 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Биоэнергетические системы - это метаболические процессы, которые связаны с потоком энергии в живых организмах. Эти процессы преобразуют энергию в аденозинтрифосфат (АТФ), который является формой, подходящей для мышечной активности. Есть две основные формы синтеза АТФ: аэробная , при которой задействуется кислород из кровотока, и анаэробная , при которой этого не происходит. Биоэнергетика - это область биологии, изучающая биоэнергетические системы.
Обзор [ править ]
Процесс клеточного дыхания, который преобразует энергию пищи в АТФ (форму энергии), во многом зависит от наличия кислорода . Во время упражнений предложение и потребность в кислороде, доступном для мышечных клеток , зависит от продолжительности и интенсивности, а также от уровня кардиореспираторной подготовки человека. В зависимости от количества доступного кислорода в процессе клеточного дыхания для выработки АТФ для мышц можно выборочно задействовать три энергетические системы упражнений. Это АТФ, анаэробная система и аэробная система.
Аденозинтрифосфат [ править ]
АТФ - это используемая форма химической энергии для мышечной деятельности. Он хранится в большинстве клеток, особенно в мышечных клетках. Другие формы химической энергии, например, получаемые с пищей, должны быть преобразованы в АТФ, прежде чем они могут быть использованы мышечными клетками. [1]
Сопряженные реакции [ править ]
Поскольку при расщеплении АТФ выделяется энергия, для его восстановления или повторного синтеза требуется энергия. Строительными блоками синтеза АТФ являются побочные продукты его распада; аденозиндифосфат (АДФ) и неорганический фосфат (Pi). Энергия для ресинтеза АТФ поступает из трех различных серий химических реакций, протекающих в организме. Два из трех зависят от типа съеденной пищи, а другой - от химического соединения, называемого фосфокреатином . Энергия, выделяемая в любой из этих трех серий реакций, сочетается с потребностями в энергии реакции, которая повторно синтезирует АТФ. Отдельные реакции функционально связаны друг с другом таким образом, что энергия, выделяемая одной, всегда используется другой. [1]: 8–9
Синтезировать АТФ можно тремя способами:
- Система АТФ – ХП (фосфогенная система) - эта система используется до 10 секунд. Система АТФ-КП не использует кислород и не производит молочную кислоту, если кислород недоступен, и, таким образом, считается алакто-анаэробной. Это основная система очень коротких и мощных движений, таких как замах в гольфе, спринт на 100 м или пауэрлифтинг.
- Анаэробная система - преобладает в обеспечении энергией для упражнений продолжительностью менее двух минут. Также известна как гликолитическая система . Примером активности с интенсивностью и продолжительностью, в которой работает эта система, может быть спринт на 400 м.
- Аэробная система - это длительная энергетическая система. После пяти минут упражнений система O 2 становится доминирующей. При беге на 1 км эта система уже вырабатывает примерно половину энергии; в марафонском беге он обеспечивает 98% и более. [2]
Аэробная и анаэробная системы обычно работают одновременно. При описании деятельности вопрос не в том, какая энергетическая система работает, а в том, какая преобладает. [3]
Аэробный и анаэробный метаболизм [ править ]
Термин «метаболизм» относится к различным сериям химических реакций, происходящих в организме. Аэробный означает присутствие кислорода, тогда как анаэробный означает ряд химических реакций, не требующих присутствия кислорода. Серия ATP-CP и серия молочной кислоты являются анаэробными, тогда как кислородная серия является аэробной. [1] : 9
АТФ – ХП: фосфагенная система [ править ]
Креатинфосфат (КП), как и АТФ, хранится в мышечных клетках. Когда он разрушается, выделяется большое количество энергии. Выделяемая энергия связана с потребностью в энергии, необходимой для ресинтеза АТФ.
Суммарные запасы АТФ и ЦП в мышцах невелики. Таким образом, количество энергии, получаемой через эту систему, ограничено. Фосфоген, накопленный в работающих мышцах, обычно истощается за секунды активной деятельности. Однако полезность системы ATP-CP заключается в быстрой доступности энергии, а не количества . Это важно в отношении видов физической активности, которые способны выполнять люди. [1] : 9–11
Анаэробная система [ править ]
Эта система известна как анаэробный гликолиз . «Гликолиз» относится к расщеплению сахара. В этой системе расщепление сахара обеспечивает необходимую энергию, из которой производится АТФ. Когда сахар метаболизируется анаэробно, он расщепляется лишь частично, и одним из побочных продуктов является молочная кислота . Этот процесс создает достаточно энергии, чтобы удовлетворить потребности в энергии для повторного синтеза АТФ.
Когда ионы H + накапливаются в мышцах, в результате чего уровень pH в крови достигает очень низкого уровня, возникает временная мышечная усталость . Другое ограничение системы молочной кислоты, которое связано с ее анаэробным качеством, заключается в том, что только несколько молей АТФ могут быть повторно синтезированы при расщеплении сахара по сравнению с выходом, возможным при наличии кислорода. На эту систему нельзя полагаться в течение длительного периода времени.
Система молочной кислоты, как и система АТФ-ХП, важна прежде всего потому, что она обеспечивает быструю поставку энергии АТФ. Например, упражнения, которые выполняются с максимальной скоростью в течение от 1 до 3 минут, в значительной степени зависят от системы молочной кислоты для получения энергии АТФ. В таких видах деятельности, как бег на 1500 метров или милю, система молочной кислоты используется преимущественно для «толчка» в конце забега. [1] : 11–12
Аэробная система [ править ]
- Гликолиз - первая стадия известна как гликолиз, которая производит 2 молекулы АТФ, 2 восстановленные молекулы никотинамидадениндинуклеотида ( НАДН ) и 2 молекулы пирувата, которые переходят на следующую стадию - цикл Кребса . Гликолиз происходит в цитоплазме нормальных клеток тела или саркоплазме мышечных клеток.
- Цикл Кребса - это вторая стадия, и продукты этой стадии аэробной системы представляют собой чистое производство одного АТФ, одной молекулы углекислого газа , трех восстановленных молекул НАД, одной восстановленной молекулы никотинамидадениндинуклеотида FAD (молекулы НАД и FAD, упомянутые здесь, являются переносчиками электронов, и если они называются восстановленными, это означает, что к ним был добавлен один ион H +). Эти метаболиты являются для каждого витка цикла Кребса. Цикл Кребса повторяется дважды для каждой молекулы глюкозы, проходящей через аэробную систему - когда две молекулы пирувата входят в цикл Кребса. Чтобы молекулы пирувата вошли в цикл Кребса, они должны быть преобразованы в ацетилкофермент А.. Во время этой реакции связи для каждой молекулы пирувата, которая превращается в ацетилкофермент А, также снижается НАД. Эта стадия аэробной системы происходит в матриксе митохондрий клеток .
- Окислительное фосфорилирование - последняя стадия аэробной системы дает самый большой выход АТФ из всех стадий - всего 34 молекулы АТФ. Это называется окислительным фосфорилированием, потому что кислород является конечным акцептором электронов и ионов водорода, которые покидают эту стадию аэробного дыхания (следовательно, окислительного), а АДФ фосфорилируется (добавляется дополнительный фосфат) с образованием АТФ (отсюда фосфорилирование).
Эта стадия аэробной системы происходит на кристах.(складки на мембране митохондрий). НАДН + из гликолиза и цикла Кребса и FADH + из цикла Кребса производят переносчики электронов на понижающихся энергетических уровнях, в которых энергия высвобождается для преобразования АТФ. Каждый NADH +, который перемещается по этой цепи переноса электронов, обеспечивает достаточно энергии для 3 молекул АТФ, а каждая молекула FADH + обеспечивает энергию, достаточную для 2 молекул АТФ. Это означает, что 10 общих молекул NADH + позволяют омолаживать 30 АТФ, а 2 молекулы FADH + позволяют омолаживать 4 молекулы АТФ (общее количество составляет 34 от окислительного фосфорилирования, плюс 4 с предыдущих двух стадий, что означает, что всего 38 АТФ приходится на производится во время аэробной системы). НАДН + и ФАДН + окисляются, чтобы позволить НАД и ФАД вернуться для использования в аэробной системе,и электроны и ионы водорода принимаются кислородом для образования воды, безвредного побочного продукта.
Ссылки [ править ]
- ^ Б с д е Эдвард Л. Фокс (1979). Спортивная физиология . Издательство колледжа Сондерс. ISBN 978-0-7216-3829-4.
- ^ "Программа силы и кондиционирования Университета Джеймса Мэдисона" . Архивировано из оригинала на 2008-04-20. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Графики пропорции энергии
Дальнейшее чтение [ править ]
- Физиология упражнений для здоровья, фитнеса и производительности . Шэрон Пахарь и Дениз Смит. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; Третье издание (2010 г.). ISBN 978-0-7817-7976-0 .
