Максимальную мощность и эффективность образования АТФ имеет креатинфосфокиназный механизм, который является алактатным анаэробным механизмом ресинтеза АТФ и 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.
Креатинфосфат локализован непосредственно на сократительных нитях миофибрилл и способен быстро вступать в реакцию перефосфорилирования с участием фермента креатинфосфокиназы (КФК) согласно уравнению
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. 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-11 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. 1). 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. После этого скорость креатинфосфокиназной реакции уменьшается, а в ресинтез АТФ вовлекается гликолитический и окислительный механизмы.
Таблица 1 Запасы АТФ и КрФ в скелетных мышцах человека (в расчете на среднюю массу тела 70 кг)
|
Метаболиты |
Концентрация в мышцах, ммоль∙кг-1 мышц |
Общее содержание в организме, ммоль |
Количество выделенной энергии, кДж∙кг-1 |
|
АТФ |
4-6 |
120-180 |
0,17-0,25 |
|
КрФ |
15-16 |
450-510 |
0,63-0,71 |
|
Общие запасы фосфогенов (АТФ + КрФ) |
19-23 |
570-690 |
0,80-0,96 |
TimeBiology