Образование аммиака в мышцах

В работающей мышце образуются значительные количества аммиака. Непосредственным источником аммиака служит дезаминирование АМФ:

АМФ + Н₂О ИМФ + NH₃

Однако АМФ вновь регенерируется с использованием аминогруппы аспарагиновой кислоты:

И МФ + Аспартат + ГТФ АМФ + Фумарат + ГДФ + Н₃РО₄

Фумарат затем превращается в оксалоацетат и далее при участии аспартатаминотрансферазы (АСТ) в аспартат, что объясняет достаточно высокую активность этого фермента в мышечной ткани. Интенсивная мышечная деятельность сопровождается активацией свободнорадикальных реакций и приводит к повреждению мембран мышечных клеток с выходом АСТ в общий кровоток, что сопровождается увеличением активности данного фермента в крови. Таким образом, активность АСТ в крови после выполнения физической нагрузки служит критерием напряженности мышечной работы.

А минокислоты б-Кетоглутарат Аспартат ИМФ NН₃

б-Кетокислоты Глутамат АМФ

Оксалоацетат Фумарат

Малат

Схема 11. Образование аммиака при мышечной работе

Исходя из сказанного, первичным источником аммиака можно считать аспарагиновую кислоту и другие аминокислоты, которые трансаминируются с оксалоацетатом. Вероятно, эта система реакций служит для непрямого дезаминирования аминокислот, а образующиеся кетокислоты используются в качестве источника энергии. Можно предположить, что образовавшийся аммиак транспортными формами доставляется в печень, где вступает в цикл образования мочевины. Таким образом, содержание мочевины в крови после выполнения физической нагрузки также может служить критерием напряженности мышечной деятельности.

Кроме того, аммиак может предотвращать подкисление среды образующейся при гликолизе молочной кислотой, что совместно с содержанием в работающей мышце АМФ служит важным механизмом регуляции следующего механизма регенерации АТФ - анаэробного гликолиза.

Контрольные вопросы

1. Из каких аминокислот происходит биосинтез креатина?

2. Какие основные стадии биосинтеза креатина существуют?

3. Какова биологическая роль кретинфосфата в организме?

4. С какой целью проводят определение креатинина в моче?

5. На чем основан метод определения креатинина в моче?

6. Как происходит образование аммиака в мышцах?

2.5. Биохимические основы функционирования лактацидного пути ресинтеза аденозинтрифосфата

В анаэробном гликолизе в качестве источника энергии используется глюкоза, которая образуется в форме глюкозо-6-фосфата при распаде гликогена мышц, а также поступает из крови. Анаэробный гликолиз включает 11 последовательных реакций (схема 12) с выходом энергии в виде двух молекул АТФ

АТФ АДФ

Г люкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат

1 2

А ТФ АДФ ДАФ 2НАД⁺ 2НАДН•Н⁺

^{4 5}

Фркутозо-1,6-дифосфат ГАФ (2)

3 4 6

2АДФ 2АТФ

2H₃PO₄

1.3-дифосфоглицерат (2) 3-фосфоглицерат (2)

7 8

Н₂О (2) 2АДФ 2АТФ

2-фосфоглицерат (2) Фосфоенолпируват (2)

8 9

2НАДН•Н⁺ 2НАД⁺

Пируват (2) Лактат (2)

10 11

Схема 12. Последовательность реакций гликолиза

(в случае глюкозо-6-фосфата - трех) и образование в качестве конечного продукта молочной кислоты (лактата). Гликолиз можно рассматривать как внутренний окислительно-восстановительный процесс, в котором образование двух молекул НАДН·Н⁺ на стадии дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата, а акцептируется водород двумя молекулами пирувата с образованием лактата. Следует отметить, что 11-я реакция, катализируемая лактатдегидрогеназой (ЛДГ) является характерной именно для анаэробного гликолиза, поскольку в аэробных процессах, образующийся в ходе 10-й реакции пируват диффундирует в митохондрии, где подвергается окислительному декарбоксилированию.

Таким образом, активность гликолиза в скелетных мышцах достаточно велика, а изофермент ЛДГ₅ является специфичным для мышечной ткани. Лактат, далее ни в какие химические превращения не вступает и может превращаться только в пируват в обратной лактатдегидрогеназной реакции. Накопление лактата приводит к сдвигу рН в кислую сторону и ингибированию гликолиза, что приводит к дефициту энергии и ограничению мышечной работоспособности.

Содержание лактата в процессе выполнения дозированной физической нагрузки и восстановительного периода является одним из ключевых показателей оценки степени тренированности. Схема реакций гликолиза представлена ниже:

Суммарное уравнение гликолиза выглядит следующим образом:

Г люкоза + 2 Н₃РО₄ + 2 АДФ 2 Лактат + 2 АТФ + Н₂О

Содержание молочной кислоты не только характеризует степень участия анаэробных процессов, но и ограничивает работоспособность. Вместе с тем, быстрота получения энергии делает анаэробный механизм особенно актуальным для спортсменов скоростно–силовых видов спорта. Однако, степень тренированности характеризуют не только образование, но и быстрота утилизации лактата в восстановительный период. Существуют 4 основных пути устранения молочной кислоты:

1. окисление до углекислого газа и воды (так устраняется 70% лактата, но этот процесс требует поступления достаточного количества кислорода);

2. превращение в гликоген (в мышцах и печени) и в глюкозу (в печени);

3. превращение в белки;

4. удаление с мочой и потом.

Таблица 5

Термодинамическая характеристика стадий гликолиза

	Реакция	∆G°', ккал/моль
1	Глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + AДФ + Н^+	–4.0
2	Глюкозо-6-фосфат → фруктозо-6-фосфат	+0.4
3	Фруктозо-6-фосфат + АТФ → фруктозо-1,6-дифосфат + AДФ + Н^+	–3.4
4	Фруктозо-1,6-дифосфат → глицеральдегид-3-фосфат (ГАФ) + Дигидроксиацетонфосфат (ДАФ)	+5.7
5	Дигидроксиацетонфосфат → Глицеральдегид-3-фосфат	-
6	Глицеральдегид-3-фосфат + НАД^+ + Фн → 1,3-дифосфоглицерат + НАДН + Н^+	+1.5
7	1,3- Дифосфоглицерат + AДФ → 3-фосфоглицерат + АТФ	–4.5
8	3-Фосфоглицерат → 2-фосфоглицерат	+1.1
9	2-Фосфоглицерат → фосфоенолпируват	+0.4
10	Фосфоенолпируват + AДФ + Н^+ → пируват + АТФ	–7.5

Хотя окисление молочной кислоты может происходить в разных органах и тканях, наибольшая часть её окисляется в скелетных мышцах, особенно в их медленных волокнах. Таким образом, содержание лактата может зависеть, как от объема мышечной ткани, так и уровня тренированности и спортивной специализации. После выполнения одинаковой по объему физической нагрузки концентрация лактата у спортсменов ниже, чем у неспортсменов. Несколько факторов определяет это снижение.

1. У выносливых спортсменов повышен аэробный потенциал скелетных мышц, благодаря чему мышцы у них продуцируют меньше молочной кислоты, чем у нетренированных людей, т.к. в большей степени используют аэробный путь энергообеспечения.

2. У спортсменов происходит более быстрое врабатывание кислородтранспортной системы. Как известно, при длительных аэробных упражнениях наибольшая концентрация лактата в крови обнаруживается в первые минуты работы, что связано с кислородным дефицитом. По сравнению с нетренированными у выносливых спортсменов повышение концентрации лактата в крови в начале работы значительно меньше.

3. У спортсменов тренирующих выносливость, обнаруживается усиленная утилизация образующейся в мышцах молочной кислоты. Этому способствует повышенный аэробный потенциал всех мышечных волокон и особенно высокий процент медленных мышечных волокон, а также увеличение массы сердца. Медленные мышечные волокна, как и миокард, способны активно использовать молочную кислоту в качестве энергетического субстрата. Кроме того, при одинаковых аэробных нагрузках (равном потреблении кислорода) кровоток через печень у спортсменов выше, чем у нетренированных, что также может способствовать более интенсивной экстракции печенью молочной кислоты из крови и её дальнейшему превращению в глюкозу и гликоген (цикл Кори).

МЫШЦЫ ПЕЧЕНЬ

Глюкоза Глюкоза

Пируват Аланин Аланин Пируват

Лактат Лактат

Схема 13. Глюкозо-аланиновый цикл и цикл Кори

4. Увеличенный объем циркулирующей крови снижает концентрацию лактата, поступающего из мышц в кровь, за счет большего разведения, чем у неспортсменов.

Эффективность функционирования гликолиза зависит от глюкозо-аланинового цикла и цикла Кори.

Эффективность функционирование гликолиза зависит от глюкозо-аланинового цикла и цикла Кори.

Таким образом, тренировка выносливости не только повышает аэробные возможности (МПК), но и развивает способность выполнять большие длительные аэробные нагрузки без значительного увеличения содержания молочной кислоты в крови. Это один из важнейших механизмов повышения выносливости у спортсменов, специализирующихся в упражнениях относительно большой продолжительности.

Из клеток, в которых происходит гликолиз, образующаяся молочная кислота поступает в кровь и улавливается в основном печенью, где и превращается в пируват. Пируват в печени частично окисляется, частично превращается в глюкозу - цикл Кори, или глюкозо-лактатный цикл. Часть пирувата в мышцах путем трансаминирования превращается в аланин, который транспортируется в печень и здесь снова образует пируват - глюкозо-аланиновый цикл. Из пирувата в печени путем глюконеогенеза образуется глюкоза, которая может вновь транспортироваться кровью в мышцы и там превращаться в молочную кислоту. Исходя из вышесказанного важное значение для энергообеспечения мышечной деятельности имеет глюконеогенез. Данный процесс включается не сразу и в основном отвечает за энергообеспечение достаточно продолжительной мышечной работы.

Следует отметить, особенно у нетренированных лиц, после умеренной продолжительной физической нагрузки некоторое снижение содержания уровня глюкозы в плазме крови. Однако у спортсменов высокой квалификации, тренирующихся на выносливость, отмечалось некоторое увеличение уровня глюкозы в плазме крови, что связано с эффективным использованием ими запасов гликогена и работой цикла Кори. Таким образом, содержание глюкозы в крови сразу после выполнения физической нагрузки и особенно в восстановительном периоде, в какой-то мере характеризует участие углеводного обмена в энергетическом обеспечении мышечной деятельности и восстановительные процессы, что в свою очередь характеризует готовность спортсмена к физическим нагрузкам.