Утворення АТФ дозволяє клітинам зберігати енергію у цьому високоенергетичному сполученні

ЕНЕРГІЯ ДЛЯ КЛІТИННОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Джерелом усіх видів енергії є енергія Сонця. Хімічні реакції, що відбуваються у рослинах (фотосинтез), перетворюють енергію Сонця на хімічну енергію. Вживаючи у їжу овочі й фрукти, а також м'ясо тварин, котрі живляться рослинами, ми отримуємо енергію. Енергія міститься у харчових продуктах у вигляді вуглеводів, жирів та білків. Ці основні компоненти харчових продуктів розщеплюються у клітинах нашого організму, вивільнюючи енергію.

Оскільки енергія поступово перетворюється на тепло, її кількість, що вивільнюється в результаті біологічних реакцій, визначається за кількістю утвореного тепла. У біологічних системах енергія вимірюється у кілокалоріях (ккал). Згідно з визначенням, 1 ккал дорівнює кількості теплової енергії, необхідної для підвищення температури 1 кг води на 1°С. Наприклад, при спаленні сірника виділяється близько 0,5 ккал, тоді як при повному згорянні 1 г вуглеводів виділяється 4,0 ккал.

Якась кількість вільної енергії у клітинах використовується для розвитку та «ремонту» нашого організму. Такі процеси, як ми вже знаємо, спрямовані на розвиток м'язової маси під впливом тренувальних навантажень та відновлення м'язів після фізичних навантажень або травм. Енергія також необхідна для активного транспорту багатьох речовин, таких, як глюкоза та Са²⁺ через клітинні мембрани. Активний транспорт є необхідним для функціонування клітин та підтримання гомеостазу. Певну кількість енергії використовують міофібрили для забезпечення ковзання філаментів актину та міозину, в результаті котрого продукуються м'язове скорочення та сила.

ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

Продукти харчування складаються, в основному, з вуглецю, водню, кисню, а при наявності білків — з азоту. Молекулярні зв'язки у харчових продуктах відносно слабкіші, тому при розщепленні вивільнюється невелика кількість енергії. Отже, продукти харчування не використовуються безпосередньо для потреб клітини. Енергія молекулярних зв'язків продуктів харчування хімічно вивільнюється у клітинах організму й зберігається у вигляді високо-енергетичного сполучення — аденозинтрифосфату (АТФ).

У спокої енергія, необхідна нашому організму, забезпечується за рахунок розщеплення практично однакової кількості вуглеводів та жирів. Білки являютьсобою «будівельні блоки» і звичайно забезпечують функціонування клітин невеликою кількістю енергії. При збільшенні м'язового зусилля у якості джерела енергії більше використовуються вуглеводи. При максимальному короткочасному навантаженні АТФ майже виключно утворюється за рахунок вуглеводів.

Вуглеводи. Залежність м'язів від вуглеводів під час фізичного навантаження пов'язана з їх наявністю, а також здатністю м'язової системи їх розщеплювати. Вуглеводи насамкінець перетворюються на глюкозу — моносахарид, котрий транспортується кров'ю до усіх тканин організму. У стані спокою увібрані вуглеводи попадають у м'язи та печінку, а потім перетворюються на більш складну молекулу цукру — глікоген. Глікоген знаходиться у цитоплазмі допоки клітини не використають його для утворення АТФ. Глікоген, що міститься у печінці може знову перетворюватися на глюкозу. Він транспортується кров'ю до активних тканин, де й відбувається його метаболізм (розщеплення).

Вміст вуглеводів у печінці та скелетних м'язах обмежений; їх вистачає для утворення не більше 2000 ккал енергії. Ця кількість витрачається на те, щоб пробігти 32 км (20 миль). Запаси жирів достатні для утворення понад 70 000 ккал енергії

Вміст глікогену у печінці та м'язах обмежений, його запаси можуть вичерпатися, якщо у раціоні харчування немає достатньої кількості вуглеводів. Таким чином, поповнення запасу багато у чому залежить від харчових джерел крохмалів та цукру. Без достатнього споживання вуглеводів м'язи і печінка не мають свого основного джерела енергії.

Таблиця 4.1

Запаси "палива" та енергії в організмі

Джерело енергії	г	ккал
Вуглеводи глікоген печінки м'язовий глікоген глюкоза у рідинах організму Усього		0,451 1,025 0,062 1,538
Жири підшкірний внутрішньом'язовий Усього	7,800 0,161 7,961	70,980 1,465 72,445
Примітка. Оцінку зроблено на основі середньої маси тіла 65 кг з вмістом жиру 12%

Жири й білки також використовуються як джерела енергії. В організмі міститься значно більше жирів, ніж вуглеводів. Як видно з табл. 4.1, жировий резерв енергії в організмі значно перевищує вуглеводний. Однак жири є менш доступними клітинному метаболізму, оскільки, перш за все, має бути розщеплена складна форма — тригліцерид — на основні компоненти: гліцерин та вільні жирні кислоти. Тільки вільніжирні кислоти використовуються для утворення АТФ.

Як видно з рис. 4.1, зоднаковоїкількості жирів та вуглеводів утворюється абсолютно різна кількість енергії: відповідно 9 та 4 ккал∙г^-1. У будь-якому випадку інтенсивністьвивільнення енергії з цих сполучень дуже невелика, щоб задовольнити потреби організму в енергії під час інтенсивної м'язової діяльності.

Білки. Процес перетворення білків або жирів на глюкозу називається глюконеогенезом. У результаті серії реакцій білок може перетворитися на жирні кислоти. Це називається ліпогенез. Білки забезпечують 5-10 % енергії, необхідної для виконання тривалої фізичної вправи. Для утворення енергії використовуються лише основні одиниці білка — амінокислоти.

ІНТЕНСИВНІСТЬ ВИВІЛЬНЕННЯ ЕНЕРГІЇ

Щоб бути корисною, енергія має вивільнятися з хімічних сполук з контрольованою інтенсивністю. Частково ця інтенсивність визначається вибором джерела енергії. Якщо використовується велика кількість енергії з одного джерела, клітини розраховують, головним чином, саме на це джерело. Такий вплив наявності енергії називається ефектом масового впливу.

Спеціальні ферменти забезпечують чіткіший контроль інтенсивності вивільнення вільної енергії. Багато з них полегшують розщеплення (катаболізм) хімічних сполучень (рис. 4.2). Хоча назви ферментів досить складні, всі вони закінчуються суфіксом -аза. Наприклад, фермент, що впливає на АТФ, називається аденозинтрифосфатаза (АТФаза).

Розібравшись із джерелами енергії, розглянемо, як зберігається енергія. Далі ми вивчимо, як утворюється АТФ — сполука, що містить енергію.

В ОГЛЯДІ...

1. Близько 60-70 % енергії в організмі людини перетворюється на тепло, решта використовується для виконання механічної роботи та здійснення клітинної діяльності.

2. Ми отримуємо енергію з харчових продуктів — вуглеводів, білків та жирів.

3. Отримувана з продуктів харчування енергія міститься у високоенергетичній сполуці — АТФ.

4. Вуглеводи забезпечують близько 4 ккал енергії на 1 г, тоді як жири — 9 ккал∙г^-1, однак енергія, отримувана з вуглеводного джерела, є більш доступною. Білки також забезпечують організм енергією.

Дата добавления: 2014-10-17