Защо ATP се нарича молекула с висока енергия?
Когато терминалът Pi е счупен от АТФ, се освобождава високо ниво на енергия (поради което АТФ се нарича високоенергийна молекула), която много добре отговаря на нуждите на конкретна биологична реакция. Най-отдалечените Pi групи на АТФ се държат заедно с нестабилни връзки, което означава, че енергията се освобождава лесно, когато АТФ се отдели от своя Pi (наречена хидролиза, защото водата е разцепващата молекула, която премахва Pi). По време на тази молекулярна суматоха малко топлинна енергия се губи в клетъчната среда, която клетката не възвръща. ATP не е много гориво за съхранение. По-скоро се произвежда в един набор от реакции и почти веднага се консумира в друг набор от реакции, което е процес, наречен свързване.

същност

Каква е разликата в анаеробните и аеробните ATP пътища?
Първото основно разграничение, което е важно да се направи, когато се диференцират типовете на енергийните процеси, е дали кислородът е от съществено значение за синтеза на АТФ. Някои метаболитни пътища изискват кислород и се казва, че са аеробни и няма да продължат, освен ако кислородът присъства в достатъчни концентрации. Други процеси не изискват кислород, за да продължат до завършване и се казва, че са анаеробни. Важното послание е, че кислородът може да играе основна роля в някои пътища и да има малко влияние върху други. Идеално е тази диверсификация да бъде в клетките, за да могат те да се адаптират към клетъчните енергийни нужди (поне временно), независимо от кислорода.

Анаеробната гликолитична история: Преодоляване на предизвикателството за биоенергетика
Гликолизата, разграждането на глюкозата от ензимите, е един от най-изследваните метаболитни пътища в науката за упражненията. Това е поредица от 10 последователни реакции, които позволяват превръщането на глюкозата в пируват. Ако реакциите започват с гликоген, формата на съхранение на глюкоза, има 11 подредени реакции (наречени гликогенолиза). Гликолизата може да възникне в повечето клетки и тя не се нуждае от кислород. Това е предпочитаният процес на добив на енергия за повечето клетки и се използва, когато нивата на кръвната захар са нормални.

Глюкозата в кръвта може да се транспортира в клетката със специализирани GLUT носители. Веднъж попаднала в мускулната клетка, глюкозата се улавя в тази клетка чрез прикрепването на група Pi върху 6-ия въглерод на глюкозата. Интересно е да се отбележи, че глюкозата, уловена в мускулите на горната част на тялото, не може да бъде отстранена, за да подпомогне енергийните нужди в долната част на тялото (и обратно). Така че, по време на предизвикателна тренировка, клиентът може да изчерпи гликогеновата енергия в една част от тялото, но да има много съхраняван гликоген в други области на тялото, но не може да го получи. Интересното е, че интензивните тренировъчни пристъпи (т.е. спринтове) с продължителност над 10 секунди ще доведат до по-голямо съхранение на гликоген и по този начин ще повлияят положително на изпълнението на упражненията (Kraemer, Fleck и Deschenes, 2012).

Гликолизата е история за борба, въпреки че здравите клетки могат да я изпълняват с лекота. Първите пет стъпки в гликолизата са предназначени да отслабят атомните връзки, правейки въглехидратното съединение по-малко стабилно и по-готово да освободи своята енергия. Мислете за гликолизата като изкачване с велосипед. Изкачването на хълма е донякъде предизвикателно, но веднъж на върха е лесно да въртите педалите до края на пътя. Реакциите на гликолиза функционират по същия начин, като вторите пет стъпки са енергийната фаза.

Аеробен метаболизъм: Цикълът на лимонената киселина
При наличие на достатъчно количество кислород разграждането на въглехидратите (наречено окисляване на въглехидратите) ще продължи до завършване. Началната стъпка на аеробния метаболизъм започва с превръщането на пирувата в ацетил коензим А или ацетил-КоА в митохондриите на клетката. След това ацетил-КоА се комбинира с оксалоацетат, за да образува цитрат. Цитратът е първият метаболит от няколко реакции, наречен цикъл на лимонена киселина или цикъл на Кребс. По време на цикъла на лимонената киселина, цитратът претърпява няколко реакции, които генерират CO2 (което е метаболитен отпадък, който изтича по време на издишване), някои водородни носители, известни като NADH и FADH2 (които транспортират енергия за синтезиране на АТФ в следващия метаболитен път), и малко ATP (с помощта на GTP молекула).

Аеробен метаболизъм: Електронната транспортна верига
Водородните съединения NADH и FADH2 продължават към електронната транспортна верига (ETC), където последователност от цитохроми (съдържащи желязо протеини) събират хемоелектричната енергия чрез специализирани реакции (по време на които протоните се изпомпват в междумембранното пространство на митохондрията). По време на този процес кислородът е движещата сила, която кара електроните да се разбъркват през цитохромите. В крайна сметка електроните се комбинират с кислород, образувайки метаболитна вода. След това протоните (H +), които са били изпомпвани в междумембранното пространство, се изпомпват в митохондриалната матрица от ензим, наречен ATP синтетаза, който освобождава енергия за синтезиране на ATP.

Чакай, какво ще кажете за разграждането на мазнините?
Подобно на аеробното разграждане на въглехидратите, разграждането на мазнините (или окисляването на мазнините) изисква кислород. Тъй като мазнините са дълги въглеродни вериги, мазнините започват своето разглобяване с метаболитен процес, наречен бета-окисление. Бета-окисляването е аналогично на дървосекач, който разрязва дълги „въглеродни“ трупи на по-управляеми съединения на ацетил-КоА, NADH и FADH2. Тези съединения отиват директно в митохондрията за получаване на АТФ (чрез същите метаболитни процеси, обяснени по-горе).

Странична лента 1. Защо тялото предпочита въглехидратите, тъй като интензивността на упражненията се увеличава?
Тъй като интензивността на упражненията се увеличава от почивка до почти максимални нива, има постепенен преход към използване на повече глюкоза и гликоген като преобладаващи източници на АТФ (Kraemer, Fleck, & Deschenes 2012). От метаболитна гледна точка в митохондриите, повече АТФ може да се произвежда аеробно от разграждането на въглехидратите, съставени до мазнини. И най-важното е, че с увеличаване на интензивността на упражненията се набират много повече мускулни влакна с бързо потрепване, които са много по-подходящи (поради техните ензими) за използване на въглехидратите за нужното производство на АТФ. В допълнение, упражненията с по-висока интензивност стимулират производството на епинефрин, което също подобрява метаболизма на въглехидратите (Kraemer, Fleck и Deschenes 2012).

Затваряне на енергийните трибути
В тялото има няколко разнообразни енергийни системи, които работят в унисон, за да отговорят на нуждите от АТФ, както е показано на Фигура 4. В зависимост от интензивността на упражненията и наличността на кислород, една система може да се използва повече от други. Нека обаче последното послание на тази рубрика бъде почит както към гениалността, така и към изключително сложния характер на „същността на енергията за упражнения“.