Fiche de révision : Contraction et métabolisme musculaires

📋 Plan du Cours

1. Fermentations lactique et alcoolique
2. Bilans énergétiques cellulaires
3. Propriétés du muscle squelettique
4. Réponses aux stimulations musculaires
5. Structure et activité du muscle
6. Manifestations thermiques et métaboliques
7. Fibres musculaires et sarcomère
8. Mécanisme de la contraction musculaire
9. Régénération de l’ATP

📖 1. Fermentations lactique et alcoolique

🔑 Notions clés & Définitions

• Fermentation : Dégradation anaérobie et incomplète du glucose qui se déroule dans le hyaloplasme.

★ À maîtriser

📌 La fermentation lactique réduit le pyruvate en acide lactique, tandis que la fermentation alcoolique forme de l’acétaldéhyde puis de l’éthanol et du CO₂.

• La fermentation lactique et la fermentation alcoolique produisent chacune 2 ATP par molécule de glucose pendant la glycolyse et réoxydent 2 NADH,H⁺ par molécule de glucose.

Compléments

📐 Formule - Le bilan de la fermentation lactique est $\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 2\ ADP + P_i \rightarrow 2(CH_3CHOHCOOH) + 2\ ATP}$.

📐 Formule - Le bilan de la fermentation alcoolique est $\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 2\ ADP + 2\ P_i \rightarrow 2\ C_2H_5OH + 2\ CO_2 + 2\ ATP}$.

💡 Astuce mémo

Le lactate reste le produit réduit ; la voie alcoolique passe par l’acétaldéhyde et libère du CO₂.

📖 2. Bilans énergétiques cellulaires

★ À maîtriser

📌 La respiration dégrade complètement le glucose et libère son énergie, avec des résidus minéraux CO₂ et H₂O, tandis que la fermentation le dégrade partiellement et laisse des résidus organiques énergétiques comme l’éthanol et l’acide lactique.

• Le bilan énergétique de la fermentation est de 2 ATP par molécule de glucose.

• Le rendement indiqué est de 40,52 % pour la respiration et de 2,13 % pour la fermentation.

Compléments

• Une mole de glucose renferme environ 2860 kJ d’énergie chimique potentielle et l’hydrolyse d’une mole d’ATP en ADP et Pi libère 30,5 kJ dans les conditions standard biochimiques.

• Le bilan énergétique de la respiration est de 38 ATP dans certaines cellules, notamment cardiaques, hépatiques, rénales et les levures.

• Dans les cellules du muscle squelettique et les cellules nerveuses, le bilan énergétique de la respiration est de 36 ATP, car la réoxydation du NADH,H⁺ issu de la glycolyse donne 2 ATP.

• Le rendement énergétique est le rapport entre l’énergie sous forme d’ATP et l’énergie chimique potentielle du glucose, exprimé en pourcentage.

💡 Astuce mémo

Respiration : dégradation complète et nombreux ATP ; fermentation : dégradation partielle et 2 ATP.

📖 3. Propriétés du muscle squelettique

🔑 Notions clés & Définitions

• Excitabilité : Propriété d’un muscle de réagir à une stimulation, le plus souvent nerveuse, mais aussi éventuellement thermique, chimique, mécanique ou électrique.
• Contractilité : Pouvoir du muscle de se raccourcir en réponse à une stimulation.
• Élasticité : Capacité du muscle à reprendre sa longueur de repos après raccourcissement lorsqu’il est relâché.
• Tonicité : Léger état de contraction que conserve un muscle même au repos, appelé tonus musculaire.

📝 Points essentiels

• Les muscles squelettiques permettent les mouvements, le maintien de la posture et la participation à la régulation de la température corporelle.

📖 4. Réponses aux stimulations musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Secousse musculaire : Réponse à une stimulation unique, composée d’une contraction suivie d’un relâchement.
• Phase de latence : Temps entre l’application de la stimulation et le début de la contraction musculaire.
• Fatigue musculaire : État caractérisé par une contractilité faible et lente, avec une réponse de faible amplitude, de longue durée et à latence longue par rapport à la réponse initiale.

★ À maîtriser

• La réponse à une stimulation unique comprend une phase de latence, une phase de contraction et une phase de relâchement.

• Lorsque la deuxième stimulation survient après la fin de la première réponse, deux secousses séparées apparaissent ; pendant le relâchement, elles se somment ; pendant la contraction, elles fusionnent complètement avec une amplitude plus grande.

• Quand l’intensité de stimulation dépasse le seuil, l’amplitude de la réponse augmente avec le recrutement de fibres musculaires, puis se stabilise lorsque toutes les fibres sont excitées.

Compléments

• Des stimulations répétées séparées de 100 ms peuvent produire un tétanos incomplet, tandis que des stimulations séparées de 10 ms produisent une fusion complète des secousses appelée tétanos parfait.

💡 Astuce mémo

Latence → contraction → relâchement.

📖 5. Structure et activité du muscle

🔑 Notions clés & Définitions

• Fibre musculaire : Cellule géante de plusieurs centimètres de long et plurinucléée.

★ À maîtriser

• Un muscle squelettique strié est constitué de fibres musculaires regroupées en faisceaux et assemblées par du tissu conjonctif.

• Le muscle en activité consomme plus de glucose et de dioxygène et rejette plus de dioxyde de carbone que le muscle au repos.

Compléments

• Le volume intracellulaire de la fibre musculaire est principalement occupé par de nombreuses myofibrilles à aspect strié.

• La myoglobine constitue une réserve musculaire dont le rôle principal est de transporter l’oxygène.

• Après une secousse musculaire, une chaleur retardée, de faible intensité et de longue durée, est libérée et témoigne de réactions chimiques exothermiques dans le muscle.

💡 Astuce mémo

Activité musculaire → consommation accrue de glucose et de dioxygène, et rejet accru de CO₂.

📖 6. Manifestations thermiques et métaboliques

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaleur initiale : Chaleur de grande amplitude et de courte durée libérée pendant la secousse musculaire, composée de la chaleur de contraction et de la chaleur de relâchement.
• Chaleur retardée : Chaleur de faible intensité et de longue durée, libérée après la secousse musculaire et issue des réactions initiales à peu près stœchiométriques.

★ À maîtriser

• Pour 100 ml de sang en activité, le sang entrant contient 70 mg de glucose, 20 ml d’O₂ et 47 ml de CO₂, tandis que le sang sortant contient respectivement 50 mg, 11 ml et 58 ml.

• Un muscle en activité consomme davantage de glucose et de dioxygène et rejette davantage de dioxyde de carbone qu’un muscle au repos.

Compléments

• Le dégagement de chaleur par le muscle confirme que celui-ci est le siège de réactions chimiques exothermiques.

• Une thermopile mesure la chaleur musculaire en comparant une aiguille thermométrique placée dans le muscle à une aiguille maintenue à température de référence : leur différence de température engendre un courant électrique proportionnel à la température du muscle, traduit en courbe par un oscillographe.

• Pour 100 ml de sang au repos, le sang entrant contient 70 mg de glucose, 20 ml d’O₂ et 47 ml de CO₂, tandis que le sang sortant contient respectivement 80 mg, 15 ml et 54 ml.

📌 Entre le sang entrant et sortant d’un muscle en activité, les quantités de glucose et d’O₂ diminuent tandis que celle de CO₂ augmente, contrairement aux valeurs mesurées au repos, où le glucose augmente et le CO₂ augmente également.

💡 Astuce mémo

Chaleur initiale brève, chaleur retardée prolongée

📖 7. Fibres musculaires et sarcomère

🔑 Notions clés & Définitions

• Sarcomère : Segment de myofibrille compris entre deux stries Z successives, qui se répète et constitue l’unité structurale et fonctionnelle du muscle strié squelettique.

★ À maîtriser

• Les trois types de fibres musculaires squelettiques sont :

  • les fibres de type I
  • les fibres de type II A
  • les fibres de type II B

• Les fibres de type I ont une contraction lente, une forte endurance, un métabolisme anaérobie +, un métabolisme aérobie +++, une couleur rouge, de nombreux capillaires et mitochondries, un petit diamètre, et sont sollicitées notamment en marathon, en ski de fond et pour le maintien de la posture.

• La bande A est sombre et présente en son milieu une zone claire H ; ses parties terminales contiennent des filaments fins d’actine et des filaments épais de myosine, tandis que la zone H ne contient que des filaments épais de myosine.

Compléments

• Les fibres de type II A ont une contraction rapide, une endurance faible à moyenne, un métabolisme anaérobie ++, un métabolisme aérobie +, une couleur rose, un nombre intermédiaire de capillaires et de mitochondries, un diamètre intermédiaire, et sont sollicitées notamment en course, en marche et en nage.

• Les fibres de type II B ont une contraction rapide, une faible endurance, un métabolisme anaérobie +++, aucun métabolisme aérobie, une couleur blanche, peu de capillaires et de mitochondries, un grand diamètre, et sont sollicitées notamment en haltérophilie et en sprint.

• Au repos, le sarcomère mesure 3 µm de longueur et contient des myofilaments fins d’actine et des myofilaments épais de myosine.

• La bande I est claire, porte la strie Z et ne contient que des myofilaments fins d’actine.

• Les myofilaments fins comprennent des molécules globulaires d’actine associées en chapelet, de la tropomyosine enroulée autour de leur axe et de la troponine insérée périodiquement sur l’actine.

• Au repos, la troponine masque les sites d’interaction de l’actine avec la myosine.

📖 8. Mécanisme de la contraction musculaire

★ À maîtriser

📐 Formule - L’hydrolyse de l’ATP par l’ATPase suit la réaction $\mathrm{ATP + H_2O \rightarrow ADP + P_i + 3\ kcal\ (15{,}5\ kJ)}$.

• L’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP est convertie en énergie mécanique avec dégagement de chaleur initiale de contraction.

• Lors de la contraction, le sarcomère se raccourcit et la bande I ainsi que la zone H diminuent de longueur.

📌 La contraction musculaire nécessite la présence des ions Ca²⁺ et l’hydrolyse de l’ATP ; le Salyrgan, qui bloque l’utilisation de l’ATP, ou un chélateur qui fixe les ions Ca²⁺ entraîne une diminution de la tension et l’absence de contraction.

• À l’arrivée de l’influx nerveux sur la fibre, celui-ci se propage dans les tubules transverses du sarcolemme jusqu’à proximité du réticulum sarcoplasmique, provoquant l’ouverture des canaux Ca²⁺ et la libération du calcium dans le sarcoplasme.

• Dans le sarcoplasme, le Ca²⁺ se fixe sur la troponine et modifie la conformation du système troponine-tropomyosine, ce qui libère sur l’actine le site de fixation de la tête de myosine et permet la formation du pont actomyosique.

• Après la formation du pont actomyosique, la libération de Pi par la tête de myosine est couplée à sa rotation de 45° et au glissement des filaments d’actine vers le centre du sarcomère ; l’ADP se détache ensuite. L’énergie nécessaire provient de l’hydrolyse préalable de l’ATP.

Compléments

• Les dimensions de la bande A restent constantes lors du raccourcissement du sarcomère, lequel n’est donc pas dû à un raccourcissement des myofilaments.

• Lorsqu’une fibre se relâche, le calcium radioactif se trouve dans le réticulum sarcoplasmique, tandis qu’il se trouve dans le sarcoplasme lorsque la fibre est contractée.

• L’arrivée d’une nouvelle molécule d’ATP permet la rupture du lien entre l’actine et la myosine.

💡 Astuce mémo

Ca²⁺ libère les sites d’actine → les têtes de myosine entraînent le glissement

📖 9. Régénération de l’ATP

★ À maîtriser

• La régénération de l’ATP dans le muscle repose sur trois voies métaboliques : deux voies anaérobies, qui ne nécessitent pas de dioxygène, et une voie aérobie, qui en nécessite.

📐 Formule - La créatine kinase catalyse la réaction de la voie anaérobie alactique $\mathrm{Créatine\ phosphate + ADP \rightarrow Créatine + ATP}$.

📐 Formule - La réaction globale de la voie anaérobie lactique est $\mathrm{Glucose + 2\ ADP + 2\ P_i \rightarrow 2\ acide\ lactique\ (lactates) + 2\ ATP}$.

Compléments

📌 La voie anaérobie alactique ne produit pas d’acide lactique, tandis que la voie anaérobie lactique en produit.

• Le stock de créatine phosphate musculaire est limité et ne permet qu’un effort de quelques secondes.

📐 Formule - La myokinase catalyse la réaction $\mathrm{ADP + ADP \rightarrow AMP + ATP}$.

• La voie aérobie utilise du glucose ou d’autres substrats avec ADP et Pi et forme H₂O, CO₂ et ATP.

• Lorsque la glycolyse est bloquée mais que la phosphocréatine peut être mobilisée, le muscle continue de se contracter et la phosphocréatine diminue, tandis que le glycogène et l’acide lactique restent constants.

• Lorsque la glycolyse et l’utilisation de la phosphocréatine sont toutes deux bloquées, le taux d’ATP s’annule et la contraction s’interrompt rapidement.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des fermentations

Caractéristiques des fibres musculaires