1.1.3 Модель биохимических процессов в клетке (энергетика)

Процессы мышечного сокращения, передачи нервного им­пульса, синтеза белка и др. идут с затратами энергии. В клетках энергия используется только в виде АТФ. Освобождение энер­гии, заключенной в АТФ, осуществляется благодаря ферменту АТФ азе, который имеется во всех местах клетки, где требуется энергия. По мере освобождения энергии образуются молекулы АДФ, ионы неорганического фосфата (Ф) и водорода Н. Ресин-тез АТФ осуществляется в основном за счет запаса КрФ. Когда КрФ отдает свою энергию для ресинтеза АТФ, то образуется Кр и Ф. Эти ионы распространяются по цитоплазме и активизиру­ют ферментативную активность, связанную с синтезом АТФ. Существуют два основных пути образования АТФ: анаэробный и аэробный.

Анаэробный путь или анаэробный гликолиз связан с фермента­тивными системами, расположенными на мембране cap ко плаз­матического ретикулума и в саркоплазме. При появлении рядом с этими ферментами Кр и Ф запускается цепь химических реакций, в ходе которых гликоген или глюкоза распадаются до пирувата с образованием молекул АТФ. Молекулы АТФ тут же отдают свою энергию для ресинтеза КрФ, а АДФ и Ф вновь используются в гликолизе для образования новой молекулы АТФ. Пируват имеет две возможности для преобразования:

1. Подойти к митохондриям, превратиться в Ацетил коэнзим А, подвергнуться окислительному фосфорилированию до образования углекислого газа, воды и молекул АТФ. Этот

16

метаболический путь — гликоген-пируват-митохондрия-углекислый газ и вода — называют аэробным гликолизом.

2. С помощью фермента ЛДГ М (лактат-дегидрогеназы мы­шечного типа) пируват превращается в лактат. Этот мета­болический путь — гликоген-пируват-лактат — называется анаэробным гликолизом и сопровождается накоплением ио­нов водорода. Аэробный путь, или окислительное фосфорилирование, свя­ти с митохондриальной системой. При появлении рядом с ми­тохондриями Кр и Ф с помощью митохондриальной КФК азы выполняется ресинтез КрФ за счет АТФ, образовавшейся в ми­тохондрии. АДФ и Ф, Н поступают обратно в митохондрию для образования новой молекулы АТФ. Для синтеза АТФ имеется два метаболических пути:

1. Аэробный гликолиз;

2. Окисление липидов (жиров).

Аэробные процессы связаны с поглощением ионов водорода, а в медленных мышечных волокнах (MB сердца и диафрагмы) преобладает фермент ЛДГ Н (лактат дегидрогеназа сердечного типа), который более интенсивно превращает лактат в пируват. Поэтому при функционировании медленных (окислительных) мышечных волокон (ММВ или ОМВ) идет быстрое устранение лактата и ионов водорода.

Увеличение в MB лактата и Н приводит к ингибированию окис­ления жиров, а интенсивное окисление жиров приводит к нако­плению в клетке цитрата, а он угнетает ферменты гликолиза.

1. 1.4 Классификация мышечных волокон

Двигательные единицы состоят их мотонейрона, аксона и мы­шечных волокон. Малые (медленные) двигательные единицы имеют маленькие мотонейроны, тонкий аксон и сотни иннерви-руемых мышечных волокон. Большие (быстрые) двигательные единицы имеют крупные мотонейроны, толстый аксон и тысячи иннервируемых мышечных волокон. Свойства мышечных воло­кон тесно связаны со своей принадлежностью к типу ДЕ. Малые ДЕ иннервируют мышечные волокна (I) типа, а большие ДЕ — к типу (II-А) или (II-В).

17

Классификация мышечных волокон производится с помощью взятия пробы мышечной ткани (биопсия), которая обрабатывается методами гистологии, что в итоге позволяет определить попереч­ное сечение мышечных волокон и активность ферментов, в част­ности, миозиновой АТФ-азы. Мышечные волокна с медленной АТФ-азой отличаются низкой скоростью сокращения и высокой устойчивостью к утомлению, мышечные волокна с быстрой АТФ-азой отличаются высокой скоростью сокращения и либо высокой устойчивостью (II-А) к утомлению, либо низкой (II-В).

Взаимосвязь между скоростью сокращения и метаболиче­скими возможностями чисто эмпирическая. По данным теории биохимии мышечного сокращения прямой связи между этими явлениями не существует. Известно, что активность миозиновой АТФ-азы наследуется и не меняется под действием тренировоч­ного процесса. По-другому себя ведут ферменты окислительного фосфорилирования — ферменты митохондрий, так как их масса в клетке существенно зависит от характера тренировочного про­цесса. Поэтому нельзя прямо увязывать между собой скоростные возможности мышцы и ее аэробную производительность.

Скоростные возможности мышц спортсмены наследуют, по­этому каждый борец это должен учитывать, а влиять надо только на те структуры клетки, которые существенно изменяются в ходе тренировочного процесса. К таким структурам относятся миофи-бриллы, митохондрии, мембраны саркоплазматического ретику-лума, глобулы гликогена, капельки жира и др.

Аэробные возможности мышечных волокон определяются массой митохондрий или активностью ферментов окислительно­го фосфорилирования (например, по активности сукцинат деги-дрогеназы судят о массе митохондрий).

Мышечные волокна можно условно разделить на три группы:

1. Окислительные мышечные волокна (ОМВ), в этих волок­нах масса митохондрий так велика, что существенной при­бавки в ходе тренировочного процесса уже не происходит. Морфологически это соответствует состоянию, когда каж­дая миофибрилла плотно окружена митохондриальной се­тью. В активном состоянии эти мышечные волокна окисля­ют жирные кислоты.

18

2. Промежуточные мышечные волокна (ПМВ), в этих мы­шечных волокнах масса митохондрий существенно сни­жена, поэтому в активном состоянии разворачиваются два процесса — аэробный гликолиз и анаэробный гликолиз. В мышечном волокне накапливается лактат и ионы водорода, однако, медленно, поэтому эти мышечные волокна утомля­ются медленнее, чем гликолитические мышечные волокна.

3. Гликолитические мышечные волокна (ГМВ), в этих мы­шечных волокнах митохондрий так мало, что преобладает анаэробный гликолиз с накоплением в клетке лактата, ио­нов водорода.