что такое атф и адф

Ресинтез АТФ в мышечных волокнах

Дано определение ресинтеза АТФ. Описаны основные пути ресинтеза АТФ в мышечных волокнах: креатинфосфатный, гликолитический, миокиназный и тканевое дыхание. Описаны количественные критерии путей ресинтеза АТФ, соотношение между различными путями ресинтеза АТФ при мышечной работе, а также между путями ресинтеза АТФ и зонами относительной мощности.

Ресинтез АТФ в мышечных волокнах

Определение

Ресинтез АТФ – синтез АТФ из различных энергетических субстратов во время физической работы в мышечных волокнах.

Формула ресинтеза АТФ выглядит следующим образом:

Пути ресинтеза АТФ

Ресинтез АТФ может осуществляться двумя путями:

Аэробный путь (тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорилирование) – основной способ образования АТФ в мышечных волокнах. Он протекает в митохондриях мышечных волокон. В результате тканевого дыхания выделяется 39 молекул АТФ. Окисляемое вещество распадается до углекислого газа и воды.

Анаэробный ресинтез АТФ

Анаэробные пути ресинтеза АТФ являются дополнительными способами образования АТФ в мышечных волокнах в тех случаях, когда основной путь получения АТФ – тканевое дыхание не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количество кислорода. Эти механизмы ресинтеза АТФ активно функционируют в начале выполнения физических упражнений, когда тканевое дыхание не полностью «развернулось», а также при физических нагрузках высокой мощности.

Анаэробный ресинтез АТФ в мышечных волокнах возможен посредством нескольких механизмов:

Количественные критерии путей ресинтеза АТФ

Существуют количественные критерии путей ресинтеза АТФ. К ним можно отнести: максимальную мощность, время развертывания, время сохранения или поддержания максимальной мощности, метаболическую ёмкость (табл. 1).

Таблица 1. Количественные критерии основных путей ресинтеза АТФ (С.С. Михайлов, 2009)

Соотношение между различными путями ресинтеза АТФ

При любой мышечной работе функционируют все три основных механизма ресинтеза АТФ, но включаются они последовательно. В первые секунды ресинтез АТФ осуществляется за счет креатинфосфатной реакции, затем включается гликолиз. По мере продолжения работы на смену гликолизу приходит тканевое дыхание (рис.1). Эта смена механизмов ресинтеза АТФ приводит к уменьшению суммарной выработки АТФ.

Рис.1. Включение путей ресинтеза АТФ при выполнении физической работы (С.С. Михайлов, 2009)

Пути ресинтеза АТФ и зоны относительной мощности

В.С. Фарфель приводит следующее соотношение мощности работы и основной системы энергообеспечения (табл.2)

Таблица 2. Зоны мощности работы и основная система энергообеспечения (В.С. Фарфель)

Источник

Энергетический обмен

Обмен веществ

Энергетический обмен

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).

Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

АТФ в бодибилдинге

Содержание

АТФ должна пройти через несколько ступеней, чтобы дать нам энергию. Сначала при помощи специального коэнзима отделяется один из трёх фосфатов (каждый из которых даёт десять калорий), высвобождается энергия и получается аденозин дифосфат (АДФ). Если энергии требуется больше, то отделяется следующий фосфат, формируя аденозин монофосфат (АМФ). Главным источником для производства АТФ служит глюкоза, которая в клетке инициально расщепляется на пируват и цитозол.

Во время отдыха происходит обратная реакция – при помощи АДФ, фосфагена и гликогена фосфатная группа вновь присоединяется к молекуле, формируя АТФ. Для этих целей из запасов гликогена берётся глюкоза. Вновь созданный АТФ готов к следующему использованию. В сущности АТФ работает как молекулярная батарея, сохраняя энергию, когда она не нужна, и высвобождая в случае необходимости.

Структура АТФ [ править | править код ]

Молекула АТФ состоит из трёх компонентов:

1. Рибоза (тот же самый пятиуглеродный сахар, что формирует основу ДНК)
2. Аденин (соединённые атомы углерода и азота)
3. Трифосфат

Молекула рибозы располагается в центре молекулы АТФ, край которой служит базой для аденозина. Цепочка из трёх фосфатов располагается с другой стороны молекулы рибозы. АТФ насыщает длинные, тонкие волокна, содержащие протеин, называемый миозином, который формирует основу наших мышечных клеток.

Системы АТФ [ править | править код ]

Запасов АТФ достаточно только на первые 2-3 секунды двигательной активности, однако мышцы могут работать только при наличии АТФ. Для этого существуют специальные системы, которые постоянно синтезируют новые молекулы АТФ, они включаются в зависимости от продолжительности нагрузки (см. рисунок). Это три основные биохимические системы:

1. Фосфагенная система (Креатин-фосфат)
2. Система гликогена и молочной кислоты
3. Аэробное дыхание

Фосфагенная система [ править | править код ]

Когда мышцам предстоит короткая, но интенсивная активность (приблизительно 8-10 секунд), используется фосфагенная система – АДФ соединяется с креатина фосфатом. Фосфагенная система обеспечивает постоянную циркуляцию небольшого количества АТФ в наших мышечных клетках. Мышечные клетки также содержат высокоэнергетический фосфат – фосфат креатина, который используется для восстановления уровня АТФ после кратковременной, высокоинтенсивной работы. Энзим креатин киназа отнимает фосфатную группу у креатина фосфата и быстро передаёт её АДФ для формирования АТФ. Итак, мышечная клетка превращает АТФ в АДФ, а фосфаген быстро восстанавливает АДФ до АТФ. Уровень креатина фосфата начинает снижаться уже через 10 секунд высокоинтенсивной активности. Пример использования фосфагенной системы энергоснабжения – это спринт на 100 метров.

Система гликогена и молочной кислоты [ править | править код ]

Система гликогена и молочной кислоты снабжает организм энергией медленнее, чем фосфагенная система, и предоставляет достаточно АТФ примерно для 90 секунд высокоинтенсивной активности. В ходе процесса из глюкозы мышечных клеток в результате анаэробного метаболизма происходит формирование молочной кислоты.

Учитывая тот факт, что в анаэробном состоянии организм не использует кислород, эта система даёт кратковременную энергию без активации кардио-респираторной системы точно так же, как и аэробная система, но с экономией времени. Более того, когда в анаэробном режиме мышцы работают быстро, они очень мощно сокращаются, перекрывая поступление кислорода, так как сосуды оказываются сжатыми. Эту систему ещё можно назвать анаэробно-респираторной, и хорошим примером работы организма в этом режиме послужит 400-метровый спринт. Обычно продолжать работать таким образом атлетам не даёт мышечная болезненность, возникающая в результате накопления молочной кислоты в тканях.

Аэробное дыхание [ править | править код ]

Если упражнения длятся более двух минут, в работу включается аэробная система, и мышцы получают АТФ вначале из углеводов, потом из жиров и наконец из аминокислот (протеинов). Протеин используется для получения энергии в основном в условиях голода (диеты в некоторых случаях). При аэробном дыхании производство АТФ проходит наиболее медленно, но энергии получается достаточно, чтобы поддерживать физическую активность на протяжении нескольких часов. Это происходит, потому что глюкоза распадается на диоксид углерода и воду беспрепятственно, не испытывая противодействия со стороны, например, молочной кислоты, как в случае анаэробной работы.

Источник

Параграф 24. 1. Функции АТФ

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

ПАРАГРАФ 24:
Функции АТФ, пути его использования.

АТФ – это нуклеоТид (п.70).
Он состоит из трех фосфатов (ТФ) и нуклеоЗида аденозина (А),
аденозин (нуклеоЗид) состоит из аденина и рибозы. П. 70.

Без АТФ клетка не живет.
Если [АТФ] в клетке сильно снижается, клетка погибает.

Неприятные ощущении, возникающие при неспособности дышать,
связаны со снижением [АТФ] в клетках.
При нарушении дыхания клетки не получают кислород,
без него не работает ДЦ, без ДЦ снижается синтеза АТФ.

Многие факторы, приводящие к смерти,
убивают потому, что снижают [АТФ] в клетках:
например, цианистый калий ядовит потому,
что снижает [АТФ] (блокируя ДЦ).

Поэтому [АТФ] всегда должна поддерживаться на необходимом уровне
за счет синтеза из АДФ и фосфата (фосфорилирования АДФ) – см. п. 22 и 23.

Для всех клеток, кроме эритроцитов, необходим синтез АТФ путем ОФ, то есть за счет ДЦ.
Поэтому [АТФ] снижает все, что прекращает работу ДЦ:
1) действие блокаторов ДЦ
(цианидов, барбитуратов и т.д.),
2) дефицит кислорода
(при удушье, тромбозе, анемии и т.д.),
3) дефицит НАДН
при дефиците пищи (поставляющей Н для НАД) и РР,
4) дефицит ФМН
(при дефиците В2) и т.д. (п. 22).

О синтезе АДФ из аминокислот и глюкозы см. п.72.

1-я функция АТФ –
Энергетическая (макроэргическая) функция АТФ.

Основное количество АТФ используется в качестве источника энергии,
при этом АТФ расщепляется на АДФ и фосфат.

Процессы, требующие расщепления АТФ в качестве источника энергии:

1. Работа мышц
a. и сокращение белков ресничек и жгутиков –
b. при этом совершается механическая работа.

2. Синтез ДНК и других веществ
и первые реакции катаболизма веществ –
это химическая работа.

Примеры первых реакций катаболизма, протекающих с затратой энергии –
в п.32 и 45 в гликолизе и в ;-окислении жирных кислот,

3. Работа Na+/К+-АТФазы,
Н+/К+-АТФ-азы (в желудке),
Са++-АТФ-азы и других насосов ионов:
осмотическая работа.

Поэтому
при дефиците АТФ из-за духоты, гиповитаминозов, голода, ядов и т.д.:

1. Работа мышц ослабляется:
снижается сила сердечных сокращений,
слабые мускулы,
ослабление перистальтики ; запоры, застой содержимого, отравление.

2. Синтезы снижаются,
особенно ДНК и белков,
возникают симптомы этого (шелушится кожа и т.д.).

3. Снижается работа насосов,
что не позволяет поддерживать нужные концентрации ионов
в клетке и вне клетки,
особенно в нервных клетках
(в частности, это снижает мыслительные способности).

2-я функция АТФ –
АТФ – источник групп при реакциях.

2.1. В ряде реакций АТФ используется как источник фосфата,
присоединяемого к другим веществам.

Такие процессы катализируются киназами
и относятся к фосфорилированию.
Примеры – фосфорилирование глюкозы, белков (при этом меняется активность белков).

2.2. АТФ используется как источник группы аденозина
для образования SAM и ФАФС – см. в п. 68, зачем это нужно.

2.3. АТФ является
источником АМФ при синтезе коферментов
НАД, НАДФ и ФАД
и источником АДФ
для КоА.
Это коферментная функция АТФ.

3-я функция АТФ –
Регуляторная функция АТФ.

3.1. АТФ ингибирует катаболические процессы
(ЦТК, ДЦ, гликолиз, и др.)
и активирует анаболические (ГНГ).

АТФ ингибирует катаболизм «на правах продукта»:
тогда, когда АТФ много,
и потому, что главный смысл катаболизма –
это получение АТФ
(если АТФ много, то необходимость в катаболических процессах снижается).

Ингибирование катаболизма под действием АТФ
происходит по принципу отрицательной обратной связи
(то есть когда результат процесса снижает активность процесса).

Активация АТФ анаболических процессов связана с тем,
что АТФ является их субстратом – тратится в качестве источника энергии.

Регуляторные эффекты АДФ противоположны эффектам АТФ,
то есть АДФ активирует катаболизм и ингибирует анаболизм.

Это связано с тем, что накопление АДФ в клетке является результатом снижения [АТФ]
(при расщеплении АТФ образуется АДФ).

Пример – АТФ ингибирует гликолиз, ЦТК и ДЦ,
а АДФ их активирует. – п. 21, 22 и 32.

3.2. АТФ является субстратом для синтеза регулятора цАМФ –
циклической формы АМФ.
цАМФ выполняет функцию второго посредника
(то есть передает сигнал гормона от мембраны внутрь клетки). См. п.95.

3.3 АТФ является источником фосфата для протеинкиназ –
ферментов, которые присоединяют фосфат к белкам
(фосфорилируют белки)
и в результате изменяют активность белков
(регулируют активность белков). См. п.6.

3.3. Из АТФ образуется гормон АДЕНОЗИН – п.70.

4-я функция АТФ –
Участие АТФ в теплопродукции (терморегуляции).

При отщеплении фосфата от АТФ
при химических реакциях или при сокращении мышц
часть энергии рассеивается в виде тепла.

Это тепло называется вторичным
(первичное – это то, которое рассеивается при синтезе АТФ при возвращении протонов в матрикс – п.23).

За счет вторичного тепла человек согревается, когда двигается,
и за счет вторичного печень («печка») является самым теплым органом –
в ней протекает много реакций затратой АТФ и выделением тепла.

Источник

Энергетические процессы в мышце

Содержание

Энергетические процессы в мышце [ править | править код ]

Естественно, что для совершения мышечного движения требуется энергия. В организме человека существуют разные источники энергии, которые последовательно включаются один за другим. Рассмотрим каждый из них.

АТФ [ править | править код ]

Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ, которая образуется в цитратном цикле Кребса. Под действием фермента АТФазы молекула АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.

Головка миозинового мостика при контакте с актином обладает АТФазной активностью и соответственно возможностью расщеплять АТФ и получать энергию, необходимую для движения.

Количества АТФ, которое содержится в мышце, достаточно для выполнения движений в течение 2-5 первых секунд.

Креатинфосфат [ править | править код ]

Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения, это происходит за счет креатинфосфата. Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.

АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин.

Эта реакция получила название – реакции Ломана. Именно поэтому креатин имеет большое значение в бодибилдинге.

Надо заметить, что креатин эффективен только при выполнении анаэробных (силовых) упражнений, так как креатинфосфата достаточно примерно на 2 минуты интенсивной работы, затем подключаются другие источники энергии. Соответственно, в лёгкой атлетике приём креатина как добавки для увеличения атлетических показателей малоэффективен.

Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – анаэробного и затем аэробного гликолиза. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.

Энергетический метаболизм скелетных мышц [ править | править код ]

Алактатные механизмы [ править | править код ]

КФ обеспечивает запас энергии фосфата для ресинтеза АТФ из АДФ при наступлении сократительной деятельности (рис. 3):

КФ + АДФ Креатинкиназа К + АТФ (1)

В состоянии покоя мышечные волокна наращивают концентрацию КФ до пяти раз больше, чем АТФ. В начале сокращения, когда концентрация АТФ начинает падать, а АДФ повышаться вследствие ускорения разложения АТФ, массовая активность способствует образованию АТФ из КФ.

Хотя образование АТФ из КФ происходит быстро, требуя одной единственной ферментативной реакции (1), количество АТФ, которое может быть получено в результате этого процесса, ограничено начальной концентрацией КФ. Мышечные волокна также содержат миокиназу, которая катализирует образование одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух молекул АДФ. АТФ и КФ, вместе взятые, могут обеспечить максимальную силу в течение 8—10 с. Таким образом, энергия, полученная от фосфагенной системы, используется для коротких всплесков максимальной мышечной активности, необходимых в легкой и тяжелой атлетике (забег на 100 м, толкание ядра или поднятие тяжестей).

Гликолиз [ править | править код ]

Хотя метаболизм по гликолитическому пути производит лишь небольшое количество АТФ из каждой усвоенной единицы глюкозы, он может обеспечить быстрый синтез большого количества АТФ при наличии достаточного количества ферментов и субстрата. Этот процесс может также происходить в отсутствие кислорода:

Глюкоза анаэробный быстрый гликолиз 2 АТФ + 2 лактата (2)

Глюкоза для гликолиза поступает либо из крови, либо из запасов гликогена. Когда исходным материалом выступает гликоген, из одной единицы потребленной глюкозы в результате фосфоролитического гликогенолиза образуется три молекулы АТФ. По мере того, как мышечная активность становится интенсивнее, для анаэробного расщепления гликогена мышц требуется все больше и больше АТФ, и, соответственно, увеличивается производство молочной кислоты. Анаэробный гликолиз может обеспечить энергию на 1,3-1,6 мин максимальной мышечной активности.

Образование молочной кислоты понижает уровень pH в мышечных волокнах. Это препятствует действию ферментов и вызывает боль, если удаление молочной кислоты происходит слишком медленно по сравнению с ее образованием.

Окислительное фосфорилирование [ править | править код ]

При умеренном уровне физической нагрузки, например, при беге на 5000 м или марафоне, большая часть АТФ, используемого для сокращения мышц, образуется путем окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет высвободить из глюкозы гораздо больше энергии по сравнению с отдельно взятым анаэробным гликолизом:

Жиры катаболизируются только с помощью окислительных механизмов, при этом выделяется много энергии. Аминокислоты тоже могут быть метаболизированы подобным образом. Три метаболических пути образования АТФ для сокращения и расслабления мышц показаны на рис. 3.

В течение первых 5

10 мин умеренной физической нагрузки главным потребляемым «топливом» является собственный гликоген мышц. В течение следующих 30 мин доминирующими становятся переносимые кровью вещества; глюкоза крови и жирные кислоты вносят примерно одинаковый вклад в потребление мышцами кислорода. По истечении этого периода все более важную роль приобретают жирные кислоты. Важно подчеркнуть взаимодействие между анаэробными и аэробными механизмами в образовании АТФ во время физической нагрузки. Вклад анаэробного образования АТФ больше при краткосрочной нагрузке высокой интенсивности, в то время как при более продолжительных нагрузках низкой интенсивности преобладает аэробный метаболизм.

Восстановление и кислородная задолженность [ править | править код ]

После того как физическая нагрузка закончилась, поглощение кислорода все еще остается выше нормы (табл.). С недавнего времени для обозначения кислородной задолженности используется также термин «избыточное потребление кислорода после физической нагрузки». Сначала его уровень очень высок, пока тело восстанавливает запасы КФ и АТФ, возвращая тканям запасенный кислород, а затем в течение еще одного часа потребление идет на более низком уровне, пока удаляется молочная кислота. Поэтому ранние и последние фазы кислородной задолженности называют соответственно алактатной и лактатной кислородной задолженностью. Повышение температуры тела также говорит о более высокой скорости метаболизма и росте потребления кислорода.

Чем продолжительнее и интенсивнее физическая нагрузка, тем больше времени занимает восстановление. Например, на восстановление после полного истощения гликогена мышц зачастую требуется несколько дней, а не секунд, минут или часов, необходимых для восстановления запасов КФ и АТФ и удаления молочной кислоты. Физическая нагрузка большой интенсивности, вероятно, приводит к микротравмам мышечных волокон, и их восстановление занимает некоторое время.

Компоненты кислородной задолженности. После длительной, тяжелой физической нагрузки дыхание остается выше нормы для удовлетворения повышенной потребности в кислороде

Восстановление запасов кислорода в тканях(около 1 л)

Восстановление уровней креатинфосфата и других богатых энергией фосфатов (около 1-1,5 л)

Удаление молочной кислоты путем глюконеогенеза и другими путями (до 12 л)

Стимуляция метаболизма вследствие повышения уровня адреналина (около 1 л)

Дополнительное потребление кислорода в дыхательных мышцах и сердце (около 0,5 л)

Общее усиление метаболизма вследствие более высокой температуры тела*

Источник