Dans le cas d’exercices physiques brefs et intenses, les cellules musculaires produisent de l’ATP en l’absence de dioxygène, par fermentation lactique ou par métabolisme anaérobie alactique.
I) Les voies anaérobies
La voie métabolique anaérobie alactique, ou voie créatine phosphate, est mise en jeu dès les premiers instants d’un effort.
L’ATP est produit par hydrolyse de la phosphocréatine (stockée dans les cellules musculaires) en créatine grâce à une enzyme : la créatine kinase. Le stock de phosphocréatine est reconstitué après l’effort par consommation d’ATP.
ADP + phosphocréatine ↔ ATP + créatine
La voie métabolique anaérobie lactique, ou fermentation lactique est mise en jeu dans les premières minutes d’un exercice physique. Le glycogène en réserve dans les cellules musculaires est hydrolysé en glucose (glycogénolyse), puis la glycolyse dans le hyaloplasme entraîne la formation de deux molécules de pyruvate et de 2 ATP.
En l’absence de dioxygène, afin que la glycolyse puisse recommencer, le NAD+est régénéré grâce à la réduction de l’acide pyruvique en acide lactique.
II) Comparaison des voies métaboliques
Les voies métaboliques anaérobie et aérobie n’ont pas le même rendement et se mettent en place successivement lors d’un effort d’une durée croissante.
Méthode
Calculer et comparer des rendements énergétiques
Le calcul du rendement énergétique permet de déterminer l’efficacité d’une réaction chimique.
Calculer le rendement énergétique de la respiration cellulaire et de la fermentation lactique dans une cellule musculaire. Conclure sur l’efficacité de ces voies métaboliques.
Doc Le rendement énergétique
Le rendement correspond au rapport entre le nombre de molécules produites au cours d’une réaction chimique et le nombre de molécules théoriquement produites. Il est souvent exprimé en pourcentages.
On sait que l’énergie libérée par l’oxydation complète d’une molécule de glucose est égale à 2 870 kJ et que la synthèse d’une molécule d’ATP dans une cellule musculaire demande une énergie de 30,5 kJ.
Conseils
Étape 1 Calculer le nombre de molécules d’ATP théoriquement produites à partir d’une molécule de glucose.
Étape 2 Pour chaque voie métabolique, rappeler le nombre de molécules d’ATP produites.
Étape 3 Appliquer la formule du rendement (en pourcentages) donnée dans le document.
Étape 4 Comparer les résultats obtenus et conclure.
Solution
Étape 1 Le nombre de molécules d’ATP théoriquement produites est obtenu en divisant l’énergie potentielle d’une molécule de glucose par l’énergie nécessaire pour produire une molécule d’ATP ; soit 287030,5 = 94 molécules d’ATP théoriques.
Étape 2 On sait que pour chaque molécule de glucose dégradée la voie aérobie produit 36 molécules d’ATP et la voie métabolique anaérobie lactique en produit 2.
Étape 3 Le rendement énergétique de la respiration est de : 3694 × 100 = 38 %. Celui de la fermentation lactique est de : 294 × 100 = 2 %.
Étape 4 Dans la cellule musculaire, le rendement énergétique de la voie aérobie est environ seize fois supérieur à celui de la voie anaérobie lactique : elle est donc plus efficace pour produire de l’ATP.