Анаэробный и аэробный метаболизм

Анаэробный и аэробный метаболизм

Используя содержание текста «Полезные бактерии» и свои знания, ответьте на следующие вопросы:

1) Что необходимо для производства простокваши?

2) Откуда берётся энергия для жизнедеятельности молочнокислых бактерий?

3) В чём заключаются различия между аэробным и анаэробным обменом веществ?

Термин анаэробы ввёл Л. Пастер, открывший в 1861 г. бактерии маслянокислого брожения. «Дышать без воздуха» (анаэробно) — непривычное словосочетание. Но именно так получают энергию для своих жизненных процессов многие бактерии. Они очень распространены в природе. Каждый день, съедая творог или сметану, выпивая кефир или йогурт, мы сталкиваемся с молочнокислыми бактериями — они участвуют в образовании молочнокислых продуктов.

В 1 кубическом сантиметре парного молока находится больше 3000 миллионов бактерий. При скисании молока коров, которых разводят на Балканском полуострове, получается йогурт. В нём можно найти бактерию под названием болгарская палочка, которая и совершила превращение молока в молочнокислый продукт.

Болгарская палочка известна во всём мире — она превращает молоко во вкусный и полезный йогурт. Всемирную славу этой бактерии принёс русский учёный И.И. Мечников. Илья Ильич заинтересовался причиной необычного долголетия в некоторых деревнях Болгарии. Он выяснил, что основным продуктом питания долгожителей был йогурт, и выделил

в чистую культуру молочнокислую бактерию, а затем использовал её для создания особой простокваши. Он показал, что достаточно добавить в свежее молоко немного этих бактерий, и через несколько часов в тёплом помещении из молока получится простокваша.

Болгарская палочка сбраживает лактозу молока, т. е. расщепляет молекулу молочного сахара на молекулы молочной кислоты. Молочнокислые бактерии для своей работы могут использовать не только сахар молока, но и многие другие сахара, содержащиеся в овощах и фруктах. Бактерии превращают свежую капусту в квашеную, яблоки — в мочёные,

а огурцы — в кислосолёные. В любом случае из сахара образуется молочная кислота, а энергия распада молекул сахара идёт на нужды бактерии. Процесс брожения у таких бактерий заменяет им процесс дыхания. Собственно говоря, это и есть их дыхание — освобождение энергии на свои нужды. Поскольку энергия реакций бескислородного окисления заметно меньше, чем кислородного — бактериям приходится перерабатывать большие количества веществ и выделять много продуктов обмена веществ.

Болгарскую палочку относят к факультативным (необязательным) анаэробам. Это означает, что они могут использовать и кислород для своего дыхания.

1) Молоко, культура бактерий, тёплое помещение.

2) Энергия извлекается при расщеплении (брожении) молекул сахара.

3) При аэробном обмене (с участием кислорода) синтезируется больше АТФ и происходит полное окисление молекул глюкозы до СО2 и Н2О. В анаэробном обмене кислород не участвует.

В норме практически во всех клетках человеческого организма энергетический обмен происходит аэробным путем, т. е. с использованием кислорода. Углеводы, жиры и белки превращаются в дикарбоновые фрагменты (ацетил-КоА), которые включаются в цикл лимонной кислоты в митохондриях (гл. 34). В ходе превращения ацетил-КоА в СО; образуется энергия, которая запасается в форме восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН). В результате процесса, называемого окислительным фосфорилированием, эта энергия впоследствии преобразуется в аденозинтрифосфат (АТФ). Окислительное фосфорилирование потребляет более 90 % поступающего в организм кислорода и представляет собой серию переносов электронов, сопряженных с синтезом АТФ и происходящих с участием ферментов (цитохромов) На последнем этапе молекулярный кислород восстанавливается до воды.

Для глюкозы, основного источника энергии клетки, суммарное уравнение превращений таково:

Образовавшаяся энергия (1270 кДж) аккумулируется в третьей фосфатной связи при присоединении фосфата к аденозиндифосфату (АДФ):

Энергия + АДФ + Ф → АТФ.

При окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Энергия, аккумулированная в АТФ, используется для работы ионных насосов, мышечного сокращения, синтеза белка или клеточной секреции; в этих процессах вновь образуется АДФ:

АТФ + АДФ + ф + Энергия.

АТФ не может запасаться. Он должен постоянно синтезироваться, что требует непрерывной доставки метаболических субстратов и кислорода к клеткам.

Отношение объемов образовавшегося СО2 (УСО2) и поглощенного О2 (VO2) называется дыхательным коэффициентом (RQ). Величина дыхательного коэффициента обычно указывает на тип использованного метаболического субстрата Дыхательный коэффициент для углеводов, жиров и белков равен 1,0; 0,7 и 0,8 соответственно. VC02 составляет около 200 мл/мин, тогда как VO2

Читайте также:  Аэробика для девочек видео

250 мл/мин. Поскольку белки обычно не являются основным источником энергии, то дыхательный коэффициент, равный 0,8, по-видимому, отражает использование и жиров, и углеводов. Потребление кислорода можно косвенно оценить по формуле (гл. 7):

VO2= 10 х (масса тела) 3/4 .

2. Анаэробный метаболизм

При анаэробном метаболизме, в отличие от аэробного метаболизма, образуется очень небольшое количество АТФ. В отсутствие кислорода АТФ может синтезироваться только при превращении пирувата в молочную кислоту. В ходе анаэробного метаболизма при окислении каждой молекулы глюкозы образуются две молекулы АТФ (в отличие от 38 молекул АТФ при аэробном распаде). Образовавшаяся энергия равна 67 кДж. Более того, развивающийся лактат-ацидоз резко ограничивает активность ферментов, участвующих в превращениях. Когда напряжение кислорода возвращается к норме, лактат вновь преобразуется в пируват, и аэробный метаболизм возобновляется.

3. Влияние анестезии на клеточный метаболизм

Общая анестезия уменьшает VO2 и VCO2 приблизительно на 15 %. Помимо того, образование углекислого газа и поглощение кислорода дополнительно снижаются за счет гипотермии (гл. 21). В наибольшей степени уменьшается потребление кислорода в головном мозге и сердце.

Функциональная анатомия системы дыхания

Метаболизм — совокупность химических процессов, которые обеспечивают жизнедеятельность организма. Происходят они в тканях и клетках. Обмен, который происходит при полном покое, называется основным. Другими словами, если вы не выполняете никакой работы и не тренируетесь, организм все равно работает.

Промежуточный обмен — совокупность химических превращений с момента поступления переваренных пищевых веществ в кровь до выделения продуктов обмена из организма.

Метаболизм делится на 2 процесса, которые протекают одновременно и взаимосвязанно: анаболизм и катаболизм. Во время анаболизма происходит биосинтез сложных веществ из простых молекул предшественников. Каждая клетка формирует характерные для нее соединения (белки, жиры, углеводы и т.д.). При катаболизме, напротив, идет расщепление сложных молекул до более простых соединений. Выделяется энергия, которую и запасает организм.

Метаболизм питательных веществ

Для построения и возобновления тканей, восполнения расходуемой энергии и обеспечения жизнедеятельности человек должен питаться. В организм из окружающей среды поступают органические и неорганические питательные вещества, то есть пища. Энергетическая ценность того или иного продукта измеряется калориями.

В питании выделим 3 основных процесса: усвоение белков, жиров и углеводов. Регуляция обмена белков, жиров и углеводов — сложный процесс, который связан с работой различных отделов головного мозга, щитовидной и поджелудочной железы, коры надпочечников. Стоит серьезно отнестись к процессу питания, составлению рациона и качеству продуктов. При покупке продуктов в магазине возьмите за правило читать информацию на упаковке. Кроме срока годности и массы, вас должно интересовать содержание питательных веществ, калорийность и наличие витаминов.

Процесс усвоения белков — это синтез, распад и выведение клетками и тканями организма азотосодержащих соединений. Поскольку азот содержится в основном в белках и является важным элементом, то и недостаток белка может вызвать серьезные нарушения в организме. Конечный продукт расщепления поступивших с пищей белков — аминокислоты. Именно из них строятся наши мышцы. Человеческий организм не в состоянии синтезировать 10 аминокислот, которые считаются незаменимыми. Заменимыми называют аминокислоты, которые организм может синтезировать самостоятельно.

Энергетический обмен

Преобразование организмом пищи в «топливо» происходит по трем основным энергетическим каналам. Базовое представление о принципах этого процесса поможет вам разумнее подойти к тренировкам и питанию и, как следствие, улучшить спортивные результаты. Мы уже обсуждали, что спортивная диета строится на понимании того, как питательные вещества (углеводы, жиры и протеины) служат источником энергии, необходимой организму для выполнения физических упражнений. Эти питательные вещества преобразуются в энергию в форме аденозинтрифосфата посредством различных метаболических процессов. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это молекула внутри клеток, главная роль которой связана с обеспечением организма энергией; именно благодаря энергии, высвобождаемой при распаде молекулы АТФ, происходит сокращение мышц. Как уже упоминалось, углеводы, протеины и жиры обладают неодинаковыми свойствами, поэтому у каждого из них свой механизм преобразования в АТФ.

Читайте также:  Алоэ для глаз в домашних условиях

Энергетические каналы

Организм не в состоянии хранить аденозинтрифосфат, его запасы расходуются буквально за несколько секунд, так что в ходе физической активности приходится непрерывно вырабатывать это вещество. Существует два основных способа преобразования питательных веществ в энергию:

  • аэробный метаболизм (с помощью кислорода);
  • анаэробный метаболизм (без помощи кислорода).

Как правило, для снабжения организма энергией, необходимой для физических упражнений, объединяются все энергетические системы, при этом интенсивность и продолжительность нагрузок определяют, какой метод и когда используется.

Аэробный метаболизм

Аэробный метаболизм вырабатывает энергию, необходимую для длительных физических нагрузок, то есть имеющих продолжительность больше двух минут. Он задействует кислород, преобразуя питательные вещества (углеводы, протеины и жиры) в АТФ. Это более медленный процесс по сравнению с анаэробным, поскольку в нем задействована кровеносная система, снабжающая кислородом работающие мышцы. Аэробный метаболизм используется преимущественно в ходе упражнений на выносливость, отличающихся невысокой интенсивностью и высокой продолжительностью.

Анаэробный метаболизм

В процессе анаэробного метаболизма энергия вырабатывается быстро и без участия кислорода. Происходит это двумя способами.

  • Первая система называется АТФ-ФК, или фосфатной, и обеспечивает организм энергией в течение 10 секунд. Система АТФ-ФК задействуется при коротких интенсивных нагрузках, например стометровом спринте. Этот механизм не требует кислорода для производства аденозинтрифосфата. Сперва он использует имеющиеся в мышцах запасы АТФ (их хватает примерно на 2-3 секунды), после чего начинает распадаться фосфо-креатин (ФК), а энергия от его распада идет на ресинтез АТФ до тех пор, пока запасы ФК не истощатся (еще 6-8 секунд). Фосфокреатин содержится в мышцах и служит всегда готовым к использованию и транспортабельным запасным источником энергии. После того как ресурсы АТФ и ФК оказываются исчерпаны, для дальнейшей выработки АТФ организм переходит либо к аэробному механизму, либо к гликолизу.
  • Гликолиз — это доминирующая энергетическая система, используемая для тяжелых физических нагрузок продолжительностью от 30 секунд до 2 минут, таких как бег на 400 или 800 м; она представляет собой второй по скорости способ ресинтеза АТФ.

Во время гликолиза глюкоза — либо содержащаяся в крови, либо преобразованная из гликогеновых запасов — расщепляется в ходе последовательности химических реакций, образуя пировиноградную кислоту.

Из каждой молекулы глюкозы, расщепленной до пировиноградной кислоты, образуются две молекулы пригодной к использованию АТФ. Полученного объема аденозинтрифосфата достаточно для обеспечения энергией напряженного спринта в течение 40 секунд. Следовательно, посредством этого механизма вырабатывается совсем не много энергии, однако преимущество здесь в быстроте ее получения.

Во время физических упражнений спортсмен последовательно проходит все перечисленные метаболические процессы. В начале занятий в ходе анаэробного метаболизма, обусловленного кислородным дефицитом, производится АТФ. По мере учащения дыхания и сердцебиения в организм поступает больше кислорода, и до достижения лактатного порога за выработку энергии отвечает аэробный метаболизм.

Лактатный порог

Лактат, или молочная кислота, — это продукт метаболизма, вырабатываемый в процессе анаэробных нагрузок. Он отражает уровень тренированности организма.

Питание энергетических систем организма

Те или иные вещества преобразуются в АТФ в зависимости от интенсивности и продолжительности физической активности. Углеводы выступают основным источником энергии при умеренных и высоких нагрузках, жиры — при невысоких. Последние служат хорошим источником энергии при тренировках выносливости, поскольку способны с участием кислорода продуцировать энергию на протяжении нескольких часов или даже дней, но совершенно не подходят для высокоинтенсивных нагрузок, например спринтовых интервалов, или даже сохранения темпа бега, который ниже лактатного порога.

Итак, по мере увеличения интенсивности нагрузок в дело вступает углеводный метаболизм. Он намного эффективнее жирового, но обеспечивает ограниченные запасы энергии. Накопленные углеводы (а именно гликоген) могут питать человека около 2 часов при умеренных или высокоинтенсивных тренировках. После этого запасы гликогена истощаются, и, если в организм не поступает свежее «топливо», появляется чувство слабости. Спортсмен может дольше продолжать умеренные либо высокоинтенсивные тренировки за счет пополнения углеводных запасов во время упражнений. Вот почему при умеренной физической активности продолжительностью более нескольких часов так важно употреблять в пищу легкоусвояемые углеводы. Если вы не обеспечите их должное поступление, вам придется снизить интенсивность движений и перейти на жировой метаболизм для их подпитывания.

Читайте также:  Безуглеводная диета видео

Если нагрузки становятся интенсивными, эффективность углеводного метаболизма заметно снижается, и начинает работать анаэробный метаболизм. Дело в том, что организм не в состоянии быстро забирать и распределять кислород, и это мешает ему задействовать жировой или углеводный метаболизм. Углеводы могут дать почти в 20 раз больше энергии в форме АТФ на грамм веса, когда их метаболизм происходит с участием кислорода, по сравнению с условиями кислородного голодания, которые возникают во время приложения существенных усилий (например, в процессе спринтерского бега).

При надлежащих тренировках все энергетические системы адаптируются, становятся эффективнее и обеспечивают более длительные тренировки с высокой интенсивностью.

Типы мышечных волокон

Скелетные мышцы состоят из отдельных волокон, называемых миоцитами. Каждый миоцит включает множество миофибрилл, представляющих собой нити протеинов (актина и миозина), которые обладают способностью соединяться друг с другом и растягиваться. Благодаря их взаимодействию мышца укорачивается — этот процесс называется сокращением. Читайте подробнее: Типы мышечных волокон

Существует общепринятое деление мышечных волокон на два основных типа: медленно сокращающиеся (тип I) и быстро сокращающиеся (тип II); последние принято подразделять на тип IIа и тип IIЬ. Они по-разному реагируют на тренировки и физическую активность, и каждый тип волокон обладает уникальной способностью сокращаться определенным образом. Человеческая мускулатура содержит генетически предопределенное сочетание медленных и быстрых волокон.

В среднем в большинстве мышц, используемых для движения, медленно и быстро сокращающихся волокон содержится примерно поровну.

Медленно сокращающиеся волокна (тип I)

Медленно сокращающиеся волокна более эффективно используют кислород для выработки энергии (АТФ) при беспрерывных продолжительных мышечных сокращениях. Они разогреваются дольше, чем быстро сокращающиеся волокна, но могут работать продолжительнее, прежде чем устанут, и поэтому весьма полезны для спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость.

Быстро сокращающиеся волокна (тип II)

Поскольку быстро сокращающиеся волокна используют анаэробный метаболизм для выработки энергии, им куда лучше удается обеспечивать короткие всплески силы и скорости, чем медленным. Но волокна типа II быстрее утомляются. Они производят примерно тот же объем работы за одно сокращение, что и медленные волокна, просто делают это быстрее. Отсюда и их название. Наличие большего числа быстро сокращающихся волокон является преимуществом в спринте и силовых видах спорта, где требуется взрывная сила.

Типы мышечных волокон и спортивная производительность

Свойственное нам преобладание определенного типа мышечных волокон может оказать влияние на врожденную склонность к тому или иному виду спорту, а также на нашу скорость и силу. Так обычно бывает с элитными спортсменами, которые занимаются спортом, соответствующим генетически обусловленной структуре их тела. Известно, что спринтеры имеют около 80% быстро сокращающихся, а марафонцы — около 80% медленно сокращающихся волокон.

Отсюда вытекает закономерный вопрос: можно ли изменить их соотношение, чтобы оно отвечало требованиям выбранного вида спорта? Может ли пловец на дистанции в 50 м вольным стилем ничем не уступать пловцу, участвующему в заплывах на выносливость в открытой воде? Этот вопрос пока еще остается предметом масштабных исследований, и до сих пор однозначного ответа на него не существует. Имеются доказательства того, что благодаря тренировкам скелетные мышцы могут преобразовать волокна из «быстрых» в «медленные», но для подтверждения необходимы дальнейшие лабораторные наблюдения и эксперименты.

Состав тела

В спортивном питании гораздо полезнее учитывать состав тела, нежели только его массу. Человеческий организм состоит из самых разнообразных компонентов. Тощие ткани, такие как мышцы, кости и органы, метаболически активны, а жировые ткани — нет.

  • Как определить состав тела
  • Каков идеальный состав тела
Ссылка на основную публикацию
Алыча как использовать
Алыча – это разновидность плодовой сливы. Разница состоит в размерах плода. Алыча имеет приятный аромат и очень полезна. Из нее...
Академия т tetramin
TetrAmin от ACADEMY-T TetrAmin — уникальный аминокислотный комплекс, содержащий гидролизат концентрата белка молочной сыворотки и аминокислоты для восстановления организма после...
Аквааэробика в ванной
Сколько времени занимает противостояние лишним килограммам-сантиметрам? В идеале этому важному делу нужно посвящать все свободные минуты. Их очень мало? Тогда...
Альдостерон где вырабатывается
Альдостерон – это гормон, который является показателем водно-солевого обмена. Его относят к основным представителям минералокортикоидов. Синтез альдостерона происходит в клубочковом...
Adblock detector