Légende de la leçon
Vert : définitions
Introduction
L’ATP est l’énergie produite par la cellule musculaire pour lui permettre de se contracter. Ne pouvant être stockée dans l’organisme, elle est formée en fonction des besoins des cellules. Il existe plusieurs voies métaboliques : soit aérobie, soit anaérobie.
I. Structure et contraction des fibres musculaires
1) La structure de la fibre musculaire
Les muscles striés squelettiques sont constitués d’un ensemble de cellules appelées fibres musculaires, qui sont des cellules de grande dimension (jusqu’à plusieurs centimètres de long) : elles contiennent de nombreux noyaux plaqués contre la membrane plasmique.
Une observation de ces fibres en microscopie optique montre qu’elles ont un aspect strié (coupe longitudinale) et qu’elles contiennent de nombreuses structures cylindriques : les myofibrilles. Chaque myofibrille est constituée d’une alternance de bandes claires (filaments d’actine) et sombres (filaments d’actine + myosine ou que de myosine au centre) : ce qui donne l’aspect strié à la fibre musculaire. On réunit une bande sombre et la moitié des bandes claires qui l’entourent sous le nom de sarcomère.
2) La contraction de la fibre musculaire
Dans les cellules musculaires, on observe une conversion de l’énergie chimique (molécule d’ATP) en énergie mécanique (la contraction). La contraction musculaire se fait selon un cycle qui est toujours le même :
- Tout d’abord la fixation de l’ATP sur la myosine, entraînant le décrochement de sa tête du filament d’actine ;
- L’hydrolyse de l’ATP permet à la tête de myosine de reprendre sa forme initiale ;
- Des ions calcium (CA2+ stockés dans le « réticulum sarcoplasmique ») sont libérés dans le cytoplasme, permettant la fixation de la tête de myosine sur l’actine et entraînant le pivotement de la tête de myosine ;
- La libération de l’ADP entraîne, ainsi, le glissement de l’actine et un raccourcissement du sarcomère (jusqu’à 25 %).
L’ATP est nécessaire à la rupture du complexe actine-myosine (pour débuter une nouvelle contraction) et non à sa formation (d’où la rigidité cadavérique apparaissant après le décès).
II. Des besoins énergétiques différents
1) Deux types de fibres musculaires
Il existe deux principaux types de fibres musculaires :
- Les fibres de type I, qui sont riches en mitochondries et fortement irriguées, leur permettant de faire de la respiration cellulaire et de produire beaucoup d’ATP. Elles ont d’ailleurs peu d’enzymes leur permettant de faire de la fermentation (lactique). Elles ont une grande résistance à la fatigue, mais leur vitesse de contraction est lente.
- Les fibres de type II, qui sont pauvres en mitochondries et peu irriguées, ne permettant pas de faire beaucoup de respiration cellulaire. En revanche, elles sont riches en enzymes leur permettant de faire de la fermentation lactique. Elles ont une vitesse de contraction rapide mais leur résistance à la fatigue est plutôt faible.
Les fibres de type II vont se mettre en action très rapidement, même sans dioxygène car c’est la fermentation lactique qui produira de l’ATP. En revanche, cette production ne sera pas durable et le rendement énergétique sera faible. Les fibres de type I vont être plus lentes à se mettre en action mais comme elles utilisent la respiration cellulaire, la production d’ATP sera plus importante et plus longue, le muscle pourra donc fonctionner longtemps, sans produire d’acide lactique.
Les 2 fibres se complètent très bien, car les muscles peuvent produire rapidement et durablement de l’ATP permettant la contraction musculaire sur un temps court et sur un temps long.
2) Des besoins à court ou à long terme
Les deux types de fibres musculaires et les différentes voies métaboliques permettent de répondre à tout type d’effort.
- Pour un effort très court (quelques secondes). Par exemple, l’haltérophilie : les muscles doivent produire de l’ATP très rapidement et sur un temps très court puisque l’effort ne dure que quelques secondes. C’est donc la voie métabolique de la phosphocréatine qui sera privilégiée.
- Pour un effort court (3 à 5 minutes). Par exemple, une course de 1 500 m : les muscles doivent vite produire de l’ATP pour permettre un départ rapide du coureur (voie anaérobie de la phosphocréatine). Mais il doit poursuivre son effort durant plusieurs minutes : il aura donc besoin d’ATP rapidement (fibre de type II et fermentation lactique) et longuement (fibre de type I et respiration cellulaire).
- Pour un effort long (2 à 4 h). Par exemple, un marathon : les muscles doivent produire de l’ATP assez rapidement (même si le départ est plus lent que pour une course rapide) mais surtout sur une durée très longue. Les fibres de type II sont donc sollicitées dès le début avec la fermentation lactique, mais assez vite ce sont les fibres de type I qui prennent le relais avec la respiration cellulaire, car le besoin en ATP des muscles va être considérable.