METABOLISMUS A ZÁKLADNÍ ENEREGTICKÉ SYSTEMY Energy Systems and Sports | KOOH Sports Zdroje energetických rezerv pro tvorbu ATP (játra, svaly, adipocyty) Jejich transport pomocí krevního řečiště Resyntéza ATP v Matrix Mitochondrie Využití molekul ATP pomocí ATPázy myozinových hlavic pro svalovou kontrakci Exercise Physiology Mcardle, Catch 2007 str. 147 Zdroje energie pro pohybovou zátěž Energie v organismu se čerpá z: •Bezprostředních zdrojů tzv. makroergních fosfátů (ATP, ADP, CP) •Náhradních zdrojů tzv. makroergních substrátů (cukrů, tuků, bílkovin) • Makroergní fosfáty adenosintrifosfát (ATP), Adenosindifosfát (ADP) a kreatinfosfát (CP) jsou přítomny v každé buňce. ATP (adenosintrifofsfát) – přímý zdroj energie pro svalovou činnost. Bez ATP by činnost nemohla probíhat, nedošlo by k zasunutní vláken aktinu mezi vlákna myozinu (viz. Prezentace „svaly“). ATP je poměrně málo (přibližně na 5s intenzivní práce) proto se musí neustále obnovovat (resyntetizovat) (Dovalil et.al. 2008) Zdroj: (Pastucha et. al, Tělovýchovné Lékařství) Obsah obrázku stůl Popis byl vytvořen automaticky Sharkey, Gaskill 2006 Základní energetické systémy Buňky generují ATP skrze 3 rozdílné systémy 1.ATP CP systém (Alaktátový, neoxidativní (anaerobní), Fosfátový, (Substrate level metabolism.) 2. 2.Glykolytický systém (anaerobní glykolýza, glykolytická fosforylace) 3. 3. 3.Oxidativní systém (oxidativní (aerobní) fosforylace, aerobní glykolýza) 1. ATP CP systém - Alaktátové neoxidativní (anaerobní) způsoby E krytí – také tzv. Substrate-level metabolism • Myokinázová reakce, kdy molekula ATP vznikne ze 2 molekul ADP 2 ADP ATP + AMP Hydrolýza ATP pomocí ATPázy Obr_8 ATP CP systém (Phospocreatine, PCr) Obr_9 1-3 seconds 3-15 sec. An all out sprint Poznámka • •Koncentrace fosfagenů ve svalech se rychle spotřebovává následkem anaerobního cvičení velké intenzity. Kreatin fosfát se může výrazně snížit (50-70%) během krátké doby (5-30s) cvičení o velké intenzitě a může být téměř zcela spotřebován, přičemž výsledkem je vyčerpání po velmi intenzivním cvičení. • •Doplnění fosfagenu po cvičení může nastat během relativně krátké doby. Kompletní resyntéza ATP se objevuje do 3 až 5 minut, kompletní resyntéza kreatin fosfátu se objevuje do 8 minut. • •Zdroj: https://www.fsps.muni.cz/emuni/data/reader/book-5/05.html • 2. Glykolytický (laktátový) systém, neoxidativní způsob získávání E. (anaerobní glykolýza, glykolytická fosforylace) •G + 2P + 2ADP 2 mol. kys.mléčné + 2ATP • •G….glykogen -metabolická acidóza -hladina LA v krvi - •Proces glykolýzy se odehrává skrze glykolytický systém, přes který je glukóza, nebo glykogen štěpen na Pyruvát. Pokud se glykolýza dále odehrává za nepřístupu kyslíku, je Pyruvát konvertován (přeměněn) na laktát •ATP CP systém společně s Glykolytickým systémem, jsou klíčové energetické zdroje pro výkony v délce trvání v řádu několika sekund až 2 min. 3. Oxidativní způsob (oxidativní fosforylace) •nedochází k tvorbě laktátu • •G + 38P + 38ADP + 6O2 6CO2 + 44H2O + 38ATP; (RQ = 1,0) • • •MK + 130P + 130ADP + 23O2 16CO2 + 146H2O + 130ATP; (RQ = 0,7) • • •BK + 77O2 63O2 + 38H2O + 9CO(NH2)2 + cca 40ATP; (RQ = 0,8) • • vydej pr zatezi Zdroje energetického krytí při zvyšující se intenzitě RQ tuku = 0,7 RQ sacharidů = 1 1 g = 9,3 kcal 1 g = 4,1 kcal RQ = CO2 O2 (Hamar & Lipková, 2001) Respirační kvocient = poměr mezi uvolněným oxidem uhličitým a spotřebovaným kyslíkem na buněčné úrovni Obr_10 Pro aerobní resyntézu ATP se za přístupu kyslíku využívá glykogen, resp glukóza, která se glykolýzou mění v pyruvát, který se následně v mitochondriích svalových vláken přeměnění (konvertuje) na acetyl CoA. Acetyl CoA vstupuje do Krebsova cyklu a je tak umožněn vznik molekul ATP. Jedná se o chemickou reakci, při které se ATP obnovuje z glykogenu, resp. glukózy cestou anaerobní (bez přístupu kyslíku). Při těchto pochodech ve svalech vzniká sůl kyseliny mléčné – laktát. Tento energetický systém produkuje 2 molekuly ATP. Glykolýza – Přeměna glukózy na 2 molekuly pyruvátu za čistého výtěžku z molekul ATP a 2 molekul NADH (anaerobní štěpení glukózy na pyruvát a laktát) Konečným výsledkem glykolýzy je pyruvát, který může pokračovat jedním ze dvou následujících směrů: 1.pyruvát může být přeměněn na laktát (anaerobní cesta – Glykolytická fosforylace) 2. 2.pyruvát může být přesunut do mitochondrií (aerobní cesta – Krebsův Cyklus) Zdroj:https://www.fsps.muni.cz/emuni/data/reader/book-5/05.html Poznámka Obr_11 Obr_12 Pásma energetické krytí Anaerobní alaktátové Anaerobní laktátové Aerobní alaktátové Sharkey, Gaskill 2006 sejmout0017 • Sharkey, Gaskill 2006 Adaptace na anaerobní trénink •Zvýšení ATP-CP zásob a glykolytických enzymů •Zvýšení oxidativní kapacity ve svalu (výkony nad 30s) •Zvýšení pufrovací kapacity (schopnost neutralizovat vznikající acidózu ve svalu) Adaptace na anaerobní trénink - enzymy •ATP-CP systém •Kreatinkináza (CK) •Myokináza (MK) Adaptace na anaerobní trénink – enzymy •Anaerobní fosforylace •Laktátdehydrogenáza •Fosforyláza •Fosfofruktokináza Adaptace na aerobní trénink •Zvýšení množství glykogenu triglyceridů ve svalu •Zvýšení množství myoglobinu (až o 75-85 %) – váže na sebe O2 •Zvýšení efektivity využívání MK jako zdroj E (šetří glykogen) •Zvýšení počtu mitochondrií a oxidativních enzymů Adaptace na aerobní trénink - enzymy •Karnitintransferáza (regulace β-oxidace MK) •Sukcinátdehydrogenáza (vnitřní membrána mitochondrie, podílí se na citrátovém cyklu) •Malátdehydrogenáza (podílí se také na citrátovém cyklu) • Výpočet Energetického výdeje •Kalorimetrie (nepřímá energometrie) • •pro praxi se používají tabulkové hodnoty, tzv. náležité hodnoty bazálního metabolismu (nál. BM) • •nál.BM udává průměrný energetický výdej za jednotku času • • • Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku stůl Popis byl vytvořen automaticky RQ (RER) % kcal sacharidy lipidy 0,71 0,0 100,0 0,75 15,6 84,4 0,80 33,4 66,6 0,85 50,7 49,3 0,90 67,5 32,5 0,95 84,0 16,0 1,00 100,0 0,0 Krokoměry, pedometry, wattmetry 1kcal = 4,2 kJ 1W = 1J / s Obsah obrázku nástroj, nůžky Popis byl vytvořen automaticky Spotřeba E na základě vykonané práce (W) lze vyjádřit vztahem Energy (kcal) = avg power (W) * duration (t - hours) * 3,6 Výkon je skalární fyzikální veličina, která vyjadřuje množství práce vykonané za jednotku času. • výsledek rovnice: akcelerace * hmotnost = síla (II. New. zákon) • síla * kadence/frekvence = výkon Metabolický ekvivalent MET •Jako 1 MET byla stanovena klidová hodnota VO2 vsedě, odpovídající přibližně 3,5 ml/kg/min • •Hodnoty kolísají v rozmezí od 0,9 MET (při spaní) až po např. 18,4 MET (při maratónu) • • • •Zdroj: (Pastucha et. al, Tělovýchovné Lékařství) • •https://is.muni.cz/do/fsps/e-learning/fyziologie_sport/index.html