Источники ресинтеза атф в мышечной ткани. Пути ресинтеза атф в работающей мышце. Биохимические сдвиги в головном мозге и миокарде

Рубрика: "Биохимия". Анаэробные и аэробные пути ресинтеза АТФ при мышечной деятельности.
Ресинтез АТФ в процессе гликолиза, эффективность и особенности этого процесса при мышечной деятельности.
Миокиназная реакция и ее роль в поддержании постоянства концентрации АТФ в работающих мышцах.
Роль ресинтеза АТФ в процессе аэробного окисления в обеспечении энергией длительной мышечной деятельности.
Взаимосвязь между анаэробным и аэробным процессами в мышцах

В двухфазной мышечной деятельности, т.е. при чередовании актов сокращения и расслабления, происходит несколько процессов, для протекания которых необходимо расщепление АТФ. Гидролиз АТФ происходит по уравнению:

Наличие широкого круга процессов, потребляющих энергию при мышечной работе, обуславливает высокую скорость ее расходования. Запасы АТФ в мышечном волокне составляют 0,4 – 0,5 % от веса мышцы, их хватает на 0,5 – 1 сек. работы с субмаксимальной интенсивностью.
Мышечные волокна нормально работают только при содержании АТФ , колеблющемся в небольшом диапазоне. Накопление больших количсеств АТФ, чем 0,5 % (от веса мышцы) в мышце не происходит, так как возникает субстратное угнетение миозиновой АТФ-азы, препятствующее образованию связей между нитями актина и миозина, ведущее к утрачиванию сократительной способности мышцы. При концентрации АТФ 0,15-0,2 % от веса мышцы наблюдается затруднение в работе «кальциевого насоса», и становится невозможным разрыв между актином и миозином. Все вышесказанное предъявляет высокие требования к процессам, обеспечивающим восполнение (ресинтез) запасов АТФ.
При повышении работоспособности под влиянием физической тренировки происходит не только увеличение скорости расщепления АТФ при работе, но и совершенствование процессов, в которых АТФ ресинтезируется.

Ресинтез АТФ при мышечной работе можно выразить суммарным уравнением:

Фосфорилирование АДФ неорганическим фосфатом в физиологических условиях требует затрат энергии в количестве около 10 ккал/моль. Нужное количество энергии освобождается в процессах двух типов: аэробных, происходящих с участием кислорода, и анаэробных, осуществляющих ресинтез АТФ без участия кислорода. Прежде чем переходить к характеристике различных путей ресинтеза АТФ, следует остановиться на показателях, позволяющих сравнивать, оценивать их достоинства и недостатки. К таким показателям относятся максимальная мощность процесса, скорость его развертывания, метаболическая емкость и эффективность.
Под максимальной мощностью понимается наибольшая скорость освобождения энергии, используемой для ресинтеза АТФ, в том или ином процессе (наибольшее количество АТФ, ресинтезируемое в единицу времени).
Скорость развертывания оценивается временем от начала работы до момента достижения процессом максимальной мощности.
Метаболическая емкость – общее количество энергии, которое может быть освобождено в процессе распада вещества до исчерпания возможностей его мобилизации (общее количество ресинтезируемой АТФ).
Эффективность процесса – характеризуется отношением количества энергии, затраченной на выполнение механической работы, к общему количеству освободившейся энергии. Различают термодинамическую, метаболическую и механическую эффективность.
Термодинамическая эффективность - оценивается той долей энергии АТФ, которая преобразуется в механическую работу. В механическую работу преобразуется 40-49 % (0,4%) энергии, освобождающейся при расщеплении АТФ.
Метаболическая эффективность показывает, какая часть освободившейся в ходе химических превращений энергии фиксируется в макроэргических фосфатных связях АТФ. В частности, для аэробного окисления углеводов максимальная метаболическая эффективность составляет около 60%.
Механическая эффективность – количественно характеризует способность организма использовать энергию химических связей различных энергетических источников для обеспечения мышечной работы. Она рассчитывается как произведение термодинамической эффективности и метаболической.
Аэробный процесс – основной механизм ресинтеза АТФ, практически полностью обеспечивающий в обычных условиях энергетические потребности организма. Он характеризуется высокой эффективностью, большой метаболической емкостью, широким кругом субстратов окисления (субстратами аэробного окисления могут быть углеводы, липиды, продукты белкового обмена), отсутствием накопления в организме токсических продуктов обмена. Однако, многостадийность этого процесса, сложный путь транспорта кислорода к работающим органам и ограниченные возможности систем, обеспечивающих этот транспорт, ограничивают аэробный процесс по максимальной мощности. Наряду с этим, аэробный процесс имеет низкую скорость развертывания. У нетренированных лиц процесс аэробного ресинтеза АТФ достигает своей максимальной мощности только через 3-4 минуты после начала напряженной мышечной работы. Наибольшая скорость ресинтеза АТФ в аэробном процессе у лиц с высокой степенью тренированности, выполняющих разминку, достигается только к концу первой минуты интенсивной мышечной работы. Учитывая, что многие спортивные упражнения имеют продолжительность меньшую, чем нужно для полного включения аэробного процесса, даже такую скорость развертывания можно рассматривать как недостаточно высокую. Другая особенность аэробного процесса заключается в том, что и при максимальной мощности в единицу времени в нем образуется меньше АТФ, чем расходуется за это же время при интенсивной физической работе. При наличии только аэробного механизма энергообеспечения организма не обладал бы способностью быстро переходить от состояния покоя к напряженной работе, быстро повышать мощность по ходу упражнения, выполнять кратковременные интенсивные упражнения скоростно-силового характера.
Анаэробные процессы , включающие меньшее число химических реакций, чем аэробные, и не зависящие от поставки кислорода, превосходят аэробные процессы по скорости развертывания и характеризуются более высокой максимальной мощностью. Однако, их метаболическая емкость, зависящая от запасов креатинфосфата и гликогена, а также от устойчивости организма к воздействию продуктов анаэробного обмена значительно уступает аэробному процессу по метаболической емкости. Можно выделить три основных анаэробных процесса: креатинфосфокиназную реакцию, гликолиз и миокиназную реакцию . Во всех трех процессах ресинтез АТФ происходит путем взаимодействия АДФ с макроэргическими соединениями либо присутствующими в мышцах (АДФ и креатинфосфат), либо образующимися в процессе анаэробных окислительных превращений углеводов (дифосфоглицериновая и фосфопировиноградная кислоты). Следует рассмотреть локализацию этих энергопоставляющих процессов в мышечном волокне и их взаимоотношение при мышечной деятельности. Потребление АТФ миофибриллами в саркоплазме приводит к образованию АДФ, которая тут же в саркоплазме (на миофибриллах), регенирируется в АТФ в ходе креатинкиназной реакции. Креатинфосфат (КФ) отдает свою фосфатную группу и превращается в креатин.
Гликолиз также происходит в саркоплазме. Субстратом для него является глюкоза, которая образуется из мышечного гликогена или приносится в мышцу кровью. В процессе гликолиза ресинтезируется АТФ, а конечный продукт – молочная кислота - покидает мышцу, диффундируя в кровь. Аэробные процессы окисления локализованы в митохондриях, туда поступает кислород и субстраты окисления – образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота (ПВК) и жирные кислоты. ПВК и жирные кислоты окисляются, и в форме ацетил КоА вступают в цикл Кребса.
Следует указать на важную роль КФ в энергетике сердечной и скелетной мышц. КФ является связующим звеном между процессами, идущими с освобождением энергии (окислительное фосфорилирование, гликолиз), и процессами, ее потребляющими, он является переносчиком макроэргических фосфатных групп из митохондрий в саркоплазму - к миофибриллам. Мембраны митохондрий непроницаемы для АТФ, но проницаемы для КФ. Как только КФ отдает свою фосфатную группу АДФ, креатин проникает в митохондрии и получает от образовавшейся там АТФ фосфатную группу.
Далее КФ из митохондрий движется в саркоплазму и снова вступает в реакцию с АДФ, восстанавливая АТФ. Механизм этот зависит от соотношения АТФ/АДФ в саркоплазме. Чем больше расход АТФ и увеличение содержания АДФ, тем интенсивнее он работает.
При выполнении любой мышечной деятельности действуют все механизмы ресинтеза АТФ, хотя вклад каждого из них в ее энергетическое обеспечение зависит от мощности и продолжительности упражнения.
Существует определенная последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ по мере продолжения мышечной деятельности: первые 2 – 3 с. расщепляется только АТФ, затем от 3 до 20 с. ее ресинтез происходит в основном за счет креатинфосфата, через 30 – 40 с. работы с максимальной интенсивностью основная доля энергии вырабатывается за счет анаэробного гликолиза, дальнейшее увеличение продолжительности работы повышает значимость в энергообеспечении аэробного механизма.

Тема: ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

2. Аэробный путь ресинтеза АТФ.

3. Анаэробные пути ресинтеза АТФ.

4. Соотношения между различными путями ресинтеза АТФ при мышечной работе. Зоны относительной мощности мышечной работы.

Тема : БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОР­ГАНИЗМЕ ПРИ РАБОТЕ РАЗЛИЧНОГО ХА­ РАКТЕРА

1. Основные механизмы нервно-гуморальной регуляции мышечной деятельности.

2. Биохимические изменения в скелетных мышцах.

3. Биохимические сдвиги в головном мозге и миокарде.

4. Биохимические изменения в печени.

5. Биохимические сдвиги в крови.

6. Биохимические сдвиги в моче.

1. Количественные критерии путей ресинтеза АТФ.

Сокращение и расслабление мышцы нуждаются в энергии, которая образуется при гидролизе молекул АТФ.

Однако запасы АТФ в мышце незначительны, их достаточно для работы мышцы в течении 2 секунд. Образование АТФ в мышцах называется ресинтезом АТФ.

Таким образом, в мышцах идет два параллельных процесса – гидролиз АТФ и ресинтез АТФ.

Ресинтез АТФ в отличие от гидролиза может протекать разными путями, а всего, в зависимости от источника энергии их выделяют три: аэробный (основной), креатинфосфатный и лактатный.

Для количественной характеристики различных путей ресинтеза АТФ обычно используют несколько критериев.

1. 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 один ммоль АТФ соответствует физиологическим условиям примерно 12 кал или 50 Дж. Поэтому данный критерий имеет размерность кал/мин-кг мышечной ткани или Дж/мин-кг мышечной ткани.

2. Время развертывания – это минимальное время, необходимое для выхода ресинтеза АТФ на свою наибольшую скорость, то есть для достижения максимальной мощности. Этот критерий измеряется в единицах времени.

3. Время сохранения или поддержания максимальной мощности – это наибольшее время функционирования данного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью.

4. 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.

2. Аэробный путь ресинтеза атф

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.

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.

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.

АТФ в процессе сокращения поставляет необходимую энергию для образования актомиозинового комплекса, а в процессе расслабления мышцы - обеспечивает энергией активный транспорт ионов кальция в ретикулум. Для поддержания сократительной функции мышцы концентрация АТФ в ней должна находиться на постоянном уровне от 2 до 5 ммоль/кг.

Поэтому при мышечной деятельности аденозинтрифосфорная кислота должна восстанавливаться с той же скоростью, с какой расщепляется в процессе сокращения, что осуществляется отдельными биохимическими механизмами ее ресинтеза.

Энергетические источники ресинтеза АТФ в скелетных мышцах и других тканях - богатые энергией фосфатсодержащие вещества. Они присутствуют в тканях (креатинфосфат, аденозиндифосфат) или образуются в процессе катаболизма гликогена, жирных кислот и других энергетических субстратов. Кроме того, в результате аэробного окисления различных веществ возникают энергии протонного градиента на мембране митохондрий.

Ресинтез аденозинтрифосфата может осуществляться в реакциях без участия кислорода (анаэробные механизмы ) или с его участием (аэробный механизм ). В обычных условиях ресинтез АТФ в мышцах происходит преимущественно аэробным путем. При напряженной физической работе, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, включаются и анаэробные механизмы ресинтеза АТФ. В скелетных мышцах человека выявлены три вида анаэробных и один путь аэробного восстановления аденозинтрифосфата.

К анаэробным механизмам относятся креатинфосфокиназный (фосфогенный или алактатный), гликолитический (лактатный) и миокиназный механизмы.

Аэробный механизм ресинтеза АТФ заключается в окислительном фосфорилировании, протекающем в митохондриях, количество которых в скелетных мышцах при аэробных тренировках существенно увеличивается. Энергетическими субстратами аэробного окисления служат: глюкоза, жирные кислоты, частично аминокислоты, а также промежуточные метаболиты гликолиза (молочная кислота) и окисления жирных кислот (кетоновые тела).

Каждый механизм имеет разные энергетические возможности, которые оцениваются по следующим критериям: максимальная мощность, скорость развертывания, метаболическая емкость и эффективность .

Максимальная мощность - это наибольшая скорость образования АТФ в данном метаболическом процессе. Она лимитирует предельную интенсивность работы, выполняемой за счет используемого механизма.

Скорость развертывания - время достижения максимальной мощности данного пути ресинтеза адено-зинтрифосфата от начала работы.

Метаболическая емкость - общее количество АТФ, которое может быть получено в используемом механизме ресинтеза АТФ за счет величины запасов энергетических субстратов. Емкость лимитирует объем выполняемой работы. Метаболическая эффективность - это та часть энергии, которая накапливается в макроэргических связях аденозинт-рифосфата. Она определяет экономичность выполняемой работы и оценивается общим значением коэффициента полезного действия, представляющего отношение всей полезно затраченной энергии к ее общему количеству, выделенному при текущем метаболическом процессе.

Общий коэффициент полезного действия при преобразовании энергии метаболических процессов в механическую работу зависит от двух показателей:

• эффективности фосфорилирования;
• эффективности хемомеханического сопряжения (эффективности преобразования АТФ в механическую работу).

Эффективность хемомеханического сопряжения в процессах аэробного и анаэробного метаболизма примерно одинакова и составляет 50%.

Эффективность фосфорилирования наивысшая в алактатном анаэробном процессе - около 80%, и наименьшая в анаэробном гликолизе - в среднем 44%. В аэробном же процессе она составляет примерно 60%.

Таким образом, анаэробные механизмы имеют большую максимальную мощность и эффективность образования АТФ, но короткое время удержания и небольшую емкость, из-за малых запасов энергетических субстратов. Например, максимальная мощность креатинфосфокиназной реакции развивается уже на 0,5-0,7 с интенсивной работы и поддерживается 10-15 с у нетренированных людей идо 25-30 су высокотренированных спортсменов и составляет 3,8 кДж/кг в минуту.

Гликолитический механизм ресинтеза АТФ отличается невысокой эффективностью. Большая часть энергии остается в молекулах образующейся молочной кислоты. Концентрация последней находится в прямой зависимости от мощности и продолжительности работы, и может быть выделена только путем аэробного окисления.

Гликолиз - это основной путь энергообразования в упражнениях субмаксимальной мощности, предельная продолжительность которых составляет от 30 с до 2,5 мин (бег на средние дистанции, плавание на 100 и 200 м и др.).

Гликолитический механизм энергообразования служит биохимической основой специальной скоростной выносливости организма.

Миокиназная реакция происходит в мышцах при значительном увеличении концентрации АДФ в саркоплазме. Такая ситуация возникает при выраженном мышечном утомлении, когда другие пути ресинтеза уже не возможны.

Таким образом, анаэробные механизмы являются основными в энергообеспечении кратковременных упражнений высокой интенсивности .

При адаптации к интенсивным нагрузкам повышается активность ферментов анаэробных механизмов и запасов энергетических механизмов: содержание креатинфосфата в скелетных мышцах может увеличиваться в 1,5-2 раза, а содержание гликогена - почти в 3 раза.

Человека, для того чтобы постоянно поддерживать работоспособность и жизнедеятельность мышечных тканей.

Выделение необходимых элементов и кислот при течении ресинтеза обеспечивает возможность, к примеру спортсменам, на протяжении долгого периода держать мышечную ткань в напряжении.

Находясь в покое, для поддержания своего состояния и текущих процессов метаболизма, мышцам необходим постоянный ресинтез АТФ и выработка соответствующих .

Механизм возникновения аденозинтрифосфата представляет собой процесс, который должен постоянно происходить в организме человека, для обеспечения работоспособности мышц в состоянии покоя. При этом, потребление ими аденофосфатов возрастает, в тот момент, когда происходит сокращение мускулатуры.

Ресинтез АТФ поставляет тканям необходимую энергию для работоспособности и актомиозиновый комплекс элементов, а в активном состоянии обеспечивает их необходимым количеством ионами кальция.

Для этого количество аденозитрофосфорной в мышечных тканях постоянно восстанавливается. При этом оперативность восстановления равняется времени потребления, этот процесс происходит за счет определенных биохимических механизмов ресинтеза.

Элементами, выступающими в роли источников протекаемого ресинтеза АФТ в организме, могут быть мышцы «костяка» и некоторые другие ткани. Именно эти энергетические источники богаты фосфатосодержащими элементами:

• Креатинофосфатом
• Аденозинфосфатом

Помимо этого, в процессе катаболизма, образуются:

• Гликоген
• Энергетические компоненты

По итогам протекания процесса окисления в аэробной среде, в организме возникают элементы градиента. В мышцах располагается примерно 0,20% АТФ, при этом возрастает значение концентрации «%», и угнетение миозиновой массы, вследствие чего, обеспечивается исключение возникновения мышечных спаек.

Но концентрация содержания в мышцах АТФ не должна снижаться, менее 0,1%, в противном случае мышцы будут сокращаться до своего полного истощения. Это обеспечивается за счет того, что в этот момент перестает работать кальциевая в саркоплазматической ретикулума.

В случае истощения мышцы, начинает развиваться ригора, т. е. системное не проходящее сокращение.

Анаэробные и аэробные процессы ресинтеза в мышцах

Ресинтез АТФ – это реакция с условиями аэробных и анаэробных механизмов.

Протекание реакции, в активный период, может проходить, как в результате реакции, при наличии анаэробных условий.

Анаэробные процесс ресинтеза протекают без участия кислорода, при условии наличия кислорода – реакция называется аэробная.

При постоянных показателях, ресинтез АТФ протекает, с участием кислорода, следовательно, наблюдается аэробный процесс.

Вследствие напряженного физического труда процесс ресинтеза АТФ не происходит, так как доступ кислорода к мышцам исключен. В мышцах «костяка» наблюдаются всего три анаэробных и один аэробный – восстановление аденозинтрифосфата.

Подобный процесс включает в себя такие механизмы, как:

• Креатинфосокиназный
• Алактатный
• Лактатный
• Миокиназный

Непосредственно протекание аэробного включает себя течение окислительного фосфалирования, количество митохондрий при этом значительно повышается. При аэробном окислении, наблюдается выработка энергетического субстрата:

• Глюкоза
• Жирные кислоты
• Некоторые аминокислоты
• Молочная кислота
• Кетоновые тела

Аэробный механизм или, как его еще называют кислотный, представляет собой важный процесс для спортсменов, так как обеспечивает скорость и выносливость. Именно аэробная реакция может поддерживать в постоянном напряжении на протяжении длительного периода времени.

Кислородные реакции в мышцах обеспечивают их работоспособность энергией, в основном, за счет химического взаимодействия таких пищевых веществ, как жиры и углеводы непосредственно с кислородом. Все нужные компоненты поступают в организм спортсмена совместно с пищей и накапливаются в запасниках до момента пока будут необходимы.

К примеру, сахар и крахмал, которые выступают в роли углеводов, образуют элемент – гликоген. В среднем, в организме человека гликоген может до 70-80 минут обеспечивать работу субмаксимальной работоспособности. Но при этом уровень жиров в организме никогда не исчерпывается.

Именно, углеводы являются самым из энергопоставщиков для организма, если сравнивать с жирами.

Это обусловлено тем, что при одинаковом потреблении, для их окисления требуется на 10% меньше кислорода. Этот факт является очень актуальным для ситуаций с нехваткой кислорода при сильных физических нагрузках.

В связи с тем, что запасы углеводов в организме с течением времени имеют свойство исчерпываться, выносливость и достижения (возможности) спортсменов снижаются. После того, как будут исчерпаны все запасы – к процессу поддержания, подключаются жиры и подпитывают бесперебойную работоспособность.

Собственно, вклад таких компонентов, как жиры и углеводы в обеспечение мышц энергией, напрямую зависит от работоспособности и уровня затрачиваемой энергии.

Но, при одной и той же интенсивности нагрузки, в условиях аэробной реакции, организм будет потреблять меньшее количество углеводов и больший уровень жиров. Это правило в основном действует для спортсменов, так как их мышцы систематически подвергаются нагрузкам, если сравнивать с неподготовленными людьми.

Таким образом, можно сделать вывод, что человек с тренированными мышцами расходует намного меньшее количество энергии, так как имеет в организме большие углеводов.

Кислородная система может производить столько кислорода, сколько, может потреблять организм, и чем более высок уровень потребления, в момент выполнения напряженной работы, тем больше растет эффективность. В сравнении с происходящими аналоговыми реакциями, процессами ресинтеза АТФ, именно аэробный механизм характеризуется большими преимуществами:

• Высокий уровень экономичности, так как из одной молекулы возникает 30 молекул АТФ, в сравнении с анаэробным процессом, в котором образуется только 3 молекулы.
• Многофункциональность, так как в качестве энергетических компонентов выступают аминокислоты, углеводы, кетоновые тела и .
• Значительно большая продолжительность работы процесса, так как в момент покоя, ресинтез АТ сравнительно небольшой, но при увеличении нагрузок – он моментально растет до максимального показателя.

Но, при явных достоинствах, аэробный процесс характеризуется и некоторыми недостатками:

• Постоянное потребление молекул кислорода, значительно лимитирует скорость его прохождения к мышцам и процесс его всасывания по средствам мембраны метохондрий.
• Большой показатель развертывания по времени.
• Минимальный показатель максимальной мощности.

В мышцах в ходе ресинтеза АФТ протекают определенные процессы. Самый важный и быстрый – креатинкиназная реакция, которая вырабатывает фофорильные элементы, при исчерпании АТФ.

В среде с небольшим показателем кислотности в основном происходит активация элементов дыхания и в то же время возникает угнетение ферментов, отвечающих за работы мышечных тканей и реакции ресинтеза АТФ. В самом начале процесса происходит перенос АТФ в межмембранное пространство, используя внутреннюю мембрану.

В этот момент ресинтез АТФ является связующим между креатином, проникающим из краетинкиназы. Именно такое взаимодействие способствует метахондриальной креатинкиназы, которая располагается во мембране митохондрий и тем самым образуется креатиносфат.

Таким образом, возникающий элемент снова попадает в саркоплазму, в которой отторгает остаток элементов фофора с АТФ на саркоплазматическую АДФ.

Максимальный период протекания процесса не превышает 30 секунд, а максимальная мощность достигается за 2 минуты.
Данный метод характеризуется преимуществами, в сравнении с аналогами:

• Намного быстрее достигается максимальная мощность
• Показатель максимальной мощности намного больше, чем у аэробного способа
• Происходит без необходимости использовать кислород и митохондрии

Хотя, даже гликолитический способ имеет и ряд недостатков:

• Механизм имеет небольшой показатель экономичности
• Большое скопление кислоты в мышцах может навредить их стандартному функционированию и даже стимулировать их утомление

Миокиназный механизм протекает при большом количестве АДФ в саркоплазме и возникает, как вспомогательный метод, при условиях, что остальные возможности уже исчерпали себя и в данный момент уже близки к этому показателю.

Миокиназная в тканях чаще всего возникает при значительном повышении уровня АДФ.

В основном такая ситуация может возникать при сильной мышечной усталости.

Таким словом, можно сказать, происходящие аэробные и анаэробные реакции, обеспечивают высокий требуемый уровень энергии.

Общие показатели и энергетические возможности протекающих реакций

Ресинтез АТФ протекает и собственно сам входящий механизм характеризуется отличными друг от друга показателями энергообеспечения, которые протекают исходя из таких критериев:

• «Мах» мощность
• Быстрота протекания
• Емкость по показателю матеболизма
• «Мах» эффективность

«Мах» является наибольшим значением скорости возникновения элементов АТФ, в одном из метаболических реакций, которая ограничивает лимит интенсивности выполняемых действий, благодаря применяемым особенностям механизма реакции. протекания обуславливает максимальное время, за которое достигается наивысший уровень мощности ресинтеза аденозинтрифосфата.

Метаболическая емкость является показателем целостного значения АТФ, которое может возникать в процессе использования цепочки происходящих процессов ресинтеза АТФ, учитывая значение постоянного количества элементов обеспечивающих поставки энергии в мышцы.

Полномерное количество емкости своим количеством ограничивает объем выполняемого действия. Таким образом, подобная эффективность протекает ограниченной количеством энергии, которая скапливается в макроэргитических связях аденозитрифосфата.

Именно, эта характеризует экономичность проделываемой в этот момент работы и в данном случае критерием служит общий показатель полезного действия.

Значение коэффициента полезного действия, в таком случае будет представлять собой отношение общего показателя полезной затрачиваемой энергии, к ее общему количеству, которое возникает в ходе вышеуказанного процесса. Общий коэффициент ПД при метаморфозах энергии, при метаболических процессах, в основном зависит, от:

• Уровня фосфолирования
• Показателя хемомеханических процессов

«Мах» эффективность таких хемомеханических сопряжений протекает практически одинаково и составляет 1\2 общей реакции.

«Мах» эффективность уровня фосфолирования является наивысшим значением в алактатном анаэробном процессе, и составляет 80%, и минимальный показатель – 40%, при возникновении реакции гликолиза – увеличивается до 42%. В стационарном аэробном процессе показатель равняется 58%.

Таким образом, можно сделать вывод, что процессы при анаэробных условиях характеризуются значительно увеличенной максимальной мощностью возникновения АТФ, но при этом имеют практически минимальный период удержания накопленных компонентов.

О том, что такое синтез АТФ, можно посмотреть на видео::