Biyoenerjetik sistemler - Bioenergetic systems

Biyoenerjetik sistemler , canlı organizmalardaki enerji akışıyla ilgili metabolik süreçlerdir. Bu süreçler, enerjiyi kas aktivitesi için uygun form olan adenozin trifosfata (ATP) dönüştürür . ATP'nin iki ana sentez şekli vardır: kan dolaşımındaki oksijeni kullanan aerobik ve kullanmayan anaerobik . Biyoenerjetik , biyoenerjetik sistemleri inceleyen biyoloji alanıdır.

genel bakış

Hücresel solunum ATP içine oksijen ve gıda enerji (enerji salabilir ki) dönüştüren işlemi oksijen mevcudiyeti büyük ölçüde bağlıdır. Egzersiz sırasında kas hücreleri için mevcut olan oksijen arzı ve talebi süre ve yoğunluktan ve bireyin kardiyorespiratuar fitness seviyesinden etkilenir. Kaslar için ATP üretmek için hücresel solunum sürecinin bir parçası olarak mevcut oksijen miktarına bağlı olarak üç sistem seçici olarak kullanılabilir. Bunlar ATP, anaerobik sistem ve aerobik sistemdir.

Adenozin trifosfat

ATP, kas aktivitesi için kullanılabilir kimyasal enerji şeklidir . Çoğu hücrede, özellikle kas hücrelerinde depolanır. Oksijen ve gıda gibi diğer kimyasal enerji biçimleri, kas hücreleri tarafından kullanılmadan önce ATP'ye dönüştürülmelidir.

birleştirilmiş reaksiyonlar

ATP bozulduğunda enerji açığa çıktığı için, onu yeniden oluşturmak veya yeniden sentezlemek için enerji gerekir. ATP sentezinin yapı taşları, yıkımının yan ürünleridir; adenosin difosfat (ADP) ve inorganik fosfat (P _ı ). ATP yeniden sentezi için gereken enerji, vücutta gerçekleşen üç farklı kimyasal reaksiyon serisinden gelir. Üçünden ikisi yenen yiyeceğe, diğeri ise fosfokreatin adı verilen kimyasal bir bileşiğe bağlıdır . Bu üç reaksiyon serisinden herhangi birinden salınan enerji, ATP'yi yeniden sentezleyen reaksiyonlarda kullanılır. Ayrı reaksiyonlar, biri tarafından salınan enerjinin diğeri tarafından kullanılacağı şekilde işlevsel olarak bağlantılıdır.

ATP'yi üç süreç sentezleyebilir:

• ATP–CP sistemi (fosfojen sistemi) – Bu sistem 10 saniyeye kadar kullanılır. ATP-CP sistemi, oksijen yoksa ne oksijen kullanır ne de laktik asit üretir ve bu nedenle alaktik anaerobik olarak adlandırılır. Bu, golf salıncak, 100 m sprint veya powerlifting gibi çok kısa, güçlü hareketlerin arkasındaki ana sistemdir.
• Anaerobik sistem – Bu sistem, iki dakikadan az süren egzersiz için enerji sağlamada baskındır. Glikolitik sistem olarak da bilinir . Bu sistemin altında çalıştığı yoğunluk ve süreye ilişkin bir aktivite örneği, 400 m'lik bir sürat koşusu olacaktır.
• Aerobik sistem – Bu, uzun süreli enerji sistemidir. Beş dakikalık egzersizden sonra O ₂ sistemi baskındır. 1 km'lik bir koşuda, bu sistem zaten enerjinin yaklaşık yarısını sağlıyor; bir maraton koşusunda %98 veya daha fazlasını sağlar.

Aerobik ve anaerobik sistemler genellikle aynı anda çalışır. Aktiviteyi tanımlarken, hangi enerji sisteminin çalıştığı değil, hangisinin baskın olduğu sorusudur.

Aerobik ve anaerobik metabolizma

Metabolizma terimi, vücutta meydana gelen çeşitli kimyasal reaksiyon serilerini ifade eder. Aerobik, oksijenin varlığını ifade ederken, anaerobik, oksijen varlığını gerektirmeyen bir dizi kimyasal reaksiyon anlamına gelir. ATP-CP serisi ve laktik asit serisi anaerobiktir, oksijen serisi ise aerobiktir.

ATP-CP: fosfojen sistemi

(A) Kas hücrelerinde depolanan fosfokreatin, yüksek enerji bağı içerir. (B) Kreatin fosfat, kas kasılması sırasında parçalandığında, enerji açığa çıkar ve ATP'yi yeniden sentezlemek için kullanılır.

ATP gibi kreatin fosfat (CP) kas hücrelerinde depolanır. Parçalandığında, önemli miktarda enerji açığa çıkar. Serbest bırakılan enerji, ATP'nin yeniden sentezi için gerekli olan enerji gereksinimine bağlanır.

Hem ATP hem de CP'nin toplam kas depoları küçüktür. Bu nedenle, bu sistem aracılığıyla elde edilebilecek enerji miktarı sınırlıdır. Çalışan kaslarda depolanan fosfajen tipik olarak şiddetli aktivitenin saniyeler içinde tükenir. Bununla birlikte, ATP-CP sisteminin kullanışlılığı, miktardan ziyade enerjinin hızlı kullanılabilirliğinde yatmaktadır . Bu, insanların gerçekleştirebilecekleri fiziksel aktivite türleri açısından önemlidir.

anaerobik sistem

Bu sistem anaerobik glikoliz olarak bilinir . "Glikoliz", şekerin parçalanması anlamına gelir. Bu sistemde şekerin parçalanması, ATP'nin üretildiği gerekli enerjiyi sağlar. Şeker anaerobik olarak metabolize edildiğinde, sadece kısmen parçalanır ve yan ürünlerinden biri laktik asittir . Bu süreç, ATP'yi yeniden sentezlemek için enerji gereksinimleriyle birleşecek kadar enerji yaratır.

H ⁺ iyonları kaslarda birikerek kan pH seviyesinin düşük seviyelere ulaşmasına neden olduğunda geçici kas yorgunluğu oluşur. Laktik asit sisteminin anaerobik kalitesiyle ilgili bir başka sınırlaması, yüksek enerjili oksijen tüketildiğinde mümkün olan verimle karşılaştırıldığında, şekerin parçalanmasından sadece birkaç mol ATP'nin yeniden sentezlenebilmesidir. Bu sisteme uzun süre güvenilemez.

ATP-CP sistemi gibi laktik asit sistemi, öncelikle hızlı bir ATP enerjisi kaynağı sağladığı için önemlidir. Örneğin, 1 ila 3 dakika arasında maksimum hızda yapılan egzersizler, büyük ölçüde laktik asit sistemine bağlıdır. 1500 metre veya bir mil koşma gibi aktivitelerde, laktik asit sistemi ağırlıklı olarak yarışın sonundaki "tekme" için kullanılır.

Aerobik sistem

• Glikoliz – İlk aşama, 2 ATP molekülü, 2 indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotid ( NADH ) molekülü ve bir sonraki aşamaya - Krebs döngüsüne geçen 2 piruvat molekülü üreten glikoliz olarak bilinir . Glikoliz , normal vücut hücrelerinin sitoplazmasında veya kas hücrelerinin sarkoplazmasında gerçekleşir.
• Krebs döngüsü – Bu ikinci aşamadır ve aerobik sistemin bu aşamasının ürünleri bir ATP, bir karbon dioksit molekülü, üç indirgenmiş NAD ⁺ molekülü ve bir indirgenmiş flavin adenin dinükleotit (FAD) molekülünün net üretimidir . ( Burada bahsedilen NAD ⁺ ve FAD molekülleri elektron taşıyıcılardır ve eğer indirgenirlerse bir veya iki H ⁺ iyonu ve bunlara iki elektron eklenmişlerdir.) Metabolitler Krebs döngüsünün her dönüşü içindir. Krebs döngüsü, aerobik sistemden geçen her altı karbonlu glikoz molekülü için iki kez döner - iki üç karbonlu piruvat molekülü Krebs döngüsüne girerken. Piruvat Krebs döngüsüne girmeden önce asetil koenzim A'ya dönüştürülmelidir . Bu bağlantı reaksiyonu sırasında, asetil koenzim A'ya dönüştürülen her bir piruvat molekülü için bir NAD ⁺ da indirgenir. Aerobik sistemin bu aşaması, hücrelerin mitokondri matrisinde gerçekleşir .
• Oksidatif fosforilasyon - Aerobik sistemin son aşaması, en büyük ATP verimini üretir - toplam 34 ATP molekülü. Oksijenin enerji kaynağı ve elektronların ve hidrojen iyonlarının (dolayısıyla oksidatif) nihai alıcısı olması nedeniyle buna oksidatif fosforilasyon denir ve ATP'yi oluşturmak için ADP'ye fazladan bir fosfat eklenir (dolayısıyla fosforilasyon).

Aerobik sisteminin bu aşamada meydana gelir krista (mitokondri membran infoldings). Bu elektron taşıma zincirindeki her NADH'nin reaksiyonu, 3 ATP molekülü için yeterli enerji sağlarken, FADH _2'nin reaksiyonu 2 molekül ATP verir. Bu, toplam 10 NADH molekülünün 30 ATP'nin yenilenmesine izin verdiği ve 2 FADH ₂ molekülünün 4 ATP molekülünün yeniden üretilmesine izin verdiği anlamına gelir (oksidatif fosforilasyondan toplam 34 ATP ve önceki iki aşamadan 4 ATP, toplam 38 ATP üretir). aerobik sistemde). NADH ve FADH ₂ , NAD ⁺ ve FAD'ın aerobik sistemde yeniden kullanılmasına izin vermek için oksitlenirken , elektronlar ve hidrojen iyonları, işlemdeki ana enerji kaynağı olan oksijen tarafından zararsız bir yan ürün olan su üretmek için kabul edilir.

Referanslar

daha fazla okuma

• Sağlık, Zindelik ve Performans için Egzersiz Fizyolojisi . Sharon Plowman ve Denise Smith. Lippincott Williams & Wilkins; Üçüncü baskı (2010). ISBN  978-0-7817-7976-0 .