Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ

Офеатинкиназный, алактатный) работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фо_с_ форной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ:

NH₂

С = ЫН С = ЫНI I N— СН₃ + АДФ — N— СН_Э + АТФ

ОНо ОНо

I I

СООН СООН

Креатинфосфат (КрФ) Креатин (Кр)

Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой. В связи с этим данный путь ресинтеза АТФ еще называется креатинкиназным.

Креатинфосфатная реация обратима, но ее равновесие смещено в сторону образования АТФ, и поэтому она начинает осуществляться сразу же, как только в миопитах появляются первые порции АДФ.

При мышечной работе активность креатинкиназы значительно воз­растает за счет активирующего воздействия на нее ионов кальция, кон­центрация которых в саркоплазме под действием нервного импульса увеличивается почти в 1000 раз. Другой механизм регуляции креатин- фосфатной реакции связан с активирующим воздействием на креатин- киназу креатина, образующегося в ходе данной реакции. За счет этих механизмов активность креатинкиназы в начале мышечной работы рез­ко увеличивается и креатинфосфатная реакция очень быстро достигает максимальной скорости.

Креатинфосфат, обладая большим запасом химической энергии, яв­ляется веществом непрочным. От него легко может отщепляться фос­форная кислота, в результате чего происходит циклизация остатка креатина, приводящая к образованию креатинина:

nh~po₃h₂ nh-

c=nh c=nh

n —сн, ---------- ► n — ch₃

I ^[3] ~h₃po₄ |

OH2

COOH c= о

Креатинфосфат Креатинин

Образование креатинина происходит без участия ферментов, спон­танно. Эта реакция необратима. Образовавшийся креатинин в организ­ме не используется и выводится с мочой. Поэтому по выделению креа- хинина с мочой можно судить о содержании креатинфосфата в мыш­цах, так как в них находятся основные запасы этого соединения.

Синтез креатинфосфата в мышечных клетках происходит во время отдыха путем взаимодействия креатина с избытком АТФ:

Кр + АТФ--------- КрФ + АДФ

избыток

Частично запасы креатинфосфата могут восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности, при которой АТФ синтезиру­ется за счет тканевого дыхания в таком количестве, которого хватает и на обеспечение сократительной функции миоцитов, и на восполнение запасов креатинфосфата. Поэтому во время выполнения физической работы креатинфосфатная реакция может включаться многократно.

Суммарные запасы АТФ и креатинфосфата часто обозначают тер­мином фосфагены.

Образование креатина происходит в печени с использованием трех аминокислот: глицина, метионина и аргинина. В спортивной практике для повышения в мышцах концентрации креатинфосфата используют в качестве пищевых добавок препараты глицина и метионина.

Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ характеризуется следую­щими величинами принятых количественных критериев:

Максимальная мощность составляет 900-1100 кал/мин-кг, что в три раза выше соответствующего показателя для аэробного ресинтеза. Такая большая величина обусловлена высокой активностью фермента креатинкиназы и, следовательно, очень высокой скоростью креатин- фосфатной реакции.

Время развертывания всего 1-2 с. Как уже указывалось, исходных запасов АТФ в мышечных клетках хватает на обеспечение мышечной деятельности как раз в течение 1-2 с, и к моменту их исчерпания креа­тинфосфатный путь образования АТФ уже функционирует со своей максимальной скоростью. Такое малое время развертывания объясня­ется действием описанных выше механизмов регуляции активности креатинкиназы, позволяющих резко повысить скорость этой реакции.

Время работы с максимальной скоростью всего лишь 8-10 с, что связано с небольшими исходными запасами креатинфосфата в мышцах.

Главными преимуществами креатинфосфатного пути образования АТф являются очень малое время развертывания и высокая мощность, Что имеет крайне важное значение для скоростно-силовых видов спор­та. Главным недостатком этого способа синтеза АТФ, существенно ог­раничивающим его возможности, является короткое время его функ­ционирования. Время поддержания максимальной скорости всего 8"~10 с, к концу 30-й с его скорость снижается вдвое. А к концу 3-й мин интенсивной работы креатинфосфатная реакция в мышцах практически прекращается.

Исходя из такой характеристики креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ, следует ожидать, что эта реакция окажется главным источником энергии для обеспечения кратковременных упражнений максимальной мощности: бег на короткие дистанции, прыжки, метания, подъем штан­ги и т. п. Креатинфосфатная реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических нагрузок, что делает возможным бы­строе повышение мощности выполняемой работы, развития ускорения на дистанции и финишный рывок.

Биохимическая оценка состояния креатинфосфатного пути ресин­теза АТФ обычно проводится по двум показателям: креатининовому коэффициенту и алактатному кислородному долгу.

Креатининовый коэффициент - это выделение креатинина с мо­чой за сутки в расчете на 1 кг массы тела. У мужчин выделение креати­нина колеблется в пределах 18-32 мг/сутки-кг, а у женщин - 10-25 мг/сутки-кг. Креатининовый коэффициент характеризует запасы креа- тинфосфата в мышцах, так как между содержанием креатинфосфата и образованием из него креатинина существует линейная зависимость, поскольку это превращение протекает неферментативным путем и яв­ляется необратимым. Следовательно, с помощью креатининового ко­эффициента можно оценить потенциальные возможности этого пути образования АТФ, в том числе его метаболическую емкость.

Алактатный кислородный долг — это повышенное (сверх уровня покоя) потребление кислорода в ближайшие 4-5 мин после выполне­ния кратковременного упражнения максимальной мощности. Этот из­быток кислорода требуется для обеспечения высокой скорости ткане­вого дыхания сразу же после окончания нагрузки для создания в мы­шечных клетках повышенной концентрации АТФ. В этих условиях происходит фосфорилирование креатина с образованием креатин­фосфата:

Кр + АТФ--------- КрФ + АДФ

Таким образом, использование креатинфосфата во время работы приводит к накоплению креатина, превращение которого снова в креа­тинфосфат требует определенного количества кислорода. Отсюда сле­дует, что алактатный кислородный долг характеризует вклад креатин­фосфатного пути ресинтеза АТФ в энергообеспечение выполненной физической нагрузки и дает оценку его метаболической емкости. Пред­ставление о мощности этого способа образования АТФ дает показатель, полученный путем деления величины алактатного долга на время вы­полнения нагрузки.

У квалифицированных спортсменов значение алактатного кисло­родного долга после нагрузок максимальной мощности обычно состав­ляет 8-10 л.

В результате систематических тренировок, направленных на разви­тие скоростно-силовых качеств, в мышцах увеличивается концентрация креатинфосфата и повышается активность креатинкиназы, что находит отражение в росте величины алактатного кислородного долга и суточ­ного выделения креатинина.