Энергообеспечение мышц. Биохимический минимум. (часть 2)

Эта заметка является логичным продолжением предыдущего материала. Речь пойдет о вариантах снабжении мышечной клетки энергией.

Саркоплазматическая АТФ отдала фосфатную группу креатину и он “унес” ее в миофибоиллу. В результате в саркоплазме осталась молекула АДФ.

Есть 3 пути ресинтеза АТФ из АДФ в саркоплазме мышечной клетки:
1. Анаэробный гликолиз
2. Аэробный гликолиз
3. Окислительное фосфорилирование свободных жирных кислот

Анаэробный – без кислорода
Аэробный – с кислородом.
Гликолиз – химический процесс окисления глюкозы.
Глюкоза – моносахарид (углевод). Источник энергии. Циркулирует в крови и поступает, в т.ч. в мышцы (в мышечные клетки) из кровотока.
Гликоген – полисахарид, является основной формой хранения глюкозы в организме. Хранится в печени и в мышцах.
Митохондрии – внутриклеточные органеллы в которых происходят сложные биохимические процессы, в т.ч. связанные с образованием АТФ. Их называют «энергетические станции клеток».

1. Анаэробный гликолиз

В ходе анаэробного гликолиза из глюкозы (гликогена) и АДФ образуется пируват и АТФ.

Из глюкозы 2 молекулы АТФ, а из гликогена 3 молекулы АТФ.

Пируват под действием ферментов превращается в лактат и далее в молочную кислоту. Слышали о такой?

Вот вам и новые молекулы АТФ в саркоплазме, можно опять взаимодействовать с креатином, отдавать ему фосфатную группу, которую он «утащит» в миофибриллы.

Этот процесс идет во всех мышечных волокнах.

Для общей картины. Запоминать смысла нет
C6H12O6 + 2 АДФ + 2 H3PO4 = 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 H2O

2. Аэробный гликолиз

В ходе аэробного гликолиза из глюкозы (гликогена) и АДФ так же образуется пируват и АТФ (2 или 3 молекулы).

Но дальнейшая судьба пирувата иная.  Если в мышечном волокне много митохондрий, то пируват поступает в митохондрию, где в ходе сложного процесса химических реакция (окисление в цикле Кребса) из него образуется углекислый газ, вода и ВНИМАНИЕ!!! Еще 36 молекул АТФ.

Общая формула гликолиза будет такой.
C6H12O6 + 6 O2 + 38 АДФ + 38 H3PO4 = 6 CO2 + 44 H2О + 38 АТФ

С энергией разобрались. Для чего нужна глюкоза и гликоген тоже выяснили. А как насчет молочной кислоты?

С ней все просто. Это нестойкое соединение, и она распадется на лактат и ионы водорода (Н+). Про лактат можно забыть он вреда не наносит, а вот Н+ дело другое. Н+ маленький атом, он легко проникает в клеточные структуры. Помните, что для соединения актина и миозина нужны ионы кальция. Так вот, Н+ мешают присоединению ионов кальция к элементам актина и тем самым не дают зацепится актину и миозину. Чем больше Н+, тем меньше актина и миозина может взаимодействовать, тем меньше мощность сокращения.

Наступило мышечное утомление!

Часть молочной кислоты выходит из клетки в кровь, и с кровотоком попадет в другие мышечные клетки, где много митохондрий. Там она снова распадется до лактата и Н+, а  затем лактат с помощью ферментов до пирувата, который попадет в митохондрию и будет окислен с образованием АТФ (как мы только что разобрали). А ионы водорода в митохондриях соединяются с кислородом, образуя воду.

Т.е. некоторые мышечные волокна, в которых много митохондрий будут использовать чужую молочную кислоту, чтобы образовывать АТФ, тем самым экономя свой гликоген.

В разных мышечных волокнах разное содержание митохондрий.

Если их мало, то это ГЛИКОЛИТИЧЕСКИЕ МЫШЕЧНЫЕ ВОЛОКНА (ГМВ). В них процесс образования энергии идет через анаэробный гликолиз. Образуется молочная кислота, часть которой выходит в кровь, а часть распадается с образованием H+. которые препятствуют соединению актина и миозина. Уже через 60 секунд работы в ГМВ содержание Н+ таково, что мышечное волокно не может сократиться.

Говорят: Мышца закислилась! Наступил отказ!

Если митохондрий несколько больше, то это ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ МЫШЕЧНЫЕ ВОЛОКНА (ПМВ). В них протекают как процессы аэробного, так и анаэробного гликолиза.

А вот если митохондрий много, то это ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ МЫШЕЧНЫЕ ВОЛОКНА (ОМВ). В них молочная кислота образовываться из пирувата не успевает. Здесь протекает процесс аэробного гликолиза.

Молочная кислота, поступившая в кровь переносится кровотоком в другие мышечные волокна – в ПМВ и в ОМВ где распадается, как это описано чуть выше.

Но и ОМВ можно закислить, для этого надо перекрыть доступ к ним кислорода. Тогда процесс аэробного гликолиза станет невозможным (ведь для него нужен кислород). Это достигается особым способом выполнения силовых упражнений (статодинамика). А для чего это делать будет рассказано в заметке о факторах мышечного роста.

3. Окислительное фосфорилирование свободных жирных кислот.

Окисление жиров происходит в митохондриях с использованием кислорода. А значит, происходит только в ОМВ и немного в ПМВ.

Жиры хранятся в нашем организме в адипоцитах, клетках жировой ткани. Оттуда они попадают в кровь, где соединяются с молекулами белка, образуя липопротеиды высокой плотности (ЛПВП) и липопротеиды низкой плотности (ЛПНП). Только в таком состоянии они переносятся в кровотоке. Затем они поступают в мышечную клетку в виде жирных кислот.

Процесс их окисления в митохондриях так же идет с участием кислорода и все в том же цикле химических реакций (цикл Кребса).

Поскольку количество углерода в жирных кислотах больше, чем в глюкозе, то и кол-во вырабатываемой АТФ выше. Так из пальметиновой кислоты образуется 129 молекул АТФ.

C16H32O2  + 23 O2 +129 АДФ = 6CO2 + 146 H2O + 129 АТФ

Проблема в том, что процесс доставки жирных кислот из жировой ткани в мышечную клетку весьма сложен и не быстр. Как только запасы жирных кислот в клетке в процессе силового тренинга закончатся, клетка переходит на получения энергии (АТФ) с использованием в качестве источника гликогена или глюкозы.