24 septembre 2022

L’ATP et l’énergie musculaire

Généralement nous savons expliquer dans les grandes lignes comment un moteur de voiture fonctionne ou encore, d’où une éolienne tire son énergie. Cependant, qu’en est-il de l’énergie musculaire dans le corps ?

La source d’énergie qui permet à nos muscles de se contracter lors d’un effort ne fait pas l’objet d’un sujet de tous les jours. Toutefois, ces dernières années, nous nous sommes passionnés dans tout ce qui est suivi de paramètres de santé afin d’améliorer nos performances physiques. Dans l’article d’aujourd’hui, je m’intéresse à la protéine que l’on appelle ATP. Cette protéine est l’élément clé qui permet d’expliquer la source d’énergie musculaire de notre corps.

Composition du muscle squelettique

Il existe 3 types de muscle. Les muscles squelettiques, muscles cardiaques et muscles lisses. On s’intéressera ici uniquement aux muscles squelettiques.

Les muscles squelettiques forment le système tissulaire le plus volumineux de l’organisme. On parle de muscles squelettiques car ils sont accrochés aux os du squelette. Le lien entre le muscle squelettique (3) et l’os (1) se fait par l’intermédiaire du tendon (2) .

Schéma d'un muscle squelettique. Introduction à l'ATP.
Image modifiée par sciencescorner.fr du schéma original :Tomáš Kebert & umimeto.org, CC BY-SA 4.0

Le muscle squelettique est composé de plusieurs faisceaux de fibre (5) qui eux mêmes contiennent des fibres musculaires (6). A l’intérieur de ces fibres musculaires, on retrouve cette fois des faisceaux de filament appelés les myofibrilles (7). Les myofibrilles sont des fibres élastiques décomposées en plusieurs sous unités appellées les sarcomères. La contraction musculaire repose sur l’élongation de ces myofibrilles par l’intermédiaire des sarcomères. Je t’explique pourquoi.

Structure du sarcomère

La myofibrille présente un aspect dit strié. Deux sarcomères sont séparés par une strie que l’on appelle la \text{ligne Z}. Ce strie porte ce nom en raison de sa forme en \text{Z}. Au sein du sarcomère, se trouve deux protéines, l’actine qui a la forme d’un filament, et la myosine qui est composée d’une tête et d’une queue.

Chaque filament d’actine est relié à une \text{ligne Z}. On retrouve alors dans un sarcomère des filaments d’actine de part et d’autre du sarcomère. Les deux rangées d’actine sont séparées par ce que l’on appelle la \text{bande H}. Les myosines sont, quand à elles, intercalées entre les protéines d’actines.

La contraction musculaire s’explique alors par le déplacement relatif entre les protéines d’actines et de myosines. Regardons un peu plus en détail ce mécanisme.

Myofibrille expliqué sur sciences corner. Introduction à l'ATP.

L’ATP dans la contraction musculaire

La contraction musculaire s’appuie sur le déplacement relatif des actines par rapports aux myosines. En se rapprochant, les protéines d’actine vont également rapprocher les \text{lignes Z}. Ainsi, successivement, la longueur des sarcomères diminue et par conséquent la longueur du muscle diminue également.

Contraction du sarcomère. Introduction à l'ATP.

Lors de la contraction musculaire, ce sont les myosines qui vont s’accrocher aux actines et les rapprocher les unes des autres. C’est là qu’entre en jeu notre molécule d’ATP. Procédons par étape

Premièrement, une protéine d’actine est située en vis à vis d’une protéine de myosine. A cette étape, une molécule d’\text{ATP} est accrochée à la tête de myosine.

Première étape de la contraction musculaire grâce à l'ATP

La deuxième étape est l’hydrolyse de l’\text{ATP}. C’est-à-dire que l’\text{ATP} va réagir avec des molécules d’eau et former une nouvelle molécule, l’\text{ADP} ainsi que du pyrophosphate. Lors de cette réaction, il y a libération d’énergie. Cette libération d’énergie permet alors de redresser la tête de myosine.

Redressement de la tête de myosine après l'hydrolyse de l'ATP

Ensuite, la tête de myosine va s’agripper à l’actine. Cette étape est possible uniquement grâce à la présence de calcium \text{Ca}^{2+}. Sans quoi, le muscle reste au repos.

Liaison entre la tête de myosine et l'actine

Une fois la tête de myosine accrochée à l’actine, la molécule d’\text{ADP}, qui je rappelle est liée à la tête de myosine, va se libérer de cette tête de myosine. Il n’y a donc plus de lien entre \text{ADP} et tête de myosine. La tête de myosine reprend alors son orientation initial en se repliant. Cependant, souviens toi que la tête de myosine est accrochée à l’actine. Ainsi, en se repliant, la tête de myosine entraîne avec elle la protéine d’actine. La protéine d’actine glisse alors dans le sens du redressement de la tête de myosine.

La dernière étape de ce processus consiste à séparer la tête de myosine avec la protéine d’actine. Pour ce faire, une nouvelle molécule d’\text{ATP} va se lier à le tête de myosine ce qui va alors décrocher la tête de myosine de l’actine. Le cycle peut alors recommencer.

Comment est regénéré l’ATP ?

Tu l’auras bien compris, c’est l’hydrolyse de l’\text{ATP} qui permet de fournir l’énergie nécessaire pour mettre en mouvement les actines et les myosines. Cependant, nos muscles sont constamment sollicités au cours d’une journée. Comment l’organisme peut-il donc s’assurer de toujours avoir de l’\text{ATP} à disposition ? La réponse est que l’\text{ATP} se régénère de trois manières différentes.

Tout d’abord, lors d’un effort immédiat et court, un premier métabolisme se met en place. Il permet alors de régénérer rapidement de l’\text{ATP}. Il s’agit de la phosphorylation. En effet, l’hydrolyse de l’\text{ATP} est réversible. C’est à dire, que de l’\text{ATP} peut être régénéré à partir d’\text{ADP} et de \text{phosphate}. Ainsi, la phosphocréatine présente dans l’organisme va transférer un phosphore à la molécule d’\text{ADP}, permettant alors de régénérer de l’\text{ATP}. Toutefois, il s’agît d’une solution à court terme car le stock de phosphocréatine est limité. Il permet de réaliser des efforts brefs de quelques secondes en anaérobie.

Lorsque l’effort s’étend au delà, un second métabolisme prend le relais. Ce second métabolisme va quant à lui, générer de l’\text{ATP} grâce à la glycolyse, c’est à dire par scission des molécules de glucose. Ce métabolisme est déjà plus performant que le précédent car il forme 2 \text{ATP} à partir d’une seule molécule de glucose. Cependant, ce métabolisme a également ses désavantages. La formation d’ATP à partir du glucose entraine la formation d’acide lactique.

Le troisième métabolisme qui est le plus intéressant pour des efforts dans le temps est la respiration cellulaire. Ce métabolisme plus complexe permet lui la génération d’une trentaine d’\text{ATP}. Ce troisième métabolisme s’appuie sur l’oxydation des résidus glucosyles, des acides gras libres et des acides aminés. Bien que plus producteur d’\text{ATP}, il est également plus long à se mettre en place.

En résumé

L’ATP est la molécule dans notre organisme qui fournit l’énergie nécessaire aux muscles pour se contracter. Cette énergie est transmise lors de l’hydrolyse de l’ATP en ADP plus pyrophosphate. Cette énergie transmise permet alors de redresser la tête de myosine. Ensuite, la tête de myosine qui s’est accrochée à l’actine, fait glisser cette même protéine d’actine. Ceci entraîne alors une diminution de la taille des sarcomères et par conséquent, une contraction du muscle.

J’espère que tout ce processus est maintenant plus clair pour toi et que cela t’a motivé à faire du sport. À toi maintenant de parler, arrives-tu à distinguer le passage à la respiration cellulaire lors d’un effort ? Oui !? alors partage nous à partir de combien de temps tu entres dans cette phase. En attendant de te lire, je te souhaite bon sport ! et à bientôt sur Sciences Corner.


Comme à notre habitude, notre petit coin bibliothèque. Bonne lecture !

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