Механізм аеробного ресинтезу АТФ

Аеробний ресинтез АТФ відбувається за участю кисню вдихуваного повітря. Саме таким шляхом в основному синтезується енергія в організмі людини в звичайних умовах. При аеробному окисленні субстратами служать глюкоза, жирні кислоти, деякі амінокислоти, молочна кислота, кетонові тіла (продукти окислення жирних кислот). Цей процес називається «окисне фосфорилювання».

Все окислюються речовини в ході хімічних реакцій поступово перетворюються в єдине речовина - ацетил-КоА, який далі розщеплюється в циклі лимонної кислоти до кінцевих продуктів СО2 і Н2 Про за участю численних окисних ферментів і вдихуваного кисню. У крові перенесення кисню здійснює спеціальний железосодержащий білок еритроцитів - гемоглобін, а в скелетних м'язах - міоглобін.

Енергія окислення накопичується у відновленій формі переносників водню НАДН і ФАДН2. які передають високоенергетичні електрони по дихальної ланцюга на вдихається кисень, а протони водню створюють на мембрані мітохондрій протонний градієнт (Н +), який є рушійною силою для генерування АТФ в процесі окисного фосфорилювання, Коли різниця протонного градієнта досягає певної величини (200 мВ), протони рухаються через мембрану мітохондрій і взаємодіють з киснем з утворенням Н2 О. Енергія руху Н + акумулюється в молекули АТФ при їх синтезі з АДФі Н3 РО4 ферментом АТФ-синтетази .

Швидкість освіти АТФ в процесі окисного фосфорилювання залежить від наступних факторів:

· Співвідношення АТФ / АДФ; при відсутності в клітці АДФ синтез АТФ не відбувається;

• кількості О2 в клітці і ефективності його використання;
• активності окислювальних ферментів;
• кількості систем дихальних ферментів в мітохондріях;
• цілісності мембран мітохондрій;
• кількості мітохондрій в клітині;
• концентрації гормонів, іонів Са 2+ та інших регуляторів аеробного окислення речовин.

Зниження концентрації АТФ, що спостерігається відразу після початку ви-конання інтенсивного фізичного навантаження, активує дихальну та серцево-судинну системи, що доставляють кисень до клітин. Кількість кисню, споживаного легкими, прямо пропорції-нально кількості О2. використовуваному в процесах окисного фосфорилювання. Це дозволяє визначати величину аеробного енергообра-тання по надходженню кисню. Нормалізація частоти дихання і ЧСС відбувається тільки після задоволення підвищених потреб кле-ток в АТФ.

При споживанні однакової кількості кисню обсяг виконаний-ної роботи буде великим в тому випадку, якщо енергетичним субстратом будуть вуглеводи, а не жири. Вуглеводи є більш ефективним "топ-лівом" в порівнянні з жирами, так як на їх окислення потрібно на 12% менше кисню в розрахунку на молекулу синтезованої АТФ. Тому в умовах недостатнього надходження кисню при фізичних навантаженнях енергоутворення відбувається в першу чергу за рахунок окислення вуглеводів.

Оскільки запаси вуглеводів в організмі обмежені, обмежена і мож-ливість їх використання в видах спорту, що вимагають прояву загальної витривалості. Після вичерпання запасів вуглеводів до енергозабезпечення роботи підключаються жири, запаси яких дозволяють виконувати дуже тривалу роботу. Так, в марафонському бігу за рахунок використання ми-шечного глікогену робота м'язів триває протягом 80 хв. Частина АТФ може бути отримана за рахунок мобілізації глікогену печінки. Отже, за рахунок вуглеводів можна забезпечити енергією 75% марафонської дистанції. Інша кількість енергії утворюється за рахунок окислення жирних кислот. З огляду на, що жирні кислоти містять велику кількість енергії, дуже важливо розвивати здатність організму спортсмена до більш ранньої їх мобілізації для енергозабезпечення роботи. Для цього рекомендується періодично використовувати в тренуванні аеробні навантаження - біг на наддовгі дистанції (по 30-40 км і більше). Як субстрат окислення можуть використовуватися і білки, кото-які розпадаються на амінокислоти, здатні перетворюватися в глюкозу або інші метаболіти аеробного процесу окислення. Однак внесок бел-ков в освіту енергії при м'язовій діяльності становить всього 5-10%.

Максимальна потужність аеробного механізму найменша і становить 1,2 кДж • кг-1 в хв і в рівній мірі залежить від швидкості надходження і швидкості утилізації О2 в клітинах. На цей рівень аеробний процес виходить на 2-3-й хвилині неінтенсивній роботи у спортсменів і на 4-5-й хвилині у неспортсменов і може підтримуватися до 15-30-ї хвилини. У більш тривалих вправах потужність поступово зменшується. При марафонському бігу середній рівень ресинтезу АТФ становить 80-85% максимальної аеробної потужності.

Метаболічна ємність аеробного механізму практично безмежна, оскільки є великі запаси енергетичних джерел, що дають велику кількість АТФ. Так, при окисленні 1 молекули глюкози в аеробних умовах утворюється 38 молекул АТФ, так як в анаеробних - тільки 2 АТФ. При окисленні вищих жирних кислот, наприклад пальмітинової, разуется ще більше енергії.

Аеробний механізм енергоутворення є основним при котельної роботі великої і помірної потужності: бігу на дистанції 10 000 м, марафонському бігу на 25 000 м, велогонка, плаванні на 1500 м, бігу на ковзанах на 5000 і 10 000 м. Він є основою біохімічної загальної витривалості .

В процесі тренування відбувається зміна механізмів енергозабезпечення. Найбільшого збільшення досягають анаеробні механізми, зростає їх потужність і ємність. Це пов'язано з підвищенням запасів енергетичних субстратів і посиленням активності ферментів. Кожен механізм енергоутворення має певні резерви, які розвиваються в ході адаптації до навантажень.

Питання для самоперевірки:

1. Охарактеризуйте основні критерії енергоутворення в організмі.

2. Дайте поняття ресинтезу АТФ.

3. Опишіть креатінкіназний механізм ресинтезу АТФ і назвіть вправи, при яких він є основним шляхом утворення АТФ.

4. Опишіть гліколіз, назвіть вправи, при яких основна кількість АТФ утворюється за рахунок гліколізу.

5. охарактеризуйте міокіназний механізм. Чому його називають «аварійним» механізмом ресинтезу АТФ?

6. Від чого залежить ефективність анаеробного і аеробного ресинтезу АТФ?

7. Чому аеробний шлях ресинтезу вимагає більше часу для виходу на максимальну потужність?

8. Що таке ПНАО, як визначається цей показник?