Анаэробный основной способ образования атф протекающий. Количественные критерии путей ресинтеза атф
Аэробный путь ресинтеза АТФ иначе называется тканевым дыханием – это основной способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород, доставляемый в мышцы кровью, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.
Чаще всего водород отнимается от промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот (ЦТК). ЦТК – это завершающий этап катаболизма в ходе которого происходит окисление ацетилкофермента А до углекислого газа и воды. В ходе этого процесса от перечисленных выше кислот отнимается четыре пары атомов водорода и поэтому образуется 12 молекул АТФ при окислении одной молекулы ацетилкофермента А.
В свою очередь ацетилкофермент А может образовываться из углеводов, жиров аминокислот, то есть через это соединение в ЦТК вовлекаются углеводы, жиры и аминокислоты.
Скорость аэробного обмена АТФ контролируется содержанием в мышечных клетках AДФ, который является активатором ферментов тканевого дыхания. При мышечной работе происходит накопление AДФ. Избыток AДФ ускоряет тканевое дыхание, и оно может достигнуть максимальной интенсивности.
Другим активатором ресинтеза АТФ является углекислый газ. Избыток этого газа в крови активирует дыхательный центр головного мозга, что в итоге приводит к повышению скорости кровообращения и улучшению снабжения мышцы кислородом.
Максимальная мощность аэробного пути составляет 350 -450 кал/мин-кг. По сравнению с анаэробными путями ресинтеза АТФ тканевое дыхание облает более низкими показателями, что ограничено скоростью доставки кислорода в мышцы. Поэтому за счет аэробной пути ресинтеза АТФ могут осуществляться только физические нагрузки умеренной мощности.
Время развертывания составляет 3 – 4 минуты, но у хорошо тренированных спортсменов может составлять 1 мин. Это связано с тем, что на доставку кислорода в митохондрии требуется перестройка практически всех систем организма.
Время работы с максимальной мощностью составляет десятки минут. Это дает возможность использовать данный путь при длительной работе мышц.
По сравнению с другими идущими в мышечных клетках процессами ресинтеза АТФ аэробный путь имеет ряд преимуществ.
1. Экономичность: из одной молекулы гликогена образуется 39 молекул АТФ, при анаэробном гликолизе только 3 молекулы.
2. Универсальность в качестве начальных субстратов здесь выступают разнообразные вещества: углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела, аминокислоты.
3. Очень большая продолжительность работы. В покое скорость аэробного ресинтеза АТФ может быть небольшой, но при физических нагрузках она может стать максимальной.
Однако есть и недостатки.
1. Обязательное потребление кислорода, что ограничено скоростью доставки кислорода в мышцы и скоростью проникновения кислорода через мембрану митохондрий.
2. Большое время развертывания.
3. Небольшую по максимальной величине мощность.
Поэтому мышечная деятельность, свойственная большинству видов спорта, не может быть полностью получена этим путем ресинтеза АТФ.
В спортивной практике для оценки аэробного ресинтеза используются следующие показатели: максимальное потребление кислорода (МПК), порог аэробного обмена (ПАО), порог анаэробного обмена (ПАНО) и кислородный приход.
МПК – это максимально возможная скорость потребления кислорода организмом при выполнение физической работы. Чем выше МПК, тем выше скорость тканевого дыхания. Чем тренированнее человек, тем выше МПК. МПК рассчитывают обычно на 1кг массы тела. У людей, не занимающихся спортом МПК 50 мл/мин-кг, а у тренированных людей он достигает 90 мл/мин-кг.
В спортивной практике МПК также используется для характеристики относительной мощности аэробной работы, которая выражается в процентах от МПК. Например, относительная мощность работы, выполняемая с потреблением кислорода 3 л/мин спортсменом, имеющим МПК 6 л/мин, будет составлять 50% от уровня МПК.
ПАО – это наибольшая относительная мощность работы, измеряемая по потреблению кислорода в процентах по отношению к МПК. Большие величины ПАО говорят о лучшем развитии аэробного ресинтеза.
ПАНО – это минимальная относительная мощность работы, также измеренная по потреблению кислорода в процентах по отношению к МПК. Высокое ПАНО говорит о том, что аэробный ресинтез выше в единицу времени, поэтому гликолиз включается при гораздо больших нагрузках.
Кислородный приход – это количество кислорода (сверх дорабочего уровня), использованное во время выполнения данной нагрузки для обеспечения аэробного ресинтеза АТФ. Кислородный приход характеризует вклад тканевого дыхания в энергообеспечение всей проделанной работы. Кислородный приход часто используют для оценки всей проделанной аэробной работы. Под влиянием систематических тренировок в мышечных клетках возрастает количество митохондрий, совершенствуется кислородно-транспортная функция организма, возрастет количество миоглобина в мышцах и гемоглобина в крови.
Тема 14. Пути ресинтеза АТФ
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Тема 14. Пути ресинтеза АТФ |
| Рубрика (тематическая категория) | Все статьи |
1. Анаэробный гликолиз. Ресинтез АТФ в процессе гликолиза. Факторы, влияющие на протекание гликолиза.
2. Аэробный путь ресинтеза АТФ. Особенности регуляции.
3. Ресинтез АТФ в цикле Кребса.
4. Молочная кислота, её роль в организме, пути её устранения.
5. Биологическое окисление. Синтез АТФ при переносе электронов по цепи дыхательных ферментов.
1-й вопрос
Распад глюкозы возможен двумя путями. Один из них состоит в распаде шестиуглероднои̌ молекулы глюкозы на две трехуглеродные. Данный путь называется дихотомическим распадом глюкозы. При реализации второго пути происходит потеря молекулой глюкозы одного атома углерода, что приводит к образованию пентозы; ϶тот путь называется апотомический.
Дихотомический распад глюкозы (гликолиз) может происходить как в анаэробных, так и аэробных условиях. При распаде глюкозы в анаэробных условиях в результате процесса молочнокислого брожения образуется молочная кислота. отдельные реакции гликолиза катализируют 11 ферментов, образующих цепь, в которой продукт реакции, ускоряемой предшествующим ферментом, является субстратом для последующего. Гликолиз условно можно разбить на два этапа. В первом происходит затарта энергии, второй – характеризуется накоплением энергии в виде молекул АТФ.
Химизм процесса представлен в теме ʼʼРаспад углеводовʼʼ и заканчивается переходом ПВК в молочную кислоту.
Бóльшая часть молочнои̌ кислоты, образующейся в мышце, вымывается в кровеносное русло. Изменению рН крови препятствует бикарбонатная буферная система: у спортсменов буферная емкость крови повышена по сравнению с нетренированными людьми, по϶тому они могут переносить более высокое содержание молочнои̌ кислоты. Далее молочная кислота транспортируется к печени и почкам, где почти полностью перерабатывается в глюкозу и гликоген. Незначительная часть молочнои̌ кислоты вновь превращается в пировиноградную кислоту, которая в аэробных условиях окисляется до конечного продукта.
2-й вопрос
Аэробный распад глюкозы иначе называется пентозофосфатным циклом.
Понятие и виды, 2018.
В результате протекания ϶того пути из 6 молекул глюкозо-6-фосфата распадается одна. Апотомический распад глюкозы можно разделить на две фазы: окислительную и анаэробную.
Окислительную фазу где глюкозо-6-фосфат превращается в рибулёзо-5- фосфат представлена в вопросе ʼʼРаспад углеводов. Аэробный распад глюкозыʼʼ
Анаэробная фаза апотомического распада глюкозы.
Дальнейший обмен рибулозо-5-фосфата протекает очень сложно, имеет место превращение фосфопентоз – пентозофосфатный цикл. В результате которого из шести молекул глюкозо-6-фосфата, вступающих в аэробный путь распада углеводов одна молекула глюкозо-6-фосфата полностью расщепляется с образованием СО2, Н2О и 36 молекул АТФ. Именно наибольший энергетический эффект распада глюкозо-6-фосфата, по сравнению с гликолизом (2 молекулы АТФ), имеет важное значение в обеспечении энергией мозга и мышц при физических нагрузках.
3-й вопрос
Цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса) занимает важное место в процессах обмена веществ: здесь идет обезвреживание ацетил-КоА (и ПВК) до конечных продуктов: углекислого газа и воды; синтезируется 12 молекул АТФ; образуется ряд промежуточных продуктов, которые используются для синтеза важных соединений. К примеру, щавелевоуксусная и кетоглутаровая кислоты могут образовать аспарагиновую и глутаминовую кислоты; ацетил-КоА служит исходным веществом для синтеза жирных кислот, холестерина, холевых кислот, гормонов. Цикл ди- и трикарбоновых кислот является следующим звеном основных видов обмена: обмена углеводов, белков, жиров. Подробно смотри в теме ʼʼРаспад углеводовʼʼ.
4-й вопрос
Увеличение количества молочнои̌ кислоты в саркоплазматическом пространстве мышц сопровождается изменением осмотического давления при ϶том вода из межклеточнои̌ среды поступает внутрь мышечных волокон, вызывая их набухание и регидность. Значительные изменения осмотического давления в мышцах могут быть причинои̌ болевых ощущений.
Молочная кислота легко диффундирует через клеточные мембраны по градиенту концентрации в кровь, где вступает во взаимодействие с бикарбонатнои̌ системой, что приводит к выделению ʼʼнеметаболическогоʼʼ избытка СО2:
NаНСО3 + СН3 – СН – СООН СН3 – СН – СООNа + Н2О + СО2
Исходя из всᴇᴦο выше сказанного, мы приходим к выводу, что увеличение кислотности, повышение СО2, служит сигналом для дыхательного центра, при выходе молочнои̌ кислоты усиливается легочная вентиляция и поставка кислорода работающей мышцы.
5-й вопрос
Биологическое окисление – ϶то совокупность окислительных реакций, происходящих в биологических объектах (в тканях) и обеспечивающих организм энергией и метаболитами для осуществления процессов жизнедеятельности. При биологическом окислении аналогичным образом идет разрушение вредных продуктов обмена веществ, продуктов жизнедеятельности организма.
В развитии теории биологического окисления принимали участие ученые: 1868 г. - Шёнбайн (немецкий ученый), 1897 г. - А.Н. Бах, 1912 г. В.И. Палладин, Г.Виланд. Взгляды этих ученых положены в основу современнои̌ теории биологического окисления. Её суть.
В переносе Н2 на О2 участвуют несколько ферментных систем (дыхательная цепь ферментов), выделяют три основных компонента: дегидрогеназы (НАД, НАДФ); флавиновые (ФАД, ФМН); цитохромы (гем Fe2+). В результате образуется конечный продукт биологического окисления – H2O. В биологическом окислении участвует цепь дыхательных ферментов.
Первый акцептор Н2 – дегидрогеназа, кофермент – либо НАД (в митохондриях), либо НАДФ (в цитоплазме).
| H(H+ē) |
|
|
|
| Субстраты: лактат, цитрат, малат, сукцинат, глицерофосфат и другие метаболиты. В зависимости от природы организма и окисляемого субстрата окисление в клетках может осуществляться главным образом по одному из 3-х путей. 1.При полном наборе дыхательных ферментов, когда идет предварительное активирование О в О2-. Н (Н+е-) Н+е- 2е- 2е- 2е- 2е- 2е- S НАД ФАД b c a1 a3 1/2O2 H2O Н (Н+е-) Н+е- 2.Без цитохромов: S НАД ФАД О2 Н2О2. 3.Без НАД и без цитохромов: S ФАД О2 Н2О2. Учёные установили, что при переносе водорода на кислород при участии всех переносчиков образуется три молекулы АТФ. Восстановление формы НАД·H2 и НАДФ·H2 при переносе H2 на O2 дают 3 АТФ, а ФАД·H2 даёт 2 АТФ. При биологическом окислении образуется Н2О или Н2О2, она, в свою очередь, под действием каталазы распадается на Н2О иО2. Вода, образующаяся при биологическом окислении, расходуется на нужды клетки (реакции гидролиза) или выводится как конечный продукт из организма. При биологическом окислении выделяется энергия, которая либо переходит в тепловую и рассеивается, либо накапливается в ~ АТФ и потом используется на все жизненные процессы. Процесс, при котором идет накопление энергии, освободившейся при биологическом окислении, в ~ связях АТФ – окислительное фосфорилирование, то есть синтез АТФ из АДФ и Ф(н) за счёт энергии окисления органических веществ: Н+ внешняя сторона ОН- матрикс Мембрана оказывается поляризованнои̌. С наружнои̌ стороны мембраны накапливаются ионы Н+, а с внутренней – ионы ОН-. Вследствие того, что по обе стороны мембраны находятся разнозаряженные частицы возникает электрохимический мембранный потенциал, который является движущей силой для синтеза АТФ. Синтез АТФ катализируется АТФ-синтетазой, расположеннои̌ в мембране. АДФ + Ф(н) АТФ + Н+ + ОН- АТФ будет синтезироваться, в случае если образующаяся вода будет удаляться. Это достигается благодаря тому, что в силу градиента рН ионы ОН- воды вытягиваются в наружнее пространство, а ионы Н+ - во внутреннее пространство митохондрий. При переносе пары е- во внешнее пространство выбрасывается 6 протонов (Н+), что приводит к образованию 3-х молекул АТФ. Тема 14. Пути ресинтеза АТФ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Тема 14. Пути ресинтеза АТФ"2017-2018. |
Прежде чем мы описать систему MOVEOUT, я хочу, чтобы вы вообще понимали какие процессы происходят в мышцах при работе. Я не буду вдаваться в мельчайшие подробности, дабы не травмировать вашу психику, поэтому расскажу о самом важном. Что же, возможно многие не поймут этот раздел, но советую его хорошо изучить, так как благодаря нему вы поймете как работают наши мышцы, а значит поймете как их правильно тренировать.
Итак, основное, что нужно для работы наших мышц – это молекулы АТФ с которой мышцы получают энергию. От расщепления АТФ образуется молекула АДФ + энергия. Вот только запасов АТФ хватает в наших мышцах всего на 2 секунды работы, а далее идет ресинтез АТФ из молекул АДФ. Собственно, от типов процессов ресинтеза АТФ и зависит работоспособность и функциональность.
Итак, выделяют такие процессы. Они обычно подключаются друг за другом
1. Анаэробный креатинфосфатный
Главным преимуществом креатинфосфатного пути образования АТФ являются
- малой время развертывания,
- высокая мощность.
Креатинфосфатный путь связан с веществом креатинфосфатом . Креатинфосфат состоит из вещества креатина. Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким сродством с АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате реакции гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ.
Креатинфосфат + АДФ → креатин + АТФ.
Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой . Данный путь ресинтеза АТФ иногда называют креатикиназным, иногда фосфатным или алактатным.
Креатинфосфат – вещество непрочное. Образование из него креатина происходит без участия ферментов. Не используемый организмом креатин, выводится из организма с мочой. Синтез креатинфосфата происходит во время отдыха из избытка АТФ. При мышечной работе умеренной мощности запасы креатинфосфата могут частично восстанавливаться. Запасы АТФ и креатинфосфата в мышцах называют также фосфагены.
Фосфатная система отличается очень быстрым ресинтезом АТФ из АДФ, однако она эффективна только в течение очень короткого времени. При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 с. Вначале в течение 2 с расходуется АТФ, а затем в течение 6-8 с - КФ.
Фосфатная система называется анаэробной, потому что в ресинтезе АТФ не участвует кислород, и алактатной, поскольку не образуется молочная кислота.
Эта реакция является главным источником энергии для упражнений максимальной мощности: бег на короткие дистанции, прыжки метания, подъем штанги. Эта реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических упражнений, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы.
2. Анаэробный гликолиз
По мере увеличения интенсивности нагрузки наступает период, когда мышечная работа уже не может поддерживаться за счет одной только анаэробной системы из-за нехватки кислорода. С этого момента в энергообеспечение физической работы вовлекается лактатный механизм ресинтеза АТФ, побочным продуктом которого является молочная кислота. При недостатке кислорода молочная кислота, образовавшаяся в первой фазе анаэробной реакции, не нейтрализуется полностью во второй фазе, в результате чего происходит ее накопление в работающих мышцах, что приводит к ацидозу, или закислению, мышц.
Гликолитический путь ресинтеза АТФ, так же как креатинфосфатный является анаэробным путем. Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ в данном случае является мышечный гликоген. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под действием фермента фосфорилазы поочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1-фосфата. Далее молекулы глюезо-1-фосфата после ряда последовательных реакций превращаются в молочную кислоту. Этот процесс называется гликолиз. В результате гликолиза образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатные группы, соединенные макроэргическими связями. Эта связь легко переносится на АДФ с образованием АТФ. В покое реакции гликолиза протекают медленно, но при мышечной работе его скорость может возрасти в 2000 раз, причем уже в предстартовом состоянии.
Время развертывания 20-30 секунд.
Время работы с максимальной мощностью – 2 -3 минуты.
Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем:
- он быстрее выходит на максимальную мощность,
- имеет более высокую величину максимальной мощности,
- не требует участия митохондрий и кислорода.
Однако у этого пути есть и свои недостатки :
- процесс малоэкономичен,
- накопление молочной кислоты в мышцах существенно нарушает их нормальное функционирование и способствует утомлению мышцы.
1. Аэробный путь ресинтеза
Аэробный путь ресинтеза АТФиначе называется тканевым дыханием – это основной способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород, доставляемый в мышцы кровью, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.
Кислородная, или аэробная, система является наиболее важной для спортсменов на выносливость, поскольку она может поддерживать физическую работу в течение длительного времени. Кислородная система обеспечивает организм, и в частности мышечную деятельность, энергией посредством химического взаимодействия пищевых веществ (главным образом, углеводов и жиров) с кислородом. Пищевые вещества поступают в организм с пищей и откладываются в его хранилищах для дальнейшего использования по необходимости. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Запасы гликогена могут сильно варьироваться, но в большинстве случаев их хватает как минимум на 60-90 мин работы субмаксимальной интенсивности. В то же время запасы жиров в организме практически неисчерпаемы.
Углеводы являются более эффективным "топливом" по сравнению с жирами, так как при одинаковом потреблении энергии на их окисление требуется на 12% меньше кислорода. Поэтому в условиях нехватки кислорода при физических нагрузках энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов.
Поскольку запасы углеводов ограничены, ограничена и возможность их использования в видах спорта на выносливость. После исчерпания запасов углеводов к энергообеспечению работы подключаются жиры, запасы которых позволяют выполнять очень длительную работу. Вклад жиров и углеводов в энергообеспечение нагрузки зависит от интенсивности упражнения и тренированности спортсмена. Чем выше интенсивность нагрузки, тем больше вклад углеводов в энергообразование. Но при одинаковой интенсивности аэробной нагрузки тренированный спортсмен будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком.
Таким образом, тренированный человек будет более экономично расходовать энергию, так как запасы углеводов в организме небезграничны.
Производительность кислородной системы зависит от количества кислорода, которое способен усвоить организм человека. Чем больше потребление кислорода во время выполнения длительной работы, тем выше аэробные способности. Под воздействием тренировок аэробные способности человека могут вырасти на 50%.
Время развертывания составляет 3 – 4 минуты, но у хорошо тренированных спортсменов может составлять 1 мин. Это связано с тем, что на доставку кислорода в митохондрии требуется перестройка практически всех систем организма.
Время работы с максимальной мощностью составляет десятки минут. Это дает возможность использовать данный путь при длительной работе мышц.
По сравнению с другими идущими в мышечных клетках процессами ресинтеза АТФ аэробный путь имеет ряд преимуществ:
- Экономичность: из одной молекулы гликогена образуется 39 молекул АТФ, при анаэробном гликолизе только 3 молекулы.
- Универсальность в качестве начальных субстратов здесь выступают разнообразные вещества: углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела, аминокислоты.
- Очень большая продолжительность работы. В покое скорость аэробного ресинтеза АТФ может быть небольшой, но при физических нагрузках она может стать максимальной.
Однако есть и недостатки.
- Обязательное потребление кислорода, что ограничено скоростью доставки кислорода в мышцы и скоростью проникновения кислорода через мембрану митохондрий.
- Большое время развертывания.
- Небольшую по максимальной величине мощность.
Поэтому мышечная деятельность, свойственная большинству видов спорта, не может быть полностью получена этим путем ресинтеза АТФ.
Примечание. Эта глава написана на основе учебника "ОСНОВЫ БИОХИМИИ СПОРТА"
АТФ и мышечная работа АТФ – непосредственный источник при мышечной работе. Скорость расходования АТФ очень высокая. Запасы АТФ невелики. Вся АТФ не может быть затрачена при работе. Выполнение значительного объема работы возможно только при ресинтезе АТФ с той же скоростью, с какой она тратиться.
ПУТИ РЕСИНТЕЗА АТФ Процессы, обеспечивающие ресинтез АТФ принято делить на аэробные и анаэробные. К важнейшим анаэробным процессам относятся: - креатинфосфатная реакция - гликолиз Есть и другие, но их вклад в энергообеспечение мышечной работы незначителен.
ПОКАЗАТЕЛИ МЕХАНИЗМОВ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ Для сравнения различных механизмов, оценки их возможностей используются следующие показатели: - Максимальная мощность - Скорость развертывания - Емкость - Эффективность
ПОКАЗАТЕЛИ Мощность – максимальное количество энергии, которое тот или иной процесс может дать в единицу времени (максимальное количество АТФ, которое может быть ресинтезировано в единицу времени). Скорость развертывания – время от начала работы до достижения процессом максимальной мощности.
ПОКАЗАТЕЛИ ЕМКОСТЬ - общее количество энергии, которое может поставить процесс для обеспечения работы ЭФФЕКТИВНОСТЬ – отношение энергии, используемой для ресинтеза АТФ, к общему количеству освободившейся энергии.
АЭРОБНЫЙ РЕСИНТЕЗ АТФ (аэробное биологическое окисление) Биологическое окисление бывает аэробным и анаэробным. АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ – основной путь ресинтеза АТФ, непрерывно действующий на протяжении всей жизни. Суть процесса --------------------
АЭРОБНЫЙ РЕСИНТЕЗ АТФ (Аэробное окисление) Окисление в организме заключается в отщеплении от окисляемого вещества водорода – раздельно 2 -х протонов и 2 -х электронов. Водород отщепляется ферментами НАД и ФАД. Носителями энергии при этом являются электроны. Для организма важно: - эффективно использовать энергию электронов - не допустить значительного повышения температуры.
АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ При аэробном окислении конечным акцептором водорода является кислород. Чтобы решить указанные ранее задачи НАД не передает протоны и электроны сразу кислороду. Они проходят через цепь промежуточных переносчиков (дыхательную цепь).
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ Энергетический эффект окисления связан с переносом электронов. На каждом этапе переноса они теряют часть энергии. В трех пунктах переноса освобождаются более значительные порции энергии: НАД ФАД, b c 1, аа 3 кислород. В этих трех пунктах освобождается энергия, которая может быть использована организмом для выполнения какой-либо работы. Но не непосредственно, а через АТФ.
Роль АТФ АТФ является непосредственным источником энергии для живых организмов. При расщеплении АТФ освобождается энергия: АТФ -- АДФ + Н 3 РО 4 + Энергия Только энергия, освобождающаяся при расщеплении АТФ, может использоваться живыми организмами для выполнения всех видов работ.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ 1 Освобождающаяся в этих трех пунктах энергия используется на ресинтез АТФ по уравнению: АДФ + фосфорная кислота + Эн. = АТФ На другие процессы эта энергия использоваться не может. Перенос по дыхательной цепи пары водородов обеспечивает ресинтез 3 -х молекул АТФ. На это используется почти 60% освобождающейся энергии Энергия, не используемая на синтез АТФ, освобождается в виде тепла.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ 2 В обычных условиях этого тепла как раз хватает для поддержания температуры тела. То есть полезно используется практически вся энергия. Но за счет тепла работу выполнить нельзя. При работе, когда процессы окисления ускоряются, тепла освобождается много и включается терморегуляция.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ 3 Имеются косвенные данные, свидетельствующие о том, что у спортсменов экстра класса, специализирующихся в аэробных видах спорта, эффективность аэробного окисления выше. Перенос одной пары водорода может обеспечить ресинтез не 3, а 4 -х молекул АТФ.
СКОРОСТЬ АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ Скорость аэробного окисления зависит от потребности в энергии, а точнее от концентрации АДФ. Но иногда эта связь нарушается.
СВОБОДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ Свободное окисление – когда освобождающаяся при переносе электронов энергия не используется на ресинтез АТФ, а освобождается в виде тепла. Вместо 3 -х молекул АТФ может ресинтезироваться 2, 1 или даже ни одной.
РОЛЬ СВОБОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ Свободное окисление может включаться: - при холодовом воздействии на организм - при необходимости устранить из организма (путем расщепления) какието нежелательные для него вещества. - при неблагоприятных изменениях в организме, вызванных мышечной работой или другими причинами.
РОЛЬ СВОБОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ 2 При закаливании вырабатывается способность легко включать свободное окисление, чтобы противодействовать холодовому воздействию. Под влиянием систематической тренировки в видах спорта с большими энерготратами связь между окислением и ресинтезом АТФ становится более прочной, чтобы не снижалась эффективность процессов аэробного окисления.
ЛОКАЛИЗАЦИЯ АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ Процесс аэробного окисления происходит внутри клеток в митохондриях. Количество митохондрий под влиянием систематической тренировки может увеличиваться.
Достоинства и недостатки аэробного ресинтеза АТФ ДОСТОИНСТВА: Наличие большого количества субстратов окисления (углеводы, жиры, белки). Удобные конечные продукты (СО 2 и Н 2 О), которые легко устраняются из организма. Высокая энергетическая эффективность: почти 60% освобождающейся энергии используется полезно на ресинтез АТФ.
НЕДОСТАТКИ 2 Низкая скорость развертывания и ограниченная мощность. Оба указанных недостатка аэробного пути ресинтеза АТФ связаны с возможностями потребления, транспорта и использования кислорода.
СКОРОСТЬ АЭРОБНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ЗАВИСИТ: - от потребности в энергии - от количества и активности ферментов от наличия субстратов окисления От поставки кислорода
ПОСТАВКА КИСЛОРОДА Возможности организма по доставке кислорода к работающим тканям и органам является главным фактором, ограничивающим аэробное энергообеспечение. Доставка кислорода к местам использования обеспечивается деятельностью дыхательной и ССС, системой крови. К доставке кислорода имеет отношение гемоглобин крови и миоглобин, содержащийся в тканях.
ВЛИЯНИЕ ТРЕНИРОВКИ Все органы и системы, обеспечивающие потребление, транспорт и использование кислорода подвержены влиянию тренировки – происходит их совершенствование. Это проявляется в повышении максимальной мощности аэробного пути ресинтеза АТФ. Скорость развертывания менее значимый показатель.
МАКСИМАЛЬНОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА (МПК) В качестве показателя уровня развития аэробного пути ресинтеза АТФ используется максимальное потребление кислорода – максимальное количество кислорода, которое может потребить и использовать тот или иной человек в единицу времени при выполнении интенсивной работы.
МПК Различают абсолютные и относительные значения МПК. В состоянии покоя потребление О 2 составляет 0, 3 -0, 4 л/мин. При выполнении интенсивной работы МПК увеличивается и может достигать 3 -4 -5 л/мин. Это абсолютные значения МПК.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МПК Если два человека имеют одинаковые значения МПК, на разную массу тела, у кого выше аэробные возможности? У того, у кого меньше масса тела. Поэтому более информативны относительные значения МПК – когда количество потребляемого кислорода (в мл) делится на массу тела (в кг).
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МПК 2 Относительные значения МПК варьируют у разных людей (в зависимости от возраста, пола, состояния здоровья, уровня тренированности, спортивной специализации) от 20 до 85 мл/кг/мин и более.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МПК 3 Можно сказать, что емкость аэробного пути ресинтеза АТФ – безгранична. Работает на протяжении всей жизни без остановки. Но интересно не это, а сколько времени аэробный процесс может работать с максимальной или около максимальной мощностью.
УСЛОВИЯ ДОСТИЖЕНИЯ МПК МПК достигается при ЧСС 180190 уд/мин. При этих значениях ЧСС достигается максимальная сердечная производительность. Продолжительность работы должна быть не менее 2 минут.
ЕМКОСТЬ АЭРОБНОГО ПУТИ 2 Нетренированный человек на уровне МПК может работать 6 -8 минут. Спортсмен экстра класса представитель аэробных видов спорта – 30 -35 минут.
РОЛЬ АЭРОБНОГО ПУТИ ПРИ РАБОТЕ Основной механизм энергообеспечения при любой достаточно продолжительной работе. «Фоновый» механизм при работе переменной интенсивности. Обеспечивает энергией все восстановительные процессы.
АНАЭРОБНЫЕ ПУТИ РЕСИНТЕЗА АТФ Анаэробные процессы компенсируют недостатки аэробного: обладают высокой скоростью развертывания и высокой мощностью. Но имеют небольшую емкость. Они работают подобно аккумуляторам: «заряжаются» за счет аэробного процесса и в нужный момент отдают энергию.
Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ В клетках организма, кроме АТФ, имеется еще одно вещество с богатой энергией химической связью – креатинфосфат (Кр. Ф). Креатинфосфат может вступать в реакцию с АДФ: Кр. Ф + АДФ Кр + АТФ Этот механизм энергообеспечения называют также алактатным анаэробным
КРЕАТИНФОСФАТНАЯ РЕАКЦИЯ Это очень простой по химической природе механизм – всего одна реакция. Кр. Ф находится в клетке рядом с местами образования АДФ при работе. Благодаря этому креатинфосфатная реакция обладает уникальными характеристиками.
ВОЗМОЖНОСТИ Кр. Ф-реакции У нее наибольшая скорость развертывания: максимальной мощности достигает через 1 -3 секунды после начала интенсивной работы. Наибольшая мощность: максимальная мощность Кр. Ф -реакции в 3 -4 раза выше максимальной мощности аэробного пути ресинтеза АТФ и в 1, 5 -2 раза выше максимальной мощности гликолиза. Благодаря своим кникальным характеристикам креатинфосфатная реакция лежит в основе скоростно-силовых качеств. Главным недостатком является ограниченная емкость, зависящая от содержания креатинфосфатата.
ЕМКОСТЬ Кр. Ф-реакции Работать с максимальной интенсивностью можно 6 -8 секунд. Через 6 -8 секунд Кр. Ф снижается настолько, что скорость реакции замедляется и снижается интенсивность работы. Хорошо тренированные спортсмены (спринтеры) могут работать за счет этой реакции более продолжительное время. Время работы с максимальной интенсивностью используется для оценки емкости Кр. Ф – реакции.
ВЛИЯНИЕ ТРЕНИРОВКИ Под влиянием целенаправленной тренировки повышается скорость развертывания, мощность и емкость Кр. Ф – реакции. Особенно значительно можно повысить емкость. В основе этого лежит увеличение Кр. Ф, которое может повыситься в 1, 5 -2 раза.
РОЛЬ ПРИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Основной механизм энергообеспечения в упражнениях максимальной и близкой к максимальной мощности (спринтерский бег, упражнения со штангой). Обеспечивает энергией резкие изменения мощности по ходу работы.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КРЕАТИНФОСФАТА После завершения интенсивной работы запасы Кр. Ф восстанавливаются. Это происходит по уравнению: Кр + АТФ Кр. Ф + АДФ АТФ, используемая для ресинтеза Кр. Ф, образуется в ходе процессов аэробного окисления, для обеспечения которых требуется дополнительное количество кислорода. Запасы Кр. Ф могут восстановиться за 2 -5 минут. При значительном снижении их содержания – за более продолжительное время.
Кислородный долг Излишек кислорода, потребляемый в период восстановления после интенсивной работы сверх уровня покоя.
ГЛИКОЛИЗ Анаэробное расщепление гликогена или глюкозы до образования молочной кислоты (МК). За счет освобождающейся энергии ресинтезируется АТФ. Расщепление до молочной кислоты 1 молекулы глюкозы обеспечивает ресинтез 2 молекул АТФ, 1 глюкозного остатка гликогена – 3 молекул АТФ.
ГЛИКОЛИЗ Гликолиз по своим возможностям занимает промежуточное положение между Кр. Фреакцией и аэробным ресинтезом АТФ. Скорость развертывания гликолиза – 20 -40 секунд Мощность: в 1, 5 -2 раза выше максимальной мощности аэробного окисления и в 1, 5 -2 раза ниже мощности Кр. Ф-реакции. Оценить емкость гликолиза сложно, так как он один не может участвовать в энергообеспечении работы. По косвенным данным – гликолиз может дать в 5 -7 раз больше энергии, чем Кр. Ф-реакция.
ЕМКОСТЬ ГЛИКОЛИЗА Емкость гликолиза зависит: - от содержания гликогена в быстрых мышечных волокнах. - от устойчивости ферментов (и не только ферментов) к наполнению молочной кислоты и изменению р. Н - от емкости буферных систем - от волевых качеств.
РОЛЬ ГЛИКОЛИЗА Важнейший механизм энергообеспечения в упражнениях субмаксимальной мощности. Это упражнения продолжительностью от 30 до 3 -4 минут, при условии, что человек за все время выкладывается полностью. Участвует в энергообеспечении более кратковременных и продолжительных упражнений. Участвует в энергообеспечении упражнений, где присутствует статический режим деятельности мышц. Участвует в энергообеспечении повседневной деятельности.
ВЛИЯНИЕ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ НА ОРГАНИЗМ Сдвигает р. Н в кислую сторону. Из-за сдвига р. Н: - падает активность ферментов - изменяются свойства многих белков (в том числе сократительных). Вызывает осмотические явления – переход воды внутрь мышечных волокон. Происходит чрезмерное усиление дыхания, что требует дополнительных затрат энергии.
УСТРАНЕНИЕ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ Молочная кислота практически не устраняется в тех волокнах, где образуется, а поступает в кровь. Два основных пути: - использование в качества источника энергии (сердце и другие ткани) - ресинтез в гликоген (в печени). Ресинтез гликогена из молочной кислоты требует затрат энергии (в виде АТФ). Для ресинтеза этого АТФ требуется дополнительное количество кислорода. Этот кислород также включается в кислородный долг.
МИОКИНАЗНАЯ РЕАКЦИЯ АДФ + АДФ АТФ + АМФ Этот механизм называют реакцией крайней помощи. Может использоваться в самых крайних случаях. Емкость незначительна. Проявляет себя при необходимости устранить излишки АТФ и на начальных этапах мышечной работы. АМФ – стимулятор аэробного окисления.
Количественные критерии путей ресинтеза АТФ.
Для количественной характеристики различных путей ресинтеза АТФ обычно используются следующие критерии:
а) Максимальная мощность или максимальная скорость - это наибольшее количество АТФ, которое может образоваться в единицу времени за счет данного пути ресинтеза. Измеряется максимальная мощность в калориях или джоулях, исходя из того, что 1 ммоль АТФ (506 мг) соответствует в физиологических условиях примерно 12 кал или 50 Дж (1 кал = 4,18 Дж). Поэтому данный критерий имеет размерность кал/мин·кг мышечной ткани или соответственно Дж/мин·кг мышечной ткани.
б) Время развертывания - это минимальное время, необходимое для выхода ресинтеза АТФ на свою наибольшую скорость, т.е. для достижения максимальной мощности. Этот критерий измеряется в единицах времени (с., мин.).
в) Время сохранения или поддержания максимальной мощности это наибольшее время функционирования данного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью. Единицы измерения - с., мин., часы.
г) Метаболическая ёмкость - это общее количество АТФ, которое может образоваться во время мышечной работы за счет данного пути ресинтеза АТФ.
В зависимости от потребления кислорода пути ресинтеза делятся на аэробные и анаэробные.
Аэробный путь ресинтеза АТФ (синонимы: тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорилирование ) - это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода (два протона и два электрона) и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород - О 2 , доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез 3 молекул АТФ.
В упрощенном виде ресинтез АТФ аэробным путем может быть представлен схемой:
Чаще всего водород отнимается от промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) - цикла Кребса (изолимонная, a-кетоглутаровая, янтарная и яблочная кислоты). Цикл Кребса - это завершающий этап катаболизма, в ходе которого происходит окисление ацетилкофермента А до СО 2 и Н 2 О. В ходе этого процесса от перечисленных выше кислот отнимается 4 пары атомов водорода и поэтому образуется 12 молекул АТФ при окислении одной молекулы ацетилкофермента А.
Итоговое уравнение ЦТК:
СН 3 СО~SКоА + 1/2 О 2 KoA-SH + 2 CO 2 +H 2 O
Ацетил-кофермент А Кофермент А
12 АДФ + 12 Н 3 РО 4 12 АТФ
В свою очередь, ацетил-КоА может образовываться из углеводов, жиров и аминокислот, т.е. через ацетил-КоА в цикл Кребса вовлекаются углеводы, жиры и аминокислоты:
Углеводы +О 2
+О 2 +О 2
Жиры Ацетил-КоА 2 СО 2 +Н 2 О
