Fiche de révision Semaine 6 - Produire le mouvement : contraction musculaire et apport d’énergie

Problématique :
Comment l’organisme produit-il et régule-t-il l’énergie nécessaire à la contraction musculaire ?

La cellule musculaire : une structure spécialisée

Organisation hiérarchique du muscle

• Le muscle strié squelettique est relié aux os par des tendons et permet le mouvement volontaire et le maintien de la posture.
• Son organisation est hiérarchique :

• Les fibres musculaires sont des cellules longues et multinucléées.
• Les myofibrilles sont des structures contractiles composées de filaments protéiques.
• Le sarcomère est l’unité structurale et fonctionnelle du muscle : il contient des filaments fins d’actine et des filaments épais de myosine (protéine à deux têtes globulaires).

Le mécanisme moléculaire de la contraction

• La contraction musculaire suit plusieurs étapes :
• Un influx nerveux arrive à la fibre musculaire via une terminaison nerveuse (jonction neuromusculaire).
• Des ions calcium ($\textbf{Ca}^{²⁺}$) sont libérés dans la cellule.
• Les têtes de myosine se lient à l’actine et exercent une traction : les filaments glissent les uns sur les autres $\rightarrow$ le sarcomère se raccourcit.
• Le raccourcissement de l’ensemble des sarcomères entraîne celui de la fibre, puis du muscle entier.
• Quand la concentration en $\text{Ca}^{²⁺}$ diminue, la contraction cesse et le muscle se relâche.
• La contraction musculaire repose sur le glissement actine/myosine et nécessite impérativement du $\textbf{Ca}^{²⁺}$ et de l’ATP.

L’origine de l’ATP nécessaire à la contraction

• L’ATP est la molécule énergétique universelle de la cellule. Elle doit être continuellement resynthétisée selon deux voies principales :

• Elle a lieu dans les mitochondries, en présence de dioxygène $\rightarrow$ milieu aérobie.
• Le glucose est d’abord dégradé en pyruvate (glycolyse dans le cytosol), puis oxydé dans les mitochondries via le cycle de Krebs.

• Elle est utilisée en milieu anaérobie (manque de $\text{O}_2$), notamment au début d’un effort intense ou lors d’un effort maximal.
• Elle a lieu dans le cytosol.
• Le pyruvate issu de la glycolyse est transformé en acide lactique.

⚠️ L’accumulation d’acide lactique provoque la fatigue musculaire.

[💡 Complément : La phosphocréatine, stockée dans le muscle, permet une resynthèse très rapide d’ATP pour les efforts très courts et intenses (sprint, saut…). Elle intervient en amont des deux voies précédentes.]

La régulation de l’apport en glucose

La glycémie et son maintien

• La glycémie est la concentration en glucose dans le sang, normalement maintenue autour de 1 g/L.
• Elle est régulée par des hormones pancréatiques :
• l’insuline (sécrétée quand la glycémie $\nearrow$) $\rightarrow$ favorise l’entrée du glucose dans les cellules et sa mise en réserve sous forme de glycogène dans le foie et les muscles (glycogénogenèse) ;
• le glucagon (sécrété quand la glycémie $\searrow$) $\rightarrow$ stimule la dégradation du glycogène (glycogénolyse) pour libérer du glucose dans le sang.
• La régulation de la glycémie est un exemple de régulation par rétroaction (boucle de rétrocontrôle négatif).

Dérèglements : l’exemple du diabète

• Le diabète est une hyperglycémie chronique (glycémie à jeun ≥ 1,26 g/L) due à un trouble de la régulation de la glycémie.
• Il illustre les conséquences d’un défaut d’insuline (diabète de type 1, auto-immun) ou d’une résistance à l’insuline (diabète de type 2, souvent lié au mode de vie).

Les adaptations de l’organisme à l’effort

• Lors d’un effort physique, l’organisme s’adapte pour augmenter l’apport en $\text{O}_₂$ et en glucose aux muscles :
• vasodilatation des vaisseaux sanguins irrigant les muscles actifs $\rightarrow$ $\nearrow$ apport en $\text{O}_₂$ et glucose ;
• vasoconstriction des vaisseaux des organes moins sollicités $\rightarrow$ redistribution du sang ;
• $\nearrow$ fréquence cardiaque et fréquence respiratoire ;
• mobilisation des réserves de glycogène musculaire et hépatique.

La myopathie de Duchenne : une maladie musculaire génétique et ses pistes thérapeutiques

• Maladie génétique liée à une mutation du gène codant la dystrophine (protéine structurale essentielle à l’intégrité de la membrane des fibres musculaires).
• Sans dystrophine fonctionnelle $\rightarrow$ dégénérescence progressive des muscles.
• Pistes thérapeutiques :
• thérapie génique : introduire une copie fonctionnelle du gène dans les cellules musculaires ;
• technique du saut d’exon : forcer l’épissage de l’exon muté pour produire une dystrophine raccourcie mais partiellement fonctionnelle.

Le dopage

• Le dopage améliore artificiellement les performances sportives mais présente des risques graves pour la santé et est contraire à l’éthique sportive.

La créatine

• Apportée par l’alimentation ou synthétisée par le foie + stockée dans les muscles sous forme de phosphocréatine.
• Prise en excès comme dopant $\rightarrow$ rétention d’eau, troubles musculaires, hépatiques, rénaux, cardiovasculaires, effet potentiellement cancérigène.

L’EPO (érythropoïétine)

• Hormone naturellement produite en cas d’hypoxie $\rightarrow$ stimule la production de globules rouges $\rightarrow$ meilleure oxygénation des muscles.
• Utilisée comme dopant dans les sports d’endurance.
• Risques : $\nearrow$ viscosité du sang $\rightarrow$ risque de thrombose et de troubles cardiovasculaires graves.

Pour le bac

☝️ Erreurs fréquentes à éviter

❌ Confondre actine et myosine : ce sont les têtes de myosine qui se lient à l’actine.
❌ Oublier que la contraction nécessite à la fois du $\text{Ca}^{²⁺}$ et de l’ATP.
❌ Confondre glycogénogenèse (stockage du glucose) et glycogénolyse (libération du glucose).
❌ Présenter le diabète comme un chapitre à part entière : c’est avant tout un exemple de dérèglement de la glycémie.

☝️ Mots-clés

sarcomère – actine – myosine – $\text{Ca}^{²⁺}$ – ATP – glycolyse – cycle de Krebs – fermentation lactique – phosphocréatine – glycémie – insuline – glucagon – glycogénogenèse – glycogénolyse – vasodilatation – vasoconstriction – dystrophine – myopathie de Duchenne – saut d’exon – thérapie génique – diabète – EPO – créatine

Astuce

Besoin de plus de détails ?
Consulte les cours :

• La cellule musculaire : une structure spécialisée permettant son propre raccourcissement
• Origine de l’énergie (ATP) nécessaire à la contraction de la cellule musculaire
• Le contrôle des flux de glucose, source essentielle d’énergie des cellules musculaires

Tu peux aussi consulter les ressources suivantes :

• Schéma bilan : La respiration cellulaire
• Schéma bilan : La respiration cellulaire (équations)
• Schéma bilan : Les risques liés au diabète
• Schéma bilan : La régulation de la glycémie