Гидролиз АТФ в мышечных волокнах
Описано протекание реакции гидролиза АТФ в мышечных волокнах. Показано, что именно реакция гидролиза АТФ приводит к ацидозу, то есть «закислению» мышцы, а не гликолиз.
Реакция гидролиза АТФ в мышечных волокнах
Непосредственным источником энергии при мышечной деятельности является АТФ (аденозинтрифосфат), который находится в саркоплазме. Освобождение энергии происходит в результате реакции гидролиза АТФ.
Определение
Гидролиз АТФ – реакция, протекающая в мышечных волокнах, при которой происходит взаимодействие АТФ с водой (гидролиз).
АТФ+Н2О→АДФ+Н3РО4 + энергия
В результате гидролиза 1 моль АТФ выделяется энергия, равная 30 кДж.
Энергия, выделяемая в результате гидролиза АТФ в мышечных волокнах, расходуется на: сокращение мышечных волокон (взаимодействие белков актина и миозина) и на их расслабление (работу кальциевого и натрий-калиевого насосов).
Ацидоз (закисление) мышечных волокон
Фосфорная кислота (Н3РО4) в саркоплазме достаточно быстро диссоциирует на ионы водорода и неорганический фосфат (остаток фосфорной кислоты). Накопление ионов водорода вызывает ацидоз мышцы, то есть ее «закисление». При этом рН саркоплазмы сдвигается в кислую сторону и может достигать значений рН=6,4-6,5.
В настоящее время доказано, что именно реакция гидролиза АТФ приводит к ацидозу, то есть «закислению» мышцы, а не гликолиз. Так, по данным Robergs R.A.(2001) в течение трех минутной физической нагрузки субмаксимальной интенсивности высвобождение ионов водорода посредством гидролиза АТФ составляет 215 ммоль/кг, а гликолиза только 129 ммоль/кг, рис.1.
Фермент АТФ-аза
Гидролиз АТФ ускоряется ферментом АТФ-азой Этот фермент расположен на миозиновых головках толстого филамента. Молекула миозина имеет большой отрицательный заряд. Ионы кальция (Ca2+), выделяющиеся из саркоплазматического ретикулума при сокращении мышечного волокна, повышают АТФ-азную активность миозина и скорость гидролиза АТФ.
Содержание АТФ в мышечных волокнах незначительное и составляет 5 ммоль/кг сырой массы мышц. Оно поддерживается на относительно постоянном уровне, так как повышение концентрации АТФ в скелетных мышцах вызывает угнетение АТФ-азы и снижению сократительной способности миозина. Снижение концентрации АТФ ниже 2 ммоль/кг сырой массы приводит к нарушению работы кальциевого насоса и процесса расслабления мышц.
Активность фермента АТФ-азы лежит в основе разделения мышечных волокон на типы: медленные (I тип), промежуточные (IIA тип) и быстрые (IIB тип). В медленных мышечных волокнах активность этого фермента низкая, а в быстрых – высокая. Активность АТФ-азы миозина связана с типом (изоформой) миозина, содержащегося в данном волокне. Это обстоятельство позволяет посредством гистохимических методов определить какой именно миозин содержится в то или ином мышечном волокне.
Болезненные ощущения в мышцах во время тренировки
Гидролиз АТФ, приводящий к накоплению в саркоплазме кислых продуктов, активирует работу антитранспортера, который выкачивает из мышечного волокна в тканевую жидкость ионы водорода и закачивает в мышечное волокно ионы натрия. «Закисление» тканевой жидкости воздействует на болевые рецепторы (ноцицепторы), чувствительные к изменению рН. В результате спортсмены ощущают в скелетных мышцах жжение и боль.
Видео про гидролиз АТФ в мышцах
Литература
- Robergs R.A. Exercise-induced metabolic acidosis: where do the protons come from? // Sportscience 5. [sportsci.org/jour/0102/rar. htm, 2001].
- Robergs, Robert A., Farzenah Ghiasvand, and Daryl Parker. Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 287: R502–R516, 2004; 10.1152/ajpregu.00114.2004
С уважением, А.В. Самсонова