Биоэнергетика и системы производства АТФ

Биоэнергетика — это наука о том, как клетки преобразуют химическую энергию для выполнения работы. В работающей мышце каждое сокращение оплачивается аденозинтрифосфатом (АТФ), однако мышца запасает АТФ лишь на несколько секунд интенсивных усилий, поэтому она должна непрерывно ресинтезировать АТФ через три взаимосвязанные системы: фосфагенную (АТФ-КрФ) систему, анаэробный гликолиз и окислительное фосфорилирование.

Definition

Биоэнергетика физических упражнений — это совокупность биохимических путей, посредством которых скелетные мышцы ресинтезируют АТФ для обеспечения сокращения, включающая фосфагенную систему, анаэробный гликолиз и окислительное фосфорилирование.

Scope

Эта тема охватывает АТФ как энергетическую валюту клетки, три системы энергообеспечения и временные рамки, в течение которых каждая из них преобладает, а также то, как они перекрываются для удовлетворения потребностей в упражнениях различной интенсивности и продолжительности. Она рассматривает биоэнергетику как физиологический предмет и не затрагивает режимы приема добавок или индивидуальные предписания по тренировкам.

Core questions

• Почему АТФ должна непрерывно ресинтезироваться во время физических упражнений, а не просто запасаться?
• Какую роль играют фосфокреатин, гликолиз и окислительное фосфорилирование и в какие временные рамки?
• Как три энергетические системы перекрываются, а не включаются и выключаются дискретно?

Key concepts

• АТФ как непосредственная энергетическая валюта
• Фосфагенная (АТФ-КрФ) система
• Фосфокреатин и креатинкиназная реакция
• Анаэробный гликолиз
• Окислительное фосфорилирование
• Континуум энергетических систем и их перекрытие в зависимости от интенсивности и продолжительности

Mechanisms

АТФ высвобождает полезную энергию при гидролизе ее концевой фосфатной связи, и небольшой внутримышечный запас АТФ должен восстанавливаться так же быстро, как и расходуется. Фосфагенная система обеспечивает наиболее быстрое пополнение: фосфокреатин отдает свой фосфат АДФ посредством креатинкиназной реакции, буферизуя АТФ в течение первых секунд интенсивных усилий (Wyss, 2000). По мере продолжения усилий анаэробный гликолиз расщепляет глюкозу и гликоген до пирувата, быстро, но в ограниченном количестве производя АТФ и образуя лактат, когда его скорость превышает окислительную способность (Gladden, 2004). Для продолжительной активности окислительное фосфорилирование в митохондриях окисляет углеводы и жиры для производства основной массы АТФ, при этом соотношение топлив зависит от интенсивности и продолжительности (Romijn, 1993). Эти системы действуют одновременно и перекрываются, а не переключаются дискретно (McArdle, 2015).

Clinical relevance

Рамки энергетической системы лежат в основе того, как описываются реакции на тестирование и тренировки, а также как характеризуются метаболические возможности в исследованиях и прикладной физиологии. Здесь это представлено как справочная информация и не является советом по приему добавок, тренировкам или лечению.

Evidence & guidelines

Описания основаны на биохимических и физиологических обзорах и учебных синтезах энергетического метаболизма мышц, а не на клинических рекомендациях; количественные данные по субстратам получены из исследований с использованием меченых атомов и биопсии (Romijn, 1993; Wyss, 2000).

History

Признание АТФ в качестве универсальной энергетической валюты и выяснение механизма креатинкиназного фосфагенного буфера, гликолиза и окислительного фосфорилирования преобразовали физиологию мышц в двадцатом веке, позволив описывать физические упражнения как градуированное вовлечение перекрывающихся энергетических систем (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

Какие три энергетические системы используются во время физических упражнений?

Фосфагенная (АТФ-КрФ) система, анаэробный гликолиз и окислительное фосфорилирование. Они различаются по скорости и объему производства АТФ и действуют совместно, а не поочередно.

Почему мышцы не могут просто запасти всю необходимую АТФ?

Мышцы запасают АТФ лишь на несколько секунд интенсивных усилий, поэтому они должны непрерывно ресинтезировать ее из фосфокреатина, углеводов и жиров, чтобы продолжать сокращаться.