Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимия спорта
Биоэнергетика мышечной деятельности
Креатинфосфокиназный механизм ресинтеза АТФ

Алактатный анаэробный механизм ресинтеза АТФ включает использование имеющейся в мышцах АТФ и быстрый ее ресинтез за счет высокоэнерге­тического фосфогенного вещества — креатинфосфата, концентрация кото­рого в мышцах в 3—4 раза выше по сравнению с АТФ (см. главу 3).

Креатинфосфат локализован непосредственно на сократительных ни­тях миофибрилл и способен быстро вступать в реакцию перефосфорилирования с участием фермента креатинфосфокиназы (КФК) согласно уравнения

В скелетных мышцах человека КФК обладает высокой активностью, а КрФ и АДФ проявляют высокое химическое сродство друг к другу, что при­водит к усилению этой реакции в самом начале мышечной работы, когда начинает расщепляться АТФ и накапливаться АДФ.

Максимальная мощность креатинфосфокиназной реакции развивается уже на 0,5—0,7-й секунде интенсивной работы, что свидетельствует о боль­шой скорости развертывания, и поддерживается в течение 10—15 с у не­тренированных, а у высокотренированных спринтеров может удерживаться 25-30 с.

Креатинфосфокиназный механизм первым включается в процесс ре­синтеза АТФ в начале интенсивной мышечной работы и протекает с мак­симальной скоростью до тех пор, пока не исчерпаются запасы КрФ в мыш­цах. Эта реакция выполняет роль своеобразного "энергетического буфе­ра", так как обеспечивает поддержание постоянства содержания АТФ в мышцах при резком ее использовании или избыточном накоплении АТФ в период отдыха (см. рис. 122). В последнем случае интенсивно протекает реакция перефосфорилирования между АТФ и свободным креатином, т. е. увеличивается скорость обратной креатинфосфокиназной реакции.

Максимальная мощность креатинфосфокиназной реакции составляет 3,8 кДж ⋅ кг^-1⋅ мин^-1, что значительно выше мощности анаэробного глико­лиза (в 1,5—2 раза) и аэробного процесса (в 3—4 раза). Общие запасы фосфогенов у нетренированных испытуемых обеспечивают образование энергии в количестве около 420 Дж ⋅ кг^-1 мышечной ткани, а у тренированных — в 2 раза больше. Скорость расщепления КрФ в работающих мышцах нахо­дится в прямой зависимости от интенсивности выполняемого упражнения либо величины мышечного напряжения, а также активности фермента КФК.

Метаболическая емкость этого механизма невелика, так как запасы КрФ в мышцах превышают содержание АТФ всего в 3 раза (табл. 23). Сле­довательно, поддержание уровня АТФ за счет креатинфосфата ограниче­но его запасами, которые уже на 5-й секунде уменьшаются на 1/3, а на 15-й секунде — наполовину (рис. 123). После этого скорость креатинфос­фокиназной реакции уменьшается, а в ресинтез АТФ вовлекается гликоли­тический и окислительный механизмы.

Эффективность креатинфосфокиназной реакции очень высокая (76 %), так как реакция протекает непосредственно между двумя веществами на миофибриллах. Запасы КрФ зависят от содержания креатина в организме. Введение креатина в виде пищевых добавок приводит к увеличению запа­сов креатинфосфата в мышцах (от 84 до 91 ммоль ⋅ кг^-1 сухой мышечной ткани), а также к повышению физической работоспособности.

ТАБЛИЦА 23. Запасы АТФ и КрФ в скелетных мышцах человека (в расчете на среднюю массу тела 70 кг)

Рис. 123 Изменение концентраций АТФ, КрФ и лактата в скелетных мышцах в процессе работы

Содержание креатинфосфата в скелетных мышцах увеличивается в процессе адаптации организма к скоростным и силовым физическим на­грузкам в 1,5—2 раза, что влияет на емкость креатинфосфокиназного ме­ханизма энергообеспечения мышечной деятельности.

Креатинфосфокиназный путь ресинтеза АТФ играет решающую роль в энергообеспечении кратковременной работы максимальной интенсивнос­ти в течение 15—30 с, например бег на 100 м, плавание на короткие дис­танции, прыжки, метания, тяжелоатлетические упражнения и т. п. Он обес­печивает возможность быстрого перехода от покоя к работе, внезапных изменений темпа по ходу ее выполнения, а также финишного ускорения. Функционирует креатинфосфокиназная система преимущественно в быс­тросокращающихся мышечных волокнах, поэтому составляет биохими­ческую основу скорости и локальной мышечной силы (выносливости).