जैव ऊर्जा विज्ञान और एटीपी उत्पादन प्रणालियाँ

जैव ऊर्जा विज्ञान इस बात का अध्ययन है कि कोशिकाएँ कार्य करने के लिए रासायनिक ऊर्जा को कैसे परिवर्तित करती हैं। व्यायाम करने वाली मांसपेशी में, प्रत्येक संकुचन का भुगतान एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) में किया जाता है, फिर भी मांसपेशी में केवल कुछ सेकंड के तीव्र प्रयास के लिए पर्याप्त एटीपी जमा होता है, इसलिए इसे तीन परस्पर जुड़ी प्रणालियों के माध्यम से लगातार एटीपी का पुनर्संश्लेषण करना चाहिए: फॉस्फोजेन (एटीपी-पीसीआर) प्रणाली, अवायवीय ग्लाइकोलिसिस, और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन।

Definition

व्यायाम जैव ऊर्जा विज्ञान जैव रासायनिक मार्गों का एक समूह है जिसके द्वारा कंकाल की मांसपेशी संकुचन को बढ़ावा देने के लिए एटीपी का पुनर्संश्लेषण करती है, जिसमें फॉस्फोजेन प्रणाली, अवायवीय ग्लाइकोलिसिस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन शामिल हैं।

Scope

यह विषय कोशिका की ऊर्जा मुद्रा के रूप में एटीपी, ऊर्जा-आपूर्ति करने वाली तीन प्रणालियों और उन समय-सीमाओं को शामिल करता है जिन पर प्रत्येक का प्रभुत्व होता है, और वे विभिन्न तीव्रता और अवधि के व्यायाम की मांगों को पूरा करने के लिए कैसे ओवरलैप करते हैं। यह जैव ऊर्जा विज्ञान को एक शारीरिक विषय के रूप में मानता है और पूरक आहार व्यवस्था या व्यक्तिगत प्रशिक्षण निर्धारण को संबोधित नहीं करता है।

Core questions

• व्यायाम के दौरान एटीपी को केवल संग्रहीत करने के बजाय लगातार पुनर्संश्लेषित क्यों किया जाना चाहिए?
• फॉस्फोक्रीटिन, ग्लाइकोलिसिस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन क्या भूमिका निभाते हैं, और किस समय-सीमा में?
• तीनों ऊर्जा प्रणालियाँ असतत रूप से चालू और बंद होने के बजाय कैसे ओवरलैप करती हैं?

Key concepts

• तत्काल ऊर्जा मुद्रा के रूप में एटीपी
• फॉस्फोजेन (एटीपी-पीसीआर) प्रणाली
• फॉस्फोक्रीटिन और क्रिएटिन किनेज प्रतिक्रिया
• अवायवीय ग्लाइकोलिसिस
• ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन
• तीव्रता और अवधि के साथ ऊर्जा-प्रणाली निरंतरता और ओवरलैप

Mechanisms

एटीपी अपनी टर्मिनल फॉस्फेट बॉन्ड के हाइड्रोलाइज्ड होने पर उपयोगी ऊर्जा छोड़ता है, और छोटे इंट्रामस्कुलर एटीपी स्टोर को जितनी तेजी से उपयोग किया जाता है उतनी ही तेजी से पुनर्जीवित किया जाना चाहिए। फॉस्फोजेन प्रणाली सबसे तेजी से पुनःपूर्ति प्रदान करती है: फॉस्फोक्रीटिन क्रिएटिन किनेज प्रतिक्रिया के माध्यम से एडीपी को अपना फॉस्फेट दान करता है, तीव्र प्रयास के पहले सेकंड के दौरान एटीपी को बफर करता है (Wyss, 2000)। जैसे-जैसे प्रयास जारी रहता है, अवायवीय ग्लाइकोलिसिस ग्लूकोज और ग्लाइकोजन को पाइरूवेट में तोड़ता है, जिससे एटीपी तेजी से लेकिन सीमित मात्रा में प्राप्त होता है और जब इसकी दर ऑक्सीडेटिव क्षमता से अधिक हो जाती है तो लैक्टेट बनता है (Gladden, 2004)। निरंतर गतिविधि के लिए, माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन कार्बोहाइड्रेट और वसा का ऑक्सीकरण करके एटीपी का एक बड़ा हिस्सा उत्पन्न करता है, जिसमें ईंधन का मिश्रण तीव्रता और अवधि पर निर्भर करता है (Romijn, 1993)। ये प्रणालियाँ एक साथ काम करती हैं और असतत रूप से स्विच करने के बजाय ओवरलैप करती हैं (McArdle, 2015)।

Clinical relevance

ऊर्जा-प्रणाली ढाँचा इस बात का आधार है कि व्यायाम परीक्षण और प्रशिक्षण प्रतिक्रियाओं का वर्णन कैसे किया जाता है और अनुसंधान और अनुप्रयुक्त शरीर विज्ञान में चयापचय क्षमताओं को कैसे चित्रित किया जाता है। इसे यहाँ संदर्भ पृष्ठभूमि के रूप में प्रस्तुत किया गया है और यह पूरक, प्रशिक्षण या उपचार सलाह का गठन नहीं करता है।

Evidence & guidelines

वर्णन नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय मांसपेशियों के ऊर्जा चयापचय के जैव रासायनिक और शारीरिक समीक्षाओं और पाठ्यपुस्तक संश्लेषण पर आधारित हैं; मात्रात्मक सब्सट्रेट डेटा ट्रेसर और बायोप्सी अध्ययनों से प्राप्त होता है (Romijn, 1993; Wyss, 2000)।

History

एटीपी को सार्वभौमिक ऊर्जा मुद्रा के रूप में मान्यता और क्रिएटिन किनेज फॉस्फोजेन बफर, ग्लाइकोलिसिस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के स्पष्टीकरण ने बीसवीं सदी के मांसपेशी शरीर विज्ञान को बदल दिया, जिससे व्यायाम को अतिव्यापी ऊर्जा प्रणालियों की एक वर्गीकृत भर्ती के रूप में वर्णित किया जा सका (Wyss, 2000; McArdle, 2015)।

Key figures

• Markus Wyss
• L. Bruce Gladden
• Edward F. Coyle

Seminal works

• wyss-2000
• gladden-2004
• romijn-1993

Frequently asked questions

व्यायाम के दौरान उपयोग की जाने वाली तीन ऊर्जा प्रणालियाँ कौन सी हैं?

फॉस्फोजेन (एटीपी-पीसीआर) प्रणाली, अवायवीय ग्लाइकोलिसिस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन। वे इस बात में भिन्न हैं कि वे कितनी जल्दी और कितना एटीपी प्रदान कर सकते हैं और एक-एक करके काम करने के बजाय एक साथ काम करते हैं।

मांसपेशी अपनी ज़रूरत का सारा एटीपी क्यों नहीं स्टोर कर सकती?

मांसपेशी केवल कुछ सेकंड के तीव्र प्रयास के लिए पर्याप्त एटीपी स्टोर करती है, इसलिए इसे लगातार संकुचन जारी रखने के लिए फॉस्फोक्रीटिन, कार्बोहाइड्रेट और वसा से इसका पुनर्संश्लेषण करना चाहिए।