Енергетичний обмін – це метаболічні процеси, пов’язані з утворенням АТФ.

Джерела енергії для м’язового скорочення. Джерелом всіх видів енергії ( хімічної, електричної, електромагнітної, теплової, механічної, ядерної ) є енергія Сонця. Відповідно до законів термодинаміки всі види енергіє є взаємозв’язані. Енергія не може бути ні створена ні знищена. Вона переходить з одного виду в інший і в кінцевому результаті перетворюється в тепло. Приблизно 60–70% всієї енергії в організмі людини перетворюється в тепло.

Енергію організм людини отримує з продуктами харчування у вигляді білкі, жирів і вуглеводів. Органічні сполуки складаються в основному з С, Н. О, N. Хімічні зв’язки в органічних сполуках є слабкими і при їх розщепленні вивільняється невелика кількість енергії. Отже вуглеводи, білки й жири не використовуються безпосередньо для енергетичних потреб клітин.

Енергія, яка вивільняється при їх розщепленні зберігається у вигляді АТФ.

В стані відносного спокою енергія, яка необхідна організму, утворюється за рахунок розщеплення практично однакової кількості вуглеводів і жирів. Білки використовуються як „будівельний” матеріал.

Під час фізичних навантажень як джерело енергії більше використовуються вуглеводи. При короткочасних навантаженнях АТФ майже повністю утворюється за рахунок вуглеводів.

Вуглеводи в кінцевому результаті перетворюються в глюкозу – моносахариди, який транспортується кров’ю до всіх тканин організму.

В стані спокою більшість вуглеводів попадають в м’язи і печінку і зберігаються у вигляді глікогену. Вміст його обмежений: їх досить для утворення не більше 2 тис ккал енергії. Це вистачає на 30–35 хвилин м’язової роботи.

Жири.В організмі їх значно більше ніж вуглеводів. Їх вистачає для утворення 70 тис ккал. Однако жири менше доступні для клітинного метаболізму так як перш за все повинна бути розщеплена складна форма три гліцериду на основні компоненти : гліцерин і ВЖК, які використовуються для утворення АТФ.

Білки. Процес перетворення білків і жирів в глюкозу називається глюконеогенезом. Білки забезпечують 5–10% енергії необхідної для виконання тривалих фізичних навантажень.

Вивільнення енергії відбувається в результаті розщеплення (катаболізму) хімічних сполук під впливом ферментів.

Механізми біоенергетики пов’язані з АТФ, яка складається з аденозину (аденін+рибоза), з’єднаною з трьома групами неорганічного фосфору.

АТФ = аденозин–енергія–Р–енергія–Р–енергія–Р. Під впливом АТФази остання фосфатна група відщеплюється від молекули АТФ, швидко звільняючи велику кількість енергії (7,6 ккал ). Як результат АТФ розщеплюється на АДФ і фосфор.

Процес збереження енергії в результаті утворення АТФ називається фосфорилюванням.

В результаті хімічних реакцій фосфатна група приєднується до відносно низько енергетичної сполуки – АДФ, перетворюючи її в АТФ. Коли це здійснюється без О₂ процес називається анаеробним метаболізмом, а за участю О₂ – аеробним метаболізмом ( окисне фосфорилювання).

Клітини утворюють АТФза допомогою трьох систем :

o АТФ – КрФ;

o гліколітична;

o окислювальна.

Ендогенні запаси АТФ не є великими. Протягом 3 хвилин інтенсивного фізичного навантаження її запаси можуть зменшитися на 50%.

АТФ аза

↓

АТФ → АДФ + Фн + Н⁺

Крім АТФ , клітини містять ще одну багату енергією фосфатну молекулу – креатин фосфат (КрФ), який використовується для ре синтезу АТФ.

Креатинкіназа Креатин АДФ

↓ ↑ ↓

КФ –––––––––––––––––→ Енергія ––––––––––––––––АТФ

↓ ↑

Р Р

Зменшення запасів КрФ призводить до активації іншого механізму анаеробного ресинтезу АТФ:

Глікоген + 3 АДФ + 3 Ф↔3 АТФ + 2 лактат + 2 Н⁺.

Крім цього анаеробний ресинтез АТФ відбуваеться також в наступних реакціях:

Аденілаткіназа АМФ – дезаміназа

↓ ↓

АДФ↔АТФ + АМФ ; АМФ + Н^{+ ↔} ІМФ + N H₄⁺ .

Треба відзначити, що перш ніж глюкоза або глікоген можуть бути використані для утворення енергії вони повинні трансформуватися в глюкозо– 6– фосфат. Для перетворення глюкози потрібно 1 молекула АТФ.

Глюкоза Глікоген

↓ ↓

Глюкозо–6– фосфат

Гліколітичні ↓ → АТФ

Ферменти → Піровиноградна кислота

↓

Молочна кислота

Закінчується гліколіз утворенням піровиноградної кислоти. В реалізації гліколізу бере участь 12 ферментних реакцій в результаті яких утворюється 3 молекули АТФ.

Недоліком анаеробного гліколізу є накопичення молочної кислоти в мязах і крові. Фосфагенна і гліколітична система не в стані забезпечити необхідну кількість енергії при тривалій м’язовій діяльності. На цей випадок існує третя енергетична система – аеробного ре синтезу АТФ.

Окислювальна система. Окислення вуглеводів.АТФ утворюється в мітохондріях за участю кисню. Окисне утворення АТФ включає три процеси: 1) гліколіз; 2) цикл Кребса; 3) ланцюг переносу електронів.

Окислення жирів. Як джерело енергії використовуються тільки тригліцериди, які розщеплюються до ВЖК. При розщепленні 1 молекули три гліцериду утворюється молекула гліцерину і 3 молекули ВЖК.

β – окислення.Спочатку ВЖК активуються енергією АТФ за допомогою ферментів, тобто відбувається їх підготовка до розщеплення в мітохондріях. В цьому процесі вуглеводний ланцюг ВЖК ділиться на окремі вуглеводні одиниці оцтової кислоти ( 8 молекул). Вся оцтова кислота потім перетворюється в ацетил– Ко А. З цього моменту окислення жирів відбувається так свамо як і вуглеводів.

Метаболізм білків.Вільні амінокислоти, які утворюються в результаті катаболізму білків можуть перетворюватися в глюкозу шляхом глюконеогенезу. Частина їх може трансформуватися в проміжні продукти метаболізму ( піруват, ацетил–КоА ), щоб приймати участь в окислювальних процесах.