Аденозин нуклеозид состоящий из аденина соединенного с

Аденозин — нуклеозид состоящий из аденина, соединенного с рибозой (рибофуранозой) β-N 9 -гликозидной связью. Входит в состав некоторых ферментов, АТФ и нуклеиновых кислот. Аденозин играет важную роль в биохимических процессах, таких как передача энергии

АТФ

АТФ Хранилищами энергии в молекуле АТФ служат химические связи между тремя фосфатными группами. К ним присоединена молекула аденозина, одного из двух пуриновых азотистых оснований, входящих в состав ДНК АТФ синтезируется в особых клеточных структурах — митохондриях. Одним из главных участников процесса служат протоны (H+), высвобождаемые из молекул глюкозы при их расщеплении. В митохондриях протоны участвуют в присоединении фосфатной группы к аденозиндифосфату (АДФ), в результате чего образуется АТФ, который выходит в цитоплазму. При отщеплении от АТФ концевой фосфатной группы выделяется энергия, АДФ и свободный фосфат воссоединяются с образованием АТФ.

Роль АТФ в организме.

Мышечная гипертрофия • Миофибриллярная гипертрофия мышцы - увеличение мышечной массы, которая развивается при силовой тренировке в результате адаптационнотрофических влияний и характеризуется ростом толщины и более плотной упаковкой сократительных элементов мышечного волокна - миофибрилл. (При этом окружность плеча может достигать 80 см, а бедра - 95 см и более). Нервная регуляция обеспечивает развитие силы за счет совершенствования деятельности отдельных мышечных волокон, двигательных единиц (ДЕ) целой мышцы и межмышечной координации. Она включает в себя следующие факторы: • Увеличение частоты нервных импульсов, поступающих в скелетные мышцы от мотонейронов спинного мозга и обеспечивающих переход от слабых одиночных сокращений их волокон к мощным тетаническим;

Мышечная клетка состоит из миофибрилл, которые состоят из длинных цепей индивидуальных саркомеров — основных сократительных единиц клетки. Каждый саркомер состоит из нитевидных структур — перекрывающихся филаментов, образованных сократительными белками — актином и миозином. Саркомеры в каждой клетке располагаются последовательно, что придаёт волокнам поперечнополосатую исчерченность. Клетка состоит из множества параллельных миофибрилл, окруженных митохондриями. Тканальцы представляют собой впячивания клеточной мембраны (сарколеммы), увеличивающие поверхность клетки для транспорта ионов и проведения электрического импульса. Внутриклеточный саркоплазматический ретикулум содержит основную часть внутриклеточного кальция и связан с Т — канальцами.

Эндоплазматический ретикулум (лат. reticulum — сеточка) или эндоплазматическая сеть — внутриклеточный органоид клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.

Эндоплазматический ретикулум содержит внутриклеточный запас кальция, который является, в частности, медиатором сокращения мышечной клетки. В клетках мышечных волокон расположена особая форма эндоплазматического ретикулума — саркоплазматическая сеть.

миозиновые нити содержат активный центр для гидролиза АТФ, устройство для превращения энергии АТФ в механическую энергию, устройство для сцепления с актиновыми нитями и устройства для восприятия регуляторных сигналов со стороны актиновых нитей, актиновые нити имеют механизм сцепления с миозиновыми нитями и механизм регуляции сокращения и расслабления.

Строение актиновой нити.

Актин Основной белок тонких нитей - Актин. Этот белок обладает двумя важнейшими свойствами. Во-первых, проявляет высокую способность к полимеризации с образованием длинных цепей, называемых фибриллярным актином. Во-вторых, актин может соединяться с миозиновыми головками, что приводит к образованию между тонкими и толстыми нитями поперечных мостиков, или спаек. Основой тонкой нити является двойная спираль из двух цепей фибриллярного актина, содержащая около 300 молекул глобулярного актина.

Тропомиозин и тропонин Еще один белок тонких нитей - тропомиозин - также имеет форму двойной спирали, но эта спираль образована полипептидными цепями и по размеру гораздо меньше двойной спирали актина. Тропомиозин располагается в желобке двойной спирали фибриллярного актина. Третий белок тонких нитей — тропонин - присоединяется к тропомиозицу и фиксирует его положение в желобке актина, при котором блокируется взаимодействие миозиновых головок с молекулами глобулярного актина тонких нитей.

Тропонин – это белок, являющийся одним из компонентов сократительного контрактильного аппарата поперечно-полосатых мышц, позволяющий мышечным волокнам актина и миозина скользить относительно друга. Тропонин связывается с ионами кальция, концентрация которых повышается в клетках после деполяризации клеточной мембраны, вызывая сокращение мышечных волокон.

Тропонин присоединен к белку тропомиозину и расположен в желобке между актиновыми нитями в мышечном волокне. В расслабленной мышце тропомиозин блокирует место присоединения миозиновой головки к актину, предотвращая таким образом мышечное сокращение. Когда на мышечную клетку подается потенциал действия, стимулируя её сокращение, кальциевые каналы открываются в саркоплазматический ретикулум и выпускают ионы кальция в саркоплазму. Часть этого кальция присоединяется к тропонину, вызывая его структурное изменение, в результате которого тропомиозин сдвигается таким образом, что миозиновая головка может присоединиться к актиновой нити и вызвать мышечное сокращение.

Мышечное сокращение Сокращение – изменение механического состояния миофибриллярного сократительного аппарата мышечных волокон в результате дейтвия нервных импульсов. В основе сокращения лежит механическое взаимодействие между миозиновыми и актиновыми миофиламентами благодоря образованию между ними в период активности попереречных мостиков.

Потребление АТФ во время сокращения. Сейчас известно, что миозиновые головки, взаимодействующие с актином, сами содержат каталитически активные центры для расщепления АТФаза миозина активируется актином в присутствии Mg 2+. Следовательно, при физиологическом ионном составе среды, т. е. в присутствии Mg 2+, АТФ расщепляется, высвобождая АДФ и фосфат, только в случае прикрепления головки миозина к активирующему белку–актину. (В отсутствие актина образующийся АДФ не высвобождается, а блокирует на несколько секунд каталитический центр миозина и, таким образом, дальнейшее расщепление АТФ. ) В каждом цикле прикрепления–отделения поперечного мостика АТФ расщепляется только один раз (вероятно, одна молекула на каждый мостик). Следовательно, чем больше мостиков находится в активном состоянии, тем выше скорость расщепления АТФ и сила, развиваемая мышцей; значит, эта скорость (интенсивность метаболизма), как правило, пропорциональна силе, развиваемой мышцей.

Как только нервный импульс через мотонейрон подается в мышцу, происходит смена полярности заряда мембраны мышечной клетки, в результате чего саркоплазма клетки насыщается ионами кальция (Ca++), которые высвобождаются из специальных хранилищ, находящихся вдоль каждой миофибриллы. Тропомиозиновая нить, в присутствии ионов кальция, мгновенно углубляется между актиновыми нитями, и мостики миозина получают возможность зацепления с актином – сокращение мышц становится возможным.

Ресинтез запасы АТФ в мышечных клетках незначительны и их достаточно для мышечной работы в течение 1 -2 с. Поэтому для обеспечения более продолжительной мышечной деятельности в мышцах должно происходить пополнение запасов АТФ. Образование АТФ в мышечных клетках непосредственно во время физической работы называется ресинтезом АТФ и идет с потреблением энергии.

Виды ресинтеза АТФ. 1. 2. Анаэробные Креатинфосфатный (фосфагенный) Гликолитический Аэробный Окислительное фосфорилирование.

Креатинфосфатный ресинтез В мышечных клетках всегда имеется креатинфосфат - соединение, содержащее фосфатную группу, связанную с остатком креатина макроэнергической связью. Содержание креатинфосфата в мышцах в покое - 15 -20 ммоль/кг. Креатинфосфат легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ:

При кратковременной, но очень интенсивной работе главным источником АТФ является креатинкиназная реакция, при более продолжительной интенсивной работе большая часть АТФ образуется гликолитическим путем.

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

В спортивной практике для повышения в мышцах концентрации креатинфосфата используют в качестве пищевых добавок препараты глицина и метионина.

Гликолиз относится к анаэробным способам образования АТФ. Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ, в данном случае является мышечный гликоген, концентрация которого в саркоплазме колеблется в пределах 0, 2 -3%. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под воздействием фермента фосфорилазы поочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1 -фосфата. Далее молекулы глюкозо-1 фосфата через ряд последовательных стадий превращаются в молочную кислоту, которая по своему химическому составу является как бы половинкой молекулы глюкозы. В процессе анаэробного распада гликогена до молочной кислоты, образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатную группу с макроэргической связью, которая легко переносится на АДФ с образованием АТФ.

Гликолитический (лактатный) механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ в процессе ферментативного анаэробного расщепления гликогена мышц или глюкозы крови, заканчивающегося образованием молочной кислоты, поэтому и называется лактатным.

Действие молочной кислоты: - диссоциирует и сдвигает р. Н в кислую сторону, активизируя работу ферментов дыхательного цикла в митохондриях и усиливая аэробное энергообеспечение. При р. Н 6, 4 в мышцах прекращается расщепление гликогена, что сопровождается резким снижением уровня АТФ и развитием утомления.

Митохондрии - микроскопические пузырьки размером до 2 -3 мкм, окруженные двойной мембраной. В митохондриях протекает окисление углеводов, жиров и аминокислот до углекислого газа и воды с использованием молекулярного кислорода. За счет энергии, выделяющейся при окислении, в митохондриях осуществляется синтез АТФ. В тренированных мышцах митохондрии многочисленны и располагаются вдоль миофибрилл.

митохондрия

Митохондрия - это единственный источник энергии клеток. Расположенные в цитоплазме каждой клетки, митохондрии сравнимы с «батарейками» , которые производят, хранят и распределяют необходимую для клетки энергию. Человеческие клетки содержат в среднем 1500 митохондрий. Их особенно много в клетках с интенсивным метаболизмом (например, в мускулах или печени). Митохондрии подвижны и перемещаются в цитоплазме в зависимости от потребностей клетки. Благодаря наличию собственной ДНК они размножаются и самоуничтожаются независимо от деления клетки.

Аэробный путь ресинтеза АТФ - это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород - 02, доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.

Фосфорилирование –аэробный механизм Митохондриям принадлежит ведущая роль в образовании энергии. В результате окисления углеводов, жиров и белков образуются восстановительные эквиваленты(электроны и атомы водорода), которые переносятся по дыхательной цепи. Высвобождающаяся при этом энергия переходит в энергию электрохимического градиента для протонов на внутренней мембране митохондрий, а та, в свою очередь, используется для синтеза АТФ. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием.

Аэробный механизм Энергетическими субстратами аэробного окисления служат глюкоза, жирные кислоты, частично аминокислоты, а также промежуточные метаболиты гликолиза — молочная кислота, окисления жирных кислот — кетоновые тела.

Аэробный механизм Реакции окисления обеспечивают энергией работу мышц в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т. е. при аэробной работе длительностью более 2 -3 мин. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывания функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечнососудистой систем и системы крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина поступления в организм кислорода за 1 мин - максимальное потребление кислорода (МПК). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей каждого человека. У нетренированных лиц в 1 мин поступает к работающим мышцам около 2. 5 -3 л кислорода а у высококвалифицированных спортсменов - лыжников, пловцов, бегунов-стайеров и др. достигает 5 -6 л идаже 7 л в 1 мин.

Аэробный механизм При значительной мощности работы и огромной потребности при этом в кислороде основным субстратом окисления в большинстве спортивных упражнений являются углеводы, так как для их окисления требуется гораздо меньше кислорода, чем при окислении жиров. . При использовании одной молекулы глюкозы (С 6 Н 12 О 6), полученной из гликогена, образуется 38 молекул АТФ, т. е. аэробный путь энергообразования обеспечивает при том же расходе углеводов во много раз больше продукции АТФ, чем анаэробный путь. Молочная кислота в этих реакциях не накапливается, а промежуточный продукт -пировиноградная кислота сразу окисляется до конечных продуктов - СО 2 и Н 20.