jambes...

 

    • une acidification au début de l'effort : indique une dysfonction mitochondriale provoquée par une déficience en créatine.

    • une acidification se présentant après une demi-heure d'efforts : indique une dysfonction mitochondriale provoquée par un manque en oxygène.

 

    • aucune acidification mais une perte soudaine d'énergie peut indiquer :

      • une carence en ribose, nécessaire  à la PPP dans le cytoplasme

      • une carence en vit B3, indispensable pour la fabrication de NAD+ dans la PPP

      • une carence en ADP : en cas de déficit en ATP, l'ADP est scindé en AMP + Pi. Ensuite, avec l'aide de la créatine, l'ATP est reformée : des suppléments de ribose et de créatine peuvent aider

 

Pour assurer le bon fonctionnement des mitochondries, la présence est indispensable de  :

 

 

Les mitochondries sont régulées par  

 

Les fournisseurs d'énergie TAG vs glycogène :            

 

 

Nous obtenons de l'énergie via la combustion de graisses (9,2 kcal/g), de protéines (4,2 kcal/g), d'hydrates de carbone (4,2 kcal/g) et d'alcool (7,2 kcal/g). Nous stockons des quantités importantes de graisses (10 - 15 kg) et de protéines (6 - 7 kg, toutes fonctionnelles); par contre, nous ne possédons qu'une petite réserve d'hydrates de carbone sous forme de glycogène musculaire (350 g; non mobilisable) et hépatique (80 g; mobilisable), ainsi qu'une petite quantité de glucose extracellulaire (20 g). En cas d'abstinence, ces réserves assurent la survie durant environ 35 jours (graisses), 15 jours (protéines), 15 heures (glycogène musculaire), 3,5 heures (glycogène hépatique) et 40 minutes (glucose extracellulaire). Durant un carême prolongé, le cerveau obtient du glucose, via la gluconéogenèse, en transformant des protéines d'origine musculaire (des acides aminés glucogéniques tels que : alanine, cystéine, glycine, sérine, thréonine et tryptophane). Une petite partie du glucose est synthétisé à partir du glycérol, obtenu par lipolyse des triglycérides, libérées du tissu adipeux durant le carême, en association avec des acides gras libres.

 

    • Les TAG (triacylglycérols ou triglycérides) sont 6.75 fois plus énergétiques que le glycogène. Les TAG sont une réserve d'énergie à long terme contrairement au glycogène qui est complètement épuisé au bout d'une journée de jeûne.

    • Les TAG sont hydrolysables, les acides gras peuvent donc être libérés. De plus, les triglycérides sont une réserve d'énergie anhydre, donc il n'y a pas de surpoids pour l'organisme. En effet, chez un homme de 70kg, il y a 11kg de triglycérides ce qui équivaut à 55kg de glycogène.

    • Les TAG sont synthétisés, stockés et libérés par les adipocytes (cellules adipeuses : 15 à 20% de l'individu) :

 

      • l'insuline inhibe la Lipase HormonoSensible (LHS)...;

      • le glucagon, les catécholamines (adrénaline, noradrénaline), des corticostéroïdes et l'hormone de croissance hGH (voir "Le système hormonal")... activent la lipase ce qui conduit à l'hydrolyse des TAG et à la production d'énergie dans les mitochondries.

 

Les TAG se trouvent dans les graisses animales (chaîne longue, acides gras saturés), les huiles végétales (chaîne courtes et acides gras insaturés) et dans les produits laitiers.

 

La quantité de graisse que le corps brûle est directement proportionnelle à la concentration d'acétone dans l'haleine.

 

 

 

 

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