Ресинтез АТФ може відбуватися чотирма шляхами

Ресинтез АТФ може відбуватися чотирма шляхами. Найперший за часом і найбільш швидкий - креатінкіназная реакція, т. Е. Перенесення багатою енергією фосфатної групи КФ на АДФ з утворенням АТФ; але запаси КФ теж невеликі: їх вистачає лише на забезпечення м'язової роботи протягом 20-30 с. Другий шлях - гліколіз; він дає можливість працювати за лічені хвилини і навіть години. Однак гліколіз має

ряд недоліків: енергетично малоефективний, призводить до повені організму молочною кислотою і зрушення реакції внутрішнього середовища в кислу сторону; крім того, гліколізірованного може тільки глюкоза, а запаси глікогену в організмі не безмежні. Гідність же гліколізу в тому, що він не вимагає від організму підвищеного споживання кисню. Третій шлях ресинтезу АТФ - аеробне окислення різних речовин: вуглеводів, жирних кислот, гліцерину, що позбулися свого азоту залишків амінокислот, поєднане з фосфорилюванням АДФ. Позитивне в ньому - висока енергетична ефективність, кінцеві продукти його - нешкідлива для організму вода і легко видаляється з нього вуглекислота. Нарешті, запаси джерел енергії, здатних піддаватися аеробному окислюванню, особливо жирних кислот, майже невичерпні. Але цей шлях вимагає підвищеного споживання кисню. Четвертий шлях - аварійний, невигідний для організму і запускається тільки в крайніх випадках. Це міокіназная реакція між двома молекулами АДФ з утворенням АТФ і АМФ: 2 АДФ АТФ + -f- АМФ. При цьому АМФ втрачає аміногрупу і перетворюється в инозиновой кислоту. Реакція ця незворотна. Отже, тоді половина АДФ регенерується в АТФ, а решта АДФ представляє «витрати виробництва».

В умовах звичайної, повсякденної м'язової діяльності АТФ ресинтезируется шляхом аеробного окислення головним чином жирних кислот і в меншій мірі глюкози. Але при інтенсивній, підвищеної м'язової діяльності це не завжди можливо або обмежено. Для того щоб пробігти 100 м зі спортивної швидкістю, треба затратити енергію, рівну 135 кДж. Щоб звільнити таку кількість її шляхом аеробного окислення, організм повинен спожити близько 7 л кисню. А людина, навіть самий фізично розвинений, може поглинути Bt хвилину 5 л кисню або трохи більше. Біг же на 100 м триває 10 - 12 с, причому багато спортсменів пробігають цю дистанцію на затримці дихання, зробивши глибокий вдих на старті. Таким чином, за час бігу спортсмен отримає не більше 0,5-0,7 л кисню. А потрібно 7 л! Виникає кисневий дефіцит, що становить 90-95% від кисневого запиту, т. Е. Тієї кількості кисню, яке потрібно організму в даних умовах. При інших видах бігу, більш тривалих, але менш інтенсивних, кисневий дефіцит менше: при бігу на 400-1500 м - 30-50%, при марафонському - 10, при бігу на лижах - 10-30%. Навіть коли біжимо до трамваю або автобусу або здійснюємо гігієнічний «біг підтюпцем», у нас в організмі утворюється кисневий дефіцит.

Відновлення нормальних, дорабочей біохімічних співвідношень, т. Е. Повний ресинтез АТФ, КФ і глікогену і усунення надлишку молочної кислоти, відбувається вже під час відпочинку, коли організм «розплачується» за анаеробне енергозабезпечення м'язової діяльності. Ця «розплата», звана кисневим боргом, виражається в підвищеному поглинанні кисню в періоді відпочинку, що робить можливим і окислення або перетворення в глікоген молочної кислоти, і все репаративні синтези. Кисневий борг завжди в тій чи іншій мірі більше кисневого дефіциту. Підвищено поглинається кисень використовується не тільки на енергозабезпечення ресинтезу АТФ, КФ, глікогену і усунення надлишку молочної кислоти, але і на повне відновлення біохімічних співвідношень в м'язах, порушених їх підвищеної діяльністю. Якщо під час м'язової роботи кисневий запит задовольняється не повністю, то миоглобин втрачає свій кисень, підвищено руйнуються білки, фосфоліпіди і навіть деякі субклітинні структури, наприклад частина мітохондрій. Все це вимагає відновлення, а значить, додаткового поглинання кисню, що є як би «відсотками» за борг, які теж треба сплатити.

Співвідношення кисневого дефіциту і кисневого боргу при інтенсивній м'язовій діяльності людини. По осі абсцис - тривалість роботи, с; по осі ординат - споживання Ог, л / хв, KP - кінець роботи

На початку будь-якої м'язової діяльності, при переході до неї від стану спокою, енергозабезпечення її анаеробно, так як для того, щоб збагачена киснем кров дійшла від легких до м'язів, потрібно 6-8 с. Отже, на початку роботи запускається насамперед креатінкіназний механізм ресинтезу АТФ, а потім - гліколіз. Чим робота інтенсивніше, тим цей «пусковий період» значніше і триваліша. При роботі максимальної інтенсивності вся робота виконується в умовах «пускового анаеробіозу». При роботах меншої інтенсивності споживання кисню організмом збільшується - і паралельно зі зниженням інтенсивності гліколізу зростає дихальний ресинтез АТФ. Якщо інтенсивність роботи невелика, то споживання кисню досягає величин, які відповідають кисневий запит, і енергозабезпечення стає безроздільно аеробних.

Витрачання енергетичних потенціалів м'язи в пусковий фазі і при роботі в умовах стійкого стану. По осі абсцис - час; по осі ординат - зміни від рівня спокою, Д%. 1 - молочна кислота, 2 - АТФ, 3 - КФ, 4 - глікоген

Споживання кисню стабілізується на певній величині; інтенсивність витрачання м'язовогоглікогену знижується; основним джерелом енергії стають жирні кислоти: молочна кислота частково окислюється, частково перетвориться в печінці в глікоген; відбувається ресинтез КФ; рівень КФ і АТФ стабілізується трохи нижче вихідного або навіть досягає його. Цей стан енергозабезпечення, зване стійким, дозволяє організму продовжувати рух або роботу вельми тривалий час без помітних порушень гомеостазу. Таким чином, екстрене пристосування до підвищеної м'язової діяльності, що здійснюється тільки безпосередньо при виконанні її, зводиться до забезпечення організму можливістю продовжувати роботу даної інтенсивності в часі, до відома до мінімуму її стресового дії і збереженню необхідного для її виконання рівня гомеостазу.

Як же досягається це? Перш за все забезпеченням м'язів, що скорочуються джерелами енергії. Як тільки до м'яза надходить руховий імпульс і концентрація вільних іонів Ca в ній зростає, відбувається не тільки скорочення м'язового волокна, а й перетворення малоактивною фосфорілази b в високоактивну форму а, що тягне за собою розщеплення м'язового глікогену з утворенням глюкозо-1-фосфату, що піддається потім гликолизу. Викликане ж м'язовими скороченнями зниження концентрації АТФ направляє креатінкіназную реакцію вправо: АДФ + КФ АТФ + -f-крсатін. Таким чином, на якийсь час ресинтез АТФ забезпечений.