Țesutul respirator este principalul mod de a obține ATP, utilizat de toate celulele corpului (cu excepția celulelor roșii din sânge).
În procesul de respirație a țesutului, doi atomi de hidrogen (doi protoni și doi electroni) sunt îndepărtați de substanța oxidabilă, iar pe lanțul respirator constând din enzime și coenzime, acestea sunt transferate la hidrogen molecular-02. livrate de sânge din aer către toate țesuturile corpului. Ca urmare a adăugării de atomi de hidrogen la oxigen, se formează apă. Datorită energiei eliberate în timpul mișcării electronilor prin lanțul respirator, sinteza ATP din ADP și acidul fosforic se efectuează în mitocondrii. În mod obișnuit, formarea unei molecule de apă este însoțită de sinteza a trei molecule ATP.
În formă simplificată, respirația țesutului poate fi reprezentată prin următoarea schemă.
Deoarece oxidarea substraturilor (adică substanțe care se scad din hidrogen) în respirația tisulară folosind o varietate de produse intermediare de descompunere a proteinelor, carbohidraților și grăsimi. Cu toate acestea, cel mai adesea supuse la intermediari de oxidare ale ciclului acidului tricarboxilic (TCA) - ciclu Krebs (izocitric, cetoglutaric, succinic și acid malic). Ciclul Krebs - este pasul final al catabolismului, în care oxidarea are loc reziduu de acid acetic, o parte din acetil coenzima A - este un metabolit universal al organismului, care, atunci când descompunerea sa convertit principalele substanțe organice - proteine, carbohidrați și grăsimi.
În unele cazuri, îndepărtarea atomilor de hidrogen din substanțele oxidabile are loc în citoplasmă și aici hidrogenul divizat nu este atașat la oxigen (ca în cazul respirației țesuturilor), ci la o altă substanță. Cel mai adesea, un astfel de acceptor de hidrogen este acidul piruvic, care are loc în timpul defalcării carbohidraților și a aminoacizilor. Ca urmare a adăugării de atomi de hidrogen, acidul piruvic este transformat în acid lactic (lactat). Astfel, pentru un anumit tip de oxidare, în locul produsului final - apă - se formează un alt produs fin, acid lactic, fără consum de oxigen, i. E. anaerob. Datorită energiei eliberate în citoplasmă, se efectuează sinteza ATP, care se numește fosforilare anaerobă sau substrat sau sinteză anaerobă a ATP. Scopul biologic al acestui tip de oxidare este producerea de ATP fără participarea respirației tisulare și a oxigenului.
Contracția musculară este un proces mecanochemic complex, în timpul căruia energia chimică a clivajului hidrolitic al ATP este transformată în muncă mecanică efectuată de mușchi.
Procesul de relaxare musculară sau de relaxare, precum și procesul de contracție a mușchilor se efectuează utilizând energia hidrolizatului ATP. Ambele faze ale activității musculare - contracția și relaxarea - continuă cu utilizarea obligatorie a energiei, care se eliberează în timpul procesului de hidroliză ATP.
Cu toate acestea, depozitele ATP din celulele musculare sunt nesemnificative (concentrația de ATP în mușchi este de aproximativ 5 mmol / l) și sunt suficiente pentru munca musculară timp de 1-2 secunde. Prin urmare, pentru a asigura o activitate musculară mai lungă în mușchi, trebuie să se aprovizioneze depozitele ATP. Formarea ATP în celulele musculare direct în timpul lucrului fizic se numește resinteza ATP și vine cu consumul de energie. În funcție de sursa de energie, mai multe moduri de resinteză a ATP sunt izolate.
Pentru a cuantifica diferitele moduri de resinteză ATP, se folosesc de obicei următoarele criterii:
- puterea maximă sau viteza maximă reprezintă cea mai mare cantitate de ATP care poate fi formată pe unitatea de timp de către calea dată de resinteză. Puterea maximă în calorii sau jouli este măsurată pe baza faptului că 1 mmol de ATP (506 mg) corespunde în condiții fiziologice la aproximativ 12 cal sau 50 J (1 cal = 4,18 J). Prin urmare, acest criteriu are dimensiunile cal / min kg de țesut muscular sau J / min, kg de țesut muscular, respectiv;
- Timpul de desfășurare este timpul minim necesar pentru eliberarea resintezei ATP la cea mai mare viteză, adică pentru a obține o putere maximă. Acest criteriu este măsurat în unități de timp (s, min);
- timpul pentru menținerea sau menținerea puterii maxime este cel mai lung timp de funcționare al acestei căi de resinteză ATP cu puterea maximă. Unități de măsură - s, min, h;
- capacitatea metabolică este cantitatea totală de ATP care poate fi formată în timpul muncii musculare datorită acestui mod de resinteză a ATP.
În funcție de consumul de oxigen, căile de resinteză sunt împărțite în aerobi și anaerobi / 24 /.
Calea aerobă a resintezei ATP
(sinonime: respirația țesutului, fosforilarea aerobă sau oxidativă) este modul de bază al formării ATP care are loc în mitocondriile celulelor musculare. În timpul respirației tisulare, doi atomi de hidrogen (doi protoni și doi electroni) sunt luați din substanța oxidabilă și transferați în oxigen molecular-O2 de către lanțul respirator. Sângele livrat mușchilor din aer, rezultând apă. Datorită energiei eliberate în timpul formării apei, are loc sinteza ATP din ADP și acid fosforic. De obicei, pentru fiecare moleculă de apă formată, are loc sinteza a trei molecule ATP. La rândul lor, acetil-CoA poate fi format din carbohidrați, grăsimi și aminoacizi, adică Prin acetil-CoA, carbohidrații, grăsimile și aminoacizii sunt implicați în ciclul Krebs.
Un alt activator al căii aerobe pentru resinteza ATP este CO. Bioxidul de carbon, care apare în timpul unei exerciții fizice excesive, activează centrul respirator al creierului, ceea ce duce, în cele din urmă, la o creștere a ratei circulației sângelui și la o îmbunătățire a aportului de oxigen la mușchi.
Modul aerob de formare a ATP se caracterizează prin următoarele criterii:
- puterea maximă (350-450 cal / min kg);
- timpul de desfășurare (3-4 minute, sportivii bine pregătiți pot fi aproximativ 1 minut);
- timpul de funcționare cu putere maximă (este de zeci de minute).
După cum sa menționat deja, sursele de energie pentru resinteza aerobă a ATP sunt carbohidrații, grăsimile și aminoacizii, căderea lor se încheie cu ciclul Krebs. Și în acest scop nu se utilizează doar substanțe intramusculare ale acestor substanțe, ci și carbohidrați, corpuri de cetone de grăsimi și aminoacizi eliberați prin sânge la mușchi în timpul lucrului fizic. În legătură cu aceasta, acest mod de resinteză a funcțiilor ATP cu putere maximă pentru o perioadă atât de lungă.
În comparație cu alte procese de resinteză a ATP care apar în celulele musculare, resinteza aerobă are mai multe avantaje. Aceasta se caracterizează prin eficiență ridicată: în acest proces este descompunerea profundă a materialelor care pot fi oxidate la produsele finale - CO și NO, și, prin urmare, o mare cantitate de energie este eliberată. Un alt avantaj al acestei căi de resinteză este versatilitatea în utilizarea substraturilor. In timpul aerobic ATP resinteza oxida toate organism organic bazic substanta :. Aminoacizii (proteine), carbohidrați, acizi grași, corpilor cetonici, etc. Un alt avantaj al acestei metode de formare a ATP-ul este o durată lungă de funcționare: practică, ea funcționează continuu pe tot parcursul vieții.
Cu toate acestea aerobe metoda de formare ATP are mai multe dezavantaje, starea funcțională a sistemului cardiorespiratorii este un factor de limitare limitarea duratei de aerobe calea resinteza ATP cu o putere maximă și valoarea maximă a puterii în sine. Caracteristici mod aerobic limitată de faptul că toate enzimele de respirație tisulară sunt încorporate în membrana internă a mitocondriilor sub forma unor ansambluri și funcției respiratorii numai în prezența unei membrane intacte. Orice factor care afectează starea și proprietățile membranelor perturbă formarea ATP printr-o metodă aerobă. De exemplu, încălcări ale fosforilării oxidative observate cu acidoza (aciditate crescută), umflarea mitocondriilor in dezvoltarea celulelor musculare in procesul de oxidare a radicalilor liberi a lipidelor care cuprinde membrana mitocondriilor.
Un alt dezavantaj al formării aerobice ATP poate fi considerat un timp de desfășurare mare (3-4 min.) Și o mică putere maximă absolută (24).
Moduri anaerobe de resinteză a ATP
Anaerobic resinteza calea de ATP (kreatinfosfatny, glikolitinichesky) sunt metode suplimentare formarea de ATP în cazurile când primar ATP calea de primire - aerobic - nu poate furniza cantitatea de energie necesară activității musculare. Acest lucru se întâmplă în primele minute ale oricărei lucrări, când respirația țesutului nu sa desfășurat încă pe deplin, precum și atunci când efectuați exerciții de intensitate ridicată.
Calea fosfatului de creatină a resintezei ATP
Creatina fosfat are o rezerva mare de energie si o afinitate mare pentru ADP. Prin urmare, ea interacționează cu ușurință cu molecule ADP care apar în celulele musculare în timpul lucrului fizic, ca urmare a hidrolizei ATP.
Reacția de fosfat creatină este reversibilă, dar echilibrul său este mutat spre formarea ATP și, prin urmare, începe imediat ce primele porțiuni de ADP apar în miocit. Această reacție este catalizată de enzima creatinkinazei. În activitatea musculară, activitatea creatinkinazei crește semnificativ datorită acțiunii de activare a ionilor de calciu, creatină, formată în timpul acestei reacții. Datorită acestor mecanisme, activitatea creatinkinazei la începutul muncii musculare crește dramatic, iar reacția fosfatului de kaatin atinge foarte repede rata maximă.
Creatina fosfat, care posedă o cantitate mare de energie chimică, este o substanță fragilă. Din acesta, acidul fosforic poate fi ușor descompus, ducând la ciclizarea reziduului de creatină, ceea ce duce la formarea creatinei.
Formarea creatinei are loc fără participarea enzimelor, în mod spontan, această reacție este ireversibilă. Creatinina formată în organism nu este utilizată și este excretată în urină.
Sinteza fosfatului de creatină în celulele musculare are loc în timpul repausului prin interacțiunea creatinei cu un exces de ATP. Parțial stocurile de creatină pot fi restaurate și în timpul lucrului musculare de putere moderată, la care ATP-ul este sintetizat în detrimentul respirației țesutului într-o cantitate care este suficientă pentru a asigura și funcția miocitelor contractile și kreatifosfata reaprovizionare șurubul. Prin urmare, în timpul lucrului fizic, reacția creatină fosfat poate fi activată în mod repetat. Formarea de creatina in ficat folosind aminoacizii glicina, metionina și arginină.
Calea fosfatului creatinei din sinteza ATP se caracterizează prin următoarele valori ale criteriilor cantitative acceptate:
- puterea maximă (este de 900-1100 cal / min kg);
- timpul de desfășurare (numai 1-2 secunde);
- timpul de funcționare cu viteză maximă (numai 8-10 secunde).
Principalele avantaje ale căii de creatină fosfat de formare a ATP sunt un timp de desfășurare foarte scurt și o putere mare, care este extrem de importantă pentru sporturile de viteză-putere. Principalul dezavantaj al acestei metode de sinteză a ATP, care limitează semnificativ capacitățile sale, este timpul scurt al funcționării sale. Timpul pentru menținerea vitezei maxime este de numai 8-10 secunde, până la sfârșitul vitezei sale este redus la jumătate și până la sfârșitul celui de-al treilea minut de muncă intensivă reacția creatină-fosfat din mușchi se oprește practic.
Evaluarea biochimică a stării căii de fosfat creatină a resintezei ATP se efectuează de obicei în funcție de doi factori: coeficientul creatininei și datoria de alactat de oxigen.
Oxigenul datorat oxigenului este creșterea (peste nivelul de odihnă) a consumului de oxigen în următoarele 4-5 minute după un exercițiu de putere maximă pe termen scurt. Acest exces de oxigen este necesar pentru a asigura o rată ridicată a respirației tisulare imediat după terminarea sarcinii pentru a crea concentrații crescute de ATP în celulele musculare. Astfel, utilizarea fosfatului de creatină în timpul muncii conduce la acumularea de creatină, transformarea din nou în fosfat de creatină necesită o anumită cantitate de oxigen.
Calea glicolitică a resintezei ATP (glicoliză)
Glicoliza este, de asemenea, un mod anaerob de formare a ATP. Sursa de energie necesară pentru resinteza ATP este glicogenul muscular. În descompunerea anaerobă, glicogenul sub acțiunea enzimei fosforilazei este transformat în acid lactic printr-o serie de etape succesive. În procesul de glicoliză, se formează produse intermediare conținând o grupare fosfat cu o legătură macroergică, care se transferă cu ușurință în ADP cu formarea de ATP.
Toate enzimele de glicoliză sunt în sarcoplasmul celulelor musculare. Glicoliza poate fi expusă, de asemenea, glucozei care intră în mușchi din sânge.
Puterea maximă este de 750-850 cal / min kg.
Timpul de desfășurare este de 20-30 de secunde.
Timp de funcționare cu putere maximă - 2-3 min.
Avantajele glicolizei înainte de aerobic prin formarea ATP: ajunge mai repede la putere maximă, curge la viteză mare, are o putere maximă mai mare și nu necesită participarea la procesul de mitocondrie și oxigen.
Dezavantaje glicolizei: viteza mare a procesului duce rapid la o scădere a concentrației de glicogen muscular și acumulare în cazul acidului glicolizei lactic crește aciditatea din interiorul celulelor musculare, care reduce activitatea catalitică a enzimelor de glicoliză; glicoliza este neeconomică. Creșterea concentrației de lactat în fibrele musculare determină o modificare a pH-ului la acid, de cele testate de proteine musculare modificări conformaționale, ceea ce duce la o scădere a activității funcționale, adică duce la dezvoltarea oboselii.
Atunci când intensitatea muncii fizice scade, precum și în timpul perioadelor de odihnă în timpul antrenamentului, lactatul format poate ieși parțial din celulele musculare în limf și sânge, ceea ce face posibilă reactivarea glicolizei.
Zonele puterii relative a forței de muncă
În prezent, au fost adoptate diverse clasificări ale puterii de activitate musculară. Unul dintre ei - Clasificarea V.S.Farfelyu bazată pe premisa că exercitarea puterii realizată datorită relației dintre cele trei cai majore resinteza ATP în funcționarea musculare în timpul funcționării. Conform acestei clasificări, se disting patru zone de putere relativă a muncii musculare: maximă, submaximală, mare și moderată.
Lucrul în zona de putere maximă poate continua timp de 15-20 de secunde. Principala sursă de ATP în aceste condiții este fosfatul de creatină. Numai la sfârșitul lucrării, reacția creatinei cu fosfat este înlocuită cu glicoliză.
Lucrul în zona de putere submaximală are o durată de până la 5 minute. Mecanismul de conducere al resintezei ATP este glicolitice. La începutul lucrării, în timp ce glicoliza nu a atins rata maximă, formarea ATP se datorează creatinei fosfat, iar la sfârșitul lucrării, glicoliza începe să fie înlocuită cu respirația țesutului. Lucrul în zona de putere submaximală se caracterizează prin cea mai mare datorie de oxigen.
Lucrul în zona de mare putere are o durată de până la 30 de minute. Pentru a lucra în această zonă se caracterizează prin aproximativ aceeași contribuție a glicolizei și a respirației tisulare. Calea fosfatului de creatină a resintezei ATP funcționează doar la început.
Munca în zona de putere moderată continuă peste 30 de minute. Transferul energetic al activității musculare are loc în principal prin traseul aerobic / 24 /.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: