Аеробний шлях ресинтезу АТФ - біоенергетика м'язової діяльності
Аеробний шлях ресинтезу АТФ - це основний, базовий спосіб утворення АТФ, що протікає в мітохондріях м'язових клітин. В ході тканинного дихання від окисляемого речовини віднімаються два атома водню і по дихальної ланцюга передаються на молекулярний кисень - 02, що доставляється кров'ю в м'язи з повітря, в результаті чого виникає вода. За рахунок енергії, що виділяється при утворенні води, відбувається синтез АТФ з АДФ і фосфорної кислоти. Зазвичай на кожну утворилася молекулу води доводиться синтез трьох молекул АТФ.
У спрощеному вигляді ресинтез АТФ аеробним шляхом може бути представлений схемою:
Найчастіше водень віднімається від проміжних продуктів циклу трикарбонових кислот - циклу Кребса. Цикл Кребса - це завершальний етап катаболізму, в ході якого відбувається окислення ацетилкофермента А до С02 і Н20. В ході цього процесу від перерахованих вище кислот віднімається 4 пари атомів водню і тому утворюється 12 молекул АТФ при окисленні однієї молекули ацетилкофермента А.
У свою чергу, ацетил-КоА може утворюватися з вуглеводів, жирів і амінокислот, тобто через ацетил-КоА в цикл Кребса залучаються вуглеводи, жири і амінокислоти:
Іншим активатором аеробного шляху ресинтезу АТФ є С02. Виникає при фізичній роботі в надлишку вуглекислий газ активує дихальний центр мозку, що в підсумку призводить до підвищення швидкості кровообігу і поліпшення постачання м'язів киснем.
Аеробний шлях утворення АТФ характеризується наступними критеріями.
Максимальна потужність складає 350-450 кал / хв-кг. У порівнянні з анаеробними шляхами ресинтезу АТФ тканинне дихання володіє найнижчою величиною максимальної потужності. Це обумовлено тим, що можливості аеробного процесу обмежені доставкою кисню в мітохондрії і їх кількістю в м'язових клітинах. Тому за рахунок аеробного шляху ресинтезу АТФ можливе виконання фізичних навантажень лише помірної потужності.
Час розгортання - 3-4 хв. Таке велике час розгортання пояснюється тим, що для забезпечення максимальної швидкості тканинного дихання необхідна перебудова всіх систем організму, що беруть участь в доставці кисню в мітохондрії м'язів.
Час роботи з максимальною потужністю становить десятки хвилин. Як уже зазначалося, джерелами енергії для аеробного ресинтезу АТФ є вуглеводи, жири і амінокислоти, розпад яких завершується циклом Кребса. Причому для цієї мети використовуються не тільки внутрішньом'язові запаси даних речовин, але і вуглеводи, жири, кетонові тіла і амінокислоти, що доставляються кров'ю в м'язи під час фізичної роботи. У зв'язку з цим даний шлях ресинтезу АТФ функціонує з максимальною потужністю протягом такого тривалого часу.
У порівнянні з іншими йдуть в м'язових клітинах процесами ресинтезу АТФ аеробний ресинтез має ряд переваг. Він відрізняється високою економічністю: в ході цього процесу йде глибокий розпад речовин, що окисляються до кінцевих продуктів - С02 і Н20 і тому виділяється велика кількість енергії. Так, наприклад, при аеробному окисленні м'язовогоглікогену утворюється 39 молекул АТФ в розрахунку на кожну отщепляют від глікогену молекулу глюкози, в той час як при анаеробному розпаді цього вуглеводу синтезується тільки 3 молекули АТФ в розрахунку на одну молекулу глюкози. Іншою перевагою цього шляху ресинтезу є універсальність у використанні субстратів. В ході аеробного ресинтезу АТФ окислюються всі основні органічні речовини організму: амінокислоти, вуглеводи, жирні кислоти, кетонові тіла і ін. Ще однією перевагою цього способу утворення АТФ є дуже велика тривалість його роботи: практично він функціонує постійно протягом всього життя. У спокої швидкість аеробного ресинтезу АТФ низька, при фізичних навантаженнях його потужність може стати максимальною.
Однак аеробний спосіб утворення АТФ має і ряд недоліків. Так, дія цього способу пов'язано з обов'язковим споживанням кисню, доставка якого в м'язи забезпечується дихальної та серцево-судинної системами. Функціональний стан кардіореспіраторної системи є лімітуючим фактором, що обмежує тривалість роботи аеробного шляху ресинтезу АТФ з максимальною потужністю і величину самої максимальної потужності.
Можливості аеробного шляху обмежені ще й тим, що всі ферменти тканинного дихання вбудовані у внутрішню мембрану мітохондрій в формі дихальних ансамблів і функціонують тільки ffPH наявності неушкодженої мембрани. Будь-які чинники, що впливають На стан і властивості мембран, порушують утворення АТФ аеробним способом. Наприклад, порушення окисного фосфорилювання спостерігаються при ацидозі, набуханні мітохондрій, при розвитку в м'язових клітинах процесів вільно-радикального окислення ліпідів, що входять до складу мембран мітохондрій.
Ще одним недоліком аеробного утворення АТФ можна вважати великий час розгортання і невелику по абсолютній величині максимальну потужність. Тому м'язова діяльність, властива більшості видів спорту, не може бути повністю забезпечена цим шляхом ресинтезу АТФ і м'язи змушені додатково включати анаеробні способи освіти АТФ, мають більш короткий час розгортання і велику максимальну потужність.
У спортивній практиці для оцінки аеробного фосфорилювання часто використовують три показники: максимальне споживання кисню, поріг анаеробного обміну і кисневий прихід.
МПК - це максимально можлива швидкість споживання кисню організмом при виконанні фізичної роботи. Цей показник характеризує максимальну потужність аеробного шляху ресинтезу АТФ: чим вище величина МПК, тим більше значення максимальної швидкості тканинного дихання, це обумовлено тим, що практично весь вступник в організм кисень використовується в цьому процесі. МПК є інтегральним показником, що залежить від багатьох факторів: від функціонального стану кардіореспіраторної системи, від вмісту в крові гемоглобіну, а в м'язах - міоглобіну, від кількості та розміру мітохондрій. У нетренованих молодих людей МПК звичайно дорівнює 3-4 л / хв, у спортсменів високого класу, виконують аеробні навантаження, МПК - 6-7 л / хв. На практиці, для виключення впливу на цю величину маси тіла МПК розраховують на кг маси тіла. В цьому випадку у молодих людей, які не займаються спортом, МПК одно 40-50 мл / хв-кг, а у добре тренованих спортсменів - 80-90 мл / хв-кг.
У спортивній практиці МПК також використовується для характеристики відносної потужності аеробного роботи, яка виражається споживанням кисню у відсотках від МПК. Наприклад, відносна потужність роботи, що виконується зі споживанням кисню 3 л / хв спортсменом, що має МПК, рівне 6 л / хв, становитиме 50% від рівня МПК. ПАНО - це мінімальна відносна потужність роботи, виміряна за споживанням кисню у відсотках по відношенню до МПК, при якій починає включатися гликолитический шлях ресинтезу АТФ. унетренованих ПАНО складає 40-50% від МПК, а у спортсменів ПАНО може досягати 70% від МПК. Більш високі величини ПАНО у тренованих пояснюються тим, що аеробне фосфорилирование у них дає більше АТФ в одиницю часу, і тому анаеробний шлях утворення АТФ - гліколіз - включається при великих навантаженнях. Кисневий прихід - це кількість кисню, використане під час виконання даної навантаження для забезпечення аеробного ресинтезу АТФ. Кисневий прихід характеризує внесок тканинного дихання в енергозабезпечення виконаної роботи.