Лекція № 2 біоенергетика мязової діяльності план
Загальна характеристика механізмів енергоутворення.
Креатинфосфокіназний механізм ресинтезу АТФ.
Гліколітичний механізм ресинтезу АТФ.
Міокіназний механізм ресинтезу АТФ.
Послідовність залучення енергосистем при різних фізичних навантаженнях і її адаптація в процесі тренування.
Безпосереднім джерелом енергії під час м’язової діяльності, є АТФ. Звільнення енергії відбувається при ферментативному гідролізі молекули АТФ до АДФ і фосфату. Реакція розщеплення АТФ, яка відбувається відповідно до рівняння служить безпосереднім джерелом енергії для м’язової діяльності. За фізіологічних умов енергія гідролізу одного моля АТФ становить близько 30 кДж.
ΔQ = 7,3 ккал, або 30 кДж
Хімічна енергія в процесі м’язового скорочення перетворюється в механічну роботу м’язів, а при розслабленні забезпечує активний транспорт Са2+ до саркоплазматичного ретикулуму. Велика кількість АТФ у м’язах витрачається на роботу Na+ - K+ -АТФ-ази, яка підтримує певну концентрацію іонів Na+ і K+ у м’язі, що становить електрохімічний потенціал на сарколемі.
Вміст АТФ у м’язі відносно постійний, складає приблизно 5 мМоль * 1 кг сирої ваги м’язів і не може зменшуватися нижче 2 мМоль, оскільки при цьому перестане працювати “кальцієва помпа”. М’яз буде скорочуватися до повного вичерпання всієї АТФ, після чого настане задубіння (контрактура) м’язів, при якому вони більше не здатні скорочуватися і розслаблюватися.
Тих запасів АТФ, що є в м’язовій клітині, вистачає лише на 0,5-1,5 секунду роботи (3-4 одиночних скорочення максимальної сили). Проте дослідження показали, що в процесі м’язової роботи помітного зниження концентрації АТФ не спостерігається. Це пояснюється тим, що в перервах між скороченнями м’язів АТФ відновлюється (ресинтезуєтся) із тією ж швидкістю, з якою вона розщеплюється в процесі м’язових скорочень. Для обернення реакції гідролізу АТФ кінцеві продукти розпаду АДФ і Н3РО4 повинні одержати енергію, яка дорівнює тій, що виділилася при розщепленні АТФ. Тому синтез АТФ у клітині споріднений з катаболітичними реакціями, при яких звільняється значна кількість потенційної енергії. У ході таких реакцій утворюються проміжні багаті на енергію сполуки, що містять фосфатну групу і здатні передавати її разом із запасом енергії на АДФ. Макроергічні сполуки, які використовуються для ресинтезу АТФ, постійно присутні в організмі (наприклад, креатинфосфат).
Реакція приєднання фосфату називається фосфорилюванням, а реакція перенесення його з однієї речовини на іншу – перефосфорилюванням.
Ресинтез АТФ у процесі скорочення м’язів може здійснюватись як під час реакцій, що відбуваються без кисню (анаеробні механізми), так і за рахунок реакцій, зв’язаних з його споживанням (аеробний механізм).
У звичайних умовах ресинтез АТФ у тканинах відбувається переважно аеробно, а при м’язовій діяльності, коли транспортування кисню до працюючих м’язів ускладнено, в тканинах посилюються і анаеробні механізми ресинтезу АТФ. В скелетних м’язах людини виявлено три види анаеробних і один аеробний шлях ресинтезу АТФ.
До анаеробних шляхів ресинтезу АТФ відносяться:
креатинфосфокіназний (анаеробний алактатний) механізм, що забезпечує ресинтез АТФ у процесі перефосфорилювання між креатинфосфатом і АДФ;
гліколітичний (анаеробний лактатний) механізм, який забезпечує ресинтез АТФ в процесі ферментативного анаеробного розщеплення глікогену м’язів у глюкозу крові, який закінчується утворенням молочної кислоти, тому і називається – лактатним;
міокіназній (аденілаткіназний) механізм – ресинтез АТФ за рахунок перефосфорилювання між двома молекулами АДФ з участю ферменту міокінази (аденілаткінази).
Аеробний механізм ресинтезу АТФ містить в основному реакції окислювального фосфорилювання, які відбуваються у мітохондріях. Енергетичними субстратами аеробного окислення виступає глюкоза, жирні кислоти, частково амінокислоти, а також перехідні метаболіти гліколізу – молочна кислота, окислення жирних кислот – кетонові тіла.
Кожен механізм має різні енергетичні можливості, які характеризуються певними критеріями оцінки механізмів енергоутворення: максимальна потужність, швидкість розгортання, метаболічна ємність і ефективність.
Максимальна потужність – це найвища швидкість утворення АТФ в даному метаболічному процесі. Вона лімітує максимальну інтенсивність роботи, що виконується за рахунок даного механізму;
Швидкість розгортання – оцінюється часом досягнення максимальної потужності даного шляху ресинтезу АТФ від початку роботи;
Метаболічна ємність – відображає загальну кількість АТФ, яке може бути утворене в даному механізмі ресинтезу за рахунок величини запасів енергетичних субстратів. Ємність лімітує обсяг виконуваної роботи;
Метаболічна ефективність – це та частина енергії, яка накопичується у макроергічних зв’язках АТФ. Вона визначає економічність виконуваної роботи оцінюється загальним значенням коефіцієнту корисної дії (ККД), що показує відношення всієї корисно затраченої енергії до загальної кількості, утвореної в даному метаболічному процесі.