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.
КреатинФосфат отдает свой Фосфат для ресинтеза АДФ до АТФ, трансформируясь в свободный Креатин. Активирует эту реакцию фермент креатинкиназа
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.
Материал для углубленного изучения
- Creatine and Phosphocreatine: A Review of Their Use in Exercise and Sport / Joseph F Clark, 1997 (J Athl Train)
- Three-dimensional network of creatine metabolism: From intracellular energy shuttle to systemic metabolic regulatory switch / Yuhui Su, 2025 (Molecular Metabolism)