Системы ресинтеза АТФ. КреатинФосфата и креатинфосфатный челнок
Принято считать, что АТФ в мышцах хватает всего на 1-2 секунды активного напряжения. Если напряжение чередуется с расслаблением, как например в беге (мышцы ног срабатывают только в определенных фазах движения), то АТФ может хватить и на условные 5 секунд бега.
В этом смысле, время под нагрузкой конкретной мышцы и общее время работы не всегда совпадают.
Быстрее энергия тратится в быстрых и медленнее в медленных мышечных волокнах. Скорость расхода также зависит от температуры, влажности, степени утомления и других факторов. Поэтому, любые расчеты будут весьма условны. Полезны они для общего понимания, прикидки, но не для точных расчетов.
В любом случае, запасы АТФ заканчиваются в первые же секунды, и вся дальнейшая работа идет за счет АТФ, ресинтезирующегося преимущественно в трех механизмах ресинтеза (трех системах энергообеспечения).
Все они работают одновременно, с первых секунд мышечной активности, но их скорость и вклад по ходу работы могут быстро меняться. Приоритетность определяется интенсивностью нагрузки и возможностями для обеспечения работы самих систем. Например, наличием кислорода.
В этом смысле, время под нагрузкой конкретной мышцы и общее время работы не всегда совпадают.
Быстрее энергия тратится в быстрых и медленнее в медленных мышечных волокнах. Скорость расхода также зависит от температуры, влажности, степени утомления и других факторов. Поэтому, любые расчеты будут весьма условны. Полезны они для общего понимания, прикидки, но не для точных расчетов.
В любом случае, запасы АТФ заканчиваются в первые же секунды, и вся дальнейшая работа идет за счет АТФ, ресинтезирующегося преимущественно в трех механизмах ресинтеза (трех системах энергообеспечения).
Все они работают одновременно, с первых секунд мышечной активности, но их скорость и вклад по ходу работы могут быстро меняться. Приоритетность определяется интенсивностью нагрузки и возможностями для обеспечения работы самих систем. Например, наличием кислорода.
Основные системы энергообеспечения (ресинтеза АТФ)
Эти три системы различаются и располагаются последовательно по:
• Мощности - количеству АТФ производимому в единицу времени;
• Эффективности - количеству АТФ на единицу субстрата (топлива);
• Продолжительности - предельному времени работы;
Аэробный синтез требует кислорода, остальные реакции - нет.
Помимо них есть и другие реакции ресинтеза АТФ, но они обычно даже не упоминаются, так как не вносят заметного вклада в энергообеспечение.
Например, Миокиназная реакция. В ней АТФ восстанавливается из двух АДФ.
Одна из молекул (при участии фермента миокиназы) отдает фосфат другой молекуле. Получившая фосфат становится АТФ, а отдавшая - АМФ.
Происходит реакция при выраженном утомлении, когда ресинтез АТФ другими способами практически невозможен. То есть, это своеобразный аварийный механизм.
• Мощности - количеству АТФ производимому в единицу времени;
• Эффективности - количеству АТФ на единицу субстрата (топлива);
• Продолжительности - предельному времени работы;
Аэробный синтез требует кислорода, остальные реакции - нет.
Помимо них есть и другие реакции ресинтеза АТФ, но они обычно даже не упоминаются, так как не вносят заметного вклада в энергообеспечение.
Например, Миокиназная реакция. В ней АТФ восстанавливается из двух АДФ.
Одна из молекул (при участии фермента миокиназы) отдает фосфат другой молекуле. Получившая фосфат становится АТФ, а отдавшая - АМФ.
Происходит реакция при выраженном утомлении, когда ресинтез АТФ другими способами практически невозможен. То есть, это своеобразный аварийный механизм.
Строение мышцы от уровня органа, до уровня саркомеров
Среди основных систем энергообеспечения первая (и основная) реакция — креатинфосфатная (прямое фосфорилирование).
Она осуществляется за счёт креатинфосфата (КрФ). Вместе с АТФ он действует практически как единая система энергообеспечения. При этом ресинтез происходит практически мгновенно.
При повышении концентрации Ca2+ и АДФ активируется фермент креатинкиназа (креатинфосфокиназа), под действием которого КрФ отдает фосфатную группу молекуле АДФ с образованием АТФ и свободного креатина.
Она осуществляется за счёт креатинфосфата (КрФ). Вместе с АТФ он действует практически как единая система энергообеспечения. При этом ресинтез происходит практически мгновенно.
При повышении концентрации Ca2+ и АДФ активируется фермент креатинкиназа (креатинфосфокиназа), под действием которого КрФ отдает фосфатную группу молекуле АДФ с образованием АТФ и свободного креатина.
КрФ играет решающую роль в работах максимальной мощности.
КрФ-система обладает наибольшей мощностью по сравнению с другими системами ресинтеза. То есть она восстанавливает наибольшее количество АТФ в единицу времени.
Мощность работы при этом составляет порядка 90% от мощности прямой работы на АТФ, пока КрФ находится на высоком уровне. Поэтому она играет решающую роль в энергообеспечении работы предельной мощности, осуществляемой с максимально возможными по силе и скорости сокращениями мышц. Например, в кроссфите, спринтерском беге или плавании на короткие дистанции.
В первые секунды интенсивной мышечной работы количество АТФ поддерживается на относительно постоянном уровне, в то время как уровень креатинфосфата неуклонно снижается, поскольку он используется для пополнения запасов АТФ.
В норме количества креатинфосфата достаточно для поддержания максимальной мощности в течение 5–15 секунд. За это время расходуется около 70% креатинфосфата, и оставшейся концентрации уже недостаточно для быстрого ресинтеза АТФ и поддержания высокой мощности.
Полный расход креатинфосфата происходит примерно за полминуты, а полное восстановление после него длится около 5 минут.
Мощность работы при этом составляет порядка 90% от мощности прямой работы на АТФ, пока КрФ находится на высоком уровне. Поэтому она играет решающую роль в энергообеспечении работы предельной мощности, осуществляемой с максимально возможными по силе и скорости сокращениями мышц. Например, в кроссфите, спринтерском беге или плавании на короткие дистанции.
В первые секунды интенсивной мышечной работы количество АТФ поддерживается на относительно постоянном уровне, в то время как уровень креатинфосфата неуклонно снижается, поскольку он используется для пополнения запасов АТФ.
В норме количества креатинфосфата достаточно для поддержания максимальной мощности в течение 5–15 секунд. За это время расходуется около 70% креатинфосфата, и оставшейся концентрации уже недостаточно для быстрого ресинтеза АТФ и поддержания высокой мощности.
Полный расход креатинфосфата происходит примерно за полминуты, а полное восстановление после него длится около 5 минут.
Добавки креатина позволяют увеличить его запас в мышцах
Такой разброс во времени связан с тем, что запасы КрФ в мышцах, в отличие от запасов АТФ, можно увеличить. Для этого часто используют пищевые добавки, содержащие креатин. Они естественны для организма и поэтому разрешены на соревнованиях любого уровня. Чем больше креатина, тем больше фосфатов он подготовит для перезарядки АТФ.
Результат от приема креатина очень нагляден: на его фоне силовые упражнения можно выполнять чуть дольше.
При этом стоит отметить, что креатин обладает осмотической активностью - притягивает воду. Его применение обычно сопровождается увеличением веса и объёма мышц за счёт их наполнения водой.
Но этот эффект недолговечен: даже при постоянном приёме креатина такое ощущение наполненности проходит всего за несколько недель.
Результат от приема креатина очень нагляден: на его фоне силовые упражнения можно выполнять чуть дольше.
При этом стоит отметить, что креатин обладает осмотической активностью - притягивает воду. Его применение обычно сопровождается увеличением веса и объёма мышц за счёт их наполнения водой.
Но этот эффект недолговечен: даже при постоянном приёме креатина такое ощущение наполненности проходит всего за несколько недель.
Креатинфосфатный челнок
Креатинфосфатный челнок
Помимо эффективного ресинтеза АТФ, КрФ в мышцах играет еще одну важнейшую роль. Она называется креатинфосфатный челнок.
Освобожденный при синтезе АТФ креатин служит энергетическим челноком, который осуществляет перенос высокоэнергетического фосфата от мест синтеза АТФ к местам его использования.
Используется АТФ, прежде всего, в миофибриллах и в саркоплазматической сети.
Синтезируется АТФ в митохондриях (и оттуда он может быть доставлен только при помощи челнока) и в саркоплазме (оттуда челнок не обязателен, но может и участвовать).
Ресинтез КрФ из АТФ и Кр происходит при высоком уровне АТФ относительно КрФ, в реакции обратной синтезу АТФ: АТФ отдает фосфат креатину.
Причем, при помощи все того же фермента – креатинфосфокиназы.
То есть, изначально КрФ отдает Ф группу для ресинтеза АТФ в местах использования (там дефицит АТФ), в виде свободного Кр перемещается к местам синтеза АТФ (где их избыток), забирает Ф группу, перемещается с ней к местам использования АТФ и повторно ресинтезирует.
Этот циклический механизм доставки энергии и называется Креатинфосфатный челнок.
Помимо эффективного ресинтеза АТФ, КрФ в мышцах играет еще одну важнейшую роль. Она называется креатинфосфатный челнок.
Освобожденный при синтезе АТФ креатин служит энергетическим челноком, который осуществляет перенос высокоэнергетического фосфата от мест синтеза АТФ к местам его использования.
Используется АТФ, прежде всего, в миофибриллах и в саркоплазматической сети.
Синтезируется АТФ в митохондриях (и оттуда он может быть доставлен только при помощи челнока) и в саркоплазме (оттуда челнок не обязателен, но может и участвовать).
Ресинтез КрФ из АТФ и Кр происходит при высоком уровне АТФ относительно КрФ, в реакции обратной синтезу АТФ: АТФ отдает фосфат креатину.
Причем, при помощи все того же фермента – креатинфосфокиназы.
То есть, изначально КрФ отдает Ф группу для ресинтеза АТФ в местах использования (там дефицит АТФ), в виде свободного Кр перемещается к местам синтеза АТФ (где их избыток), забирает Ф группу, перемещается с ней к местам использования АТФ и повторно ресинтезирует.
Этот циклический механизм доставки энергии и называется Креатинфосфатный челнок.