163. Особенности энергетического обмена в мышцах. Креатинфосфат.

Принято считать, что процессом, непосредственно связанным с работающим механизмом поперечно-полосатого мышечного волокна, является распад АТФс образованиемАДФинеорганического фосфата. Возникает вопрос: каким образом мышечнаяклеткаможет обеспечить свой сократительный аппарат достаточным количеством энергии в формеАТФ, т.е. каким образом в процессе мышечной деятельности происходит непрерывный ресинтез этого соединения? Прежде всего ресинтезАТФобеспечивается трансфосфорилированиемАДФскреатинфосфатом. Даннаяреакциякатализируетсяферментомкреатинкиназой:

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФявляется чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждоймолекулыкреатинфосфатаобразуетсямолекулаАТФ). Именно поэтому долгое время не удавалось установить уменьшениеконцентрацииАТФи соответственно повышениеконцентрацииАДФдаже при достаточно продолжительном тетанусе. Применив специфическийингибиторкреатинкиназы (1-фтор-2,4-динитро-фенол), а также с помощью агентов, препятствующихокислительному фосфорилированиюАДФвАТФ, Т. Кейн и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распадАТФс одновременным приростомнеорганического фосфатаиАДФпри одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки. Некоторое количествоАТФможет ресинтезироваться в ходе аденилаткиназной (миокиназной)реакции:

Запасы креатинфосфатав мышце невелики, а доступность энергиикреатинфосфатаимеет ценность для работающей мышцы только в том случае, если расход его постоянно возмещаетсясинтезом АТФв процессеметаболизма. Для любойткани, в том числе мышечной, известны два фундаментальных биохимических процесса, в ходе которых регенерируются богатые энергией фосфорные соединения. Один из этих процессов –гликолиз, другой –окислительное фосфорилирование. Наиболее важным и эффективным из них является последний. При достаточном снабжениикислородоммышца, несмотря на анаэробный механизм сокращения, в конечном итоге работает за счет энергии, образующейся приокислении(вцикле Кребса) как продуктов распадауглеводов, так и ряда другихсубстратовтканевогодыхания, в частностижирных кислот, а такжеацетатаи ацетоацетата. В последнее время появились данные, доказывающие, что креатинфос-фат вмышечной ткани(в частности, в сердечной мышце) способен выполнять не только роль как бы депо легкомобилизуемых макроэргических фосфатных групп, но также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевогодыханияи связанного с нимокислительного фосфорилирования. Предложена схема переноса энергии измитохондрийвцитоплазмуклеткимиокарда.АТФ, синтезированный в матриксемитохондрий, переносится через внутреннююмембранус участием специфической АТФ–АДФ-транслоказы наактивный центрмитохондриальногоизоферментакреатинкиназы, который расположен на внешней стороне внутреннеймембраны; в межмембранном пространстве (в присутствииионовMg²⁺) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс креатин–креатинкиназа–АТФ–Mg²⁺, который затем распадается с образованиемкреатинфосфатаи АДФ–Mg²⁺.Креатинфосфатдиффундирует вцитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназнойреакциидля рефосфорилированияАДФ, образовавшегося при сокращении. Высказываются предположения, что не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеется подобный путь транспорта энергии измитохондрийв миофибриллы. При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробногометаболизма. Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжениякислородомотстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщеплениягликогенаилиглюкозыс образованиеммолочной кислотыувеличивается в сотни раз. Соответственно содержаниемолочной кислотывмышечной тканиможет повышаться до 1,0–1,2 г/кг и более. С токомкровизначительное количествомолочной кислотыпоступает впечень, где ресинтезируется вглюкозуигликоген(глюконеогенез) за счет энергии окислительных процессов . Перечисленные механизмы ресин-тезаАТФпри мышечной деятельности включаются в строго определенной последовательности. Наиболее экстренным является креатинкиназный механизм, и лишь примерно через 20 с максимально интенсивной работы начинается усилениегликолиза, интенсивность которого достигает максимума через 40–80 с. При более длительной, а следовательно, и менее интенсивной работе все большее значение приобретает аэробный путь ресинтезаАТФ. СодержаниеАТФикреатинфосфатав сердечной мышце ниже, чем в скелетной мускулатуре, а расходАТФвелик. В связи с этим ресинтезАТФв миокарде должен происходить намного интенсивнее, чем в скелетной мускулатуре. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путьокислительного фосфорилирования, связанный с поглощениемкислорода.РегенерацияАТФв процессе анаэробного расщепленияуглеводов(гликолиз) в сердце человека практического значения не имеет. Именно поэтому сердечная мышца очень чувствительна к недостаткукислорода. Характерной особенностьюобмена веществв сердечной мышце по сравнению со скелетной является также то, что аэробноеокислениевеществнеуглеводной природы при работе сердечной мышцы имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30–35%кислорода, поглощаемого сердцем в норме, расходуется наокислениеуглеводови продуктов их превращения. Главнымсубстратомдыханияв сердечной мышце являютсяжирные кислоты.Окислениенеуглеводныхвеществобеспечивает около 65–70% потребности миокарда в энергии. Из свободныхжирных кислотв сердечной мышце особенно легко подвергаетсяокислениюолеиновая кислота.