Анаэробные организмы

Заключительный этап биосинтеза

Оказавшись в цитоплазме метаболит готов к производству прекурсора ЖК – малонил-КоА. Для этого ацетил-КоА и требуется двуокись углерода. Катализатором процесс выступает фермент ацетил-КоА-карбоксилазы. Биосинтез распределяется на два периода:

  1. Карбоксилирование биотин-энзима. Протекает в присутствии CO2 и АТФ.
  2. Перенос карбоксильной группы на метаболит.

Результирующий малонил-КоА в дальнейшем быстро трансформируется в ЖК. Процесс происходит с участием определенной ферментной системы. Фактически, это комплекс взаимосвязанных ферментов. Он именуется синтетаза жирных кислот, имеет 6 различных ферментов и связующий элемент – ацилпереносящий белок (осуществляют роль, аналогичную КоА).

Анаэробные нагрузки — что это и в чем их разница с аэробными нагрузками

Аэробные упражнения отличаются от анаэробных, энергией, что использует организм. Для выполнения аэробного упражнения человек использует кислород – это единственный источник энергии.

При выполнении анаэробных (силовых) упражнений — кислород не принимает участия в выработке энергии. Она появляется с запасов «готового топлива», что непосредственно содержится в мышцах.

аэробная нагрузка

Такого запаса хватит на 12 секунд, а затем организм начинает использовать кислород… и упражнение становится аэробным.

Таким образом, никакие упражнения, что длятся дольше 12 секунд, не могут называться сугубо силовым. Но и сугубо АЭУ не существует — в начале любого упражнения энергия вырабатывается анаэробным путем. Надеюсь, я вас не сильно запутал? Если да, то посмотрите соответствующие видео на Ютуб, их там много.

Поэтому, если мы говорим об анаэробной или аэробной тренировке, как правило, подразумеваем то, каким способом вырабатывается энергии, и какой способ ее расхода является преобладающим.

А в основе этого понятия интенсивность и продолжительность нагрузки. Другими словами, 20-минутная пробежка в среднем темпе – «куда более аэробное» упражнение, чем несколько десятиминутных пробежек с перерывами. Еще один пример: под аэробной нагрузкой понимается бег на длинную дистанцию в среднем темпе, это, несмотря на то, что спринтерский бег считают уже силовой тренировкой.

Аэробная тренировка — программа:

  • Бег на длинную дистанцию.
  • Спринтерская ходьба.
  • Плавание.
  • Езда на велосипедном тренажере или занятия на велосипеде.
  • Ритмическая гимнастика.

Для сравнения обратите внимание на анаэробные упражнения:

  • Поднятие штанги (небольшие подходы по 10 повторений).
  • Спринтерский забег (максимум 30 секунд).

Существуют и комплексные упражнения (совмещающие два типа нагрузки):

  • Японский кикбоксинг.
  • Получасовая тренировка, в которой чередуется легкая пробежка и спринтерский забег.

Во время занятий на тренажере TRX или со свободными весами (гантелями, штангой) существует общее правило:

Аэробные упражнения – выполните максимальное количество повторов при этом уменьшайте вес и сокращайте паузу между подходами. Признаки, что укажут на аэробную нагрузку – ускоренный пульс и повышенное потоотделение. Оптимальная продолжительность аэробной тренировки составляет от 30 до 60 минут.

Как вычислить максимальный пульс для похудения?

Вычислить максимальный пульс можно, отняв цифру вашего возраста из 220. К примеру, если вам 20, то ваш максимальный пульс будет равен 200 (220-20). Соответственно пульс во время выполнения АЭУ не должен превышать отметку 170.

Помимо повышения пульсовой частоты, обратите внимание на ваше дыхание. Если оно не учащается, значит, ваша тренировка проходит недостаточно интенсивно

А если вы не можете сказать ни слова — необходимо уменьшить интенсивность тренировки.

Влияние аэробных нагрузок на организм

Аэробные нагрузки работают над сжиганием жира. Правда, он начинает сгорать не моментально, а только после истощения запасов гликогена. Первые 20 минут интенсивных тренировок жир практически не расходуется и только после 40 минут тренировки они становится основным энергетическим источником.

При выполнении аэробных тренировок расходуется множество калорий. В итоге, если вы соблюдаете диету, то без проблем сможете сбросить вес. В чем же подвох? Все вроде просто, бегайте минимум 40 минут в неделю и худейте. Но секрет в том, что наш организм моментально привыкает к аэробной нагрузке. Через несколько недель вы начнете тратить на сорока минутную пробежку значительно меньше калорий, чем с самого начала.

АТФ мышц

Что такое АТФ?

АТФ (аденозинтрифосфат, аденозинтрифосфорная кислота) – основное макроэргическое соединение организма. Состоит из аденина (азотистого основания), рибозы (углевод) и трех последовательно расположенных фосфатных остатков, причем второй и третий фосфатные остатки присоединяются макроэргической связью. Структура АТФ выглядит следующим образом (рис.1).

Рис. 1. Структура АТФ

История открытия АТФ

АТФ был открыт(а) в 1929 году немецким биохимиком Карлом Ломаном (Karl Lohmann) и, независимо  Сайрусом Фиске (Cyrus Fiske) и Йеллапрагада Субба Рао (Yellapragada Subba Rao) из Гарвардской медицинской школы. Однако структура АТФ была установлена только спустя несколько лет. Владимир Александрович Энгельгардт в 1935 году показал, что для сокращения мышц необходимо присутствие АТФ. В 1939 году В. А. Энгельгардт совместно со своей женой  М. Н. Любимовой предъявили доказательства, что  миозин проявляет  ферментную активность при этом расщепляется АТФ и высвобождается энергия. Фриц Альберт Липманн (Fritz Albert Lipmann) в 1941 году показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке. Ему принадлежит фраза «богатые энергией фосфатные связи». В 1948 году Александр Тодд (Alexander Todd) (Великобритания) синтезировал АТФ.  В 1997 году Пол Д. Бойер (Paul D. Boyer) и Джон Э. Уокер (John E. Walker) получили Нобелевскую премию по химии за разъяснение ферментативного механизма, лежащего в основе синтеза АТФ.

Содержание АТФ в мышечных волокнах

Количество АТФ в тканях организма человека относительно невелико, поскольку он (она) в тканях не запасается. В мышечных волокнах содержится  5 ммоль на кг сырой ткани или 25 ммоль на кг сухой мышечной ткани.

Реакция гидролиза

Непосредственным источником энергии при мышечной деятельности является АТФ, который (ая) находится в саркоплазме мышечных волокон. Освобождение энергии происходит в результате реакции гидролиза АТФ.

Гидролиз АТФ – реакция, протекающая в мышечных волокнах, при которой АТФ, взаимодействуя с водой распадается на АДФ и фосфорную кислоту. При этом выделяется энергия. Гидролиз АТФ ускоряется ферментом АТФ-азой. Этот фермент находится на каждой миозиновой головке толстого филамента.

Реакция гидролиза АТФ имеет следующий вид:

АТФ+Н2О→АДФ+Н3РО4 + энергия

В результате гидролиза 1 моль АТФ выделяется энергия, равная 42-50 кДж (10-12 ккал).  Скорость протекания реакции гидролиза повышают ионы кальция. Следует отметить, что АДФ (аденозиндифосфат) в мышечных волокнах выполняет роль универсального акцептора (приёмника) высокоэнергетического фосфата и используется для образования АТФ.

Фермент АТФ-аза

Фермент АТФ-аза расположен на миозиновых головках, что играет существенную роль в сокращении мышечных волокон. Активность фермента АТФ-азы лежит в основе классификации мышечных волокон на медленные (I тип), промежуточные (IIA тип) и быстрые (IIB тип).

Химическая энергия, выделяемая в результате гидролиза в мышечных волокнах, расходуется на: сокращение мышечных волокон (взаимодействие белков актина и миозина) и на их расслабление (работу кальциевого и натрий-калиевого насосов). При взаимодействии с актином одна молекула миозина за одну секунду гидролизует 10 молекул АТФ.

Запасы АТФ в мышечных волокнах невелики и могут обеспечить выполнение интенсивной работы в течение 1-2 с. Дальнейшая мышечная деятельность осуществляется благодаря быстрому восстановлению (ресинтезу) АТФ, поэтому при сокращении мышечных волокон в них одновременно протекают два процесса: гидролиз АТФ, дающий необходимую энергию и ресинтез АТФ, восполняющий запасы АТФ в мышечных волокнах.

Ресинтез АТФ

Ресинтез АТФ – синтез АТФ в мышечных волокнах из различных энергетических субстратов во время физической работы. Его формула выглядит следующим образом:

АДФ+фосфат+энергия → АТФ

Ресинтез АТФ может осуществляться двумя путями:

  • без участия кислорода (анаэробный путь);
  • с участием кислорода (аэробный путь).

Если в саркоплазме мышечных волокон недостаточно АТФ, то затрудняется процесс их расслабления. Возникают судороги.

Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах

«Гипертрофия скелетных мышц человека» и «Биомеханика мышц»

Литература

  1. Михайлов С.С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.
  2. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности.- Киев: Олимпийская литература, 2000.- 504 с.

Макроэргические соединения – химические соединения, содержащие связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии.

Общие методы культивирования для анаэробных организмов

GasPak — система химическим путём обеспечивает постоянство газовой смеси, приемлемой для роста большинства анаэробных микроорганизмов. В герметичном контейнере, в результате реакции воды с таблетками боргидрида натрия и бикарбоната натрия образуется водород и диоксид углерода. Водород затем реагирует с кислородом газовой смеси на палладиевом катализаторе с образованием воды, уже вторично вступающей в реакцию гидролиза боргидрида.

Данный метод был предложен Брюером и Олгаером в 1965 году. Разработчики представили одноразовый пакет, генерирующий водород, который был позднее усовершенствован ими до саше, генерирующих двуокись углерода и содержащих внутренний катализатор.

Метод Цейсслера применяется для выделения чистых культур спорообразующих анаэробов. Для этого производят посев на среду Китт-Тароцци, прогревают 20 мин при 80 °C (для уничтожения вегетативной формы), заливают среду вазелиновым маслом и инкубируют 24 ч в термостате. Затем производят посев на сахарно-кровяной агар для получения чистых культур. После 24-часового культивирования интересующие колонии изучаются — их пересеивают на среду Китт-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Фортнера

Метод Фортнера — посевы производят на чашку Петри с утолщённым слоем среды, разделённым пополам узкой канавкой, вырезанной в агаре. Одну половину засевают культуру аэробных бактерий, на другую — анаэробных. Края чашки заливают парафином и инкубируют в термостате. Первоначально наблюдают рост аэробной микрофлоры, а затем (после поглощения кислорода) — рост аэробной резко прекращается и начинается рост анаэробной.

Метод Вейнберга используется для получения чистых культур облигатных анаэробов. Культуры, выращенные на среде Китта-Тароцци, переносят в сахарный бульон. Затем одноразовой пастеровской пипеткой материал переносят в узкие пробирки (трубки Виньяля) с сахарным мясо-пептонным агаром, погружая пипетку до дна пробирки. Засеянные пробирки быстро охлаждают, что позволяет фиксировать бактериальный материал в толще затвердевшего агара. Пробирки инкубируют в термостате, а затем изучают выросшие колонии. При обнаружении интересующей колонии на её месте делают распил, материал быстро отбирают и засеивают на среду Китта-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Перетца

Метод Перетца — в расплавленный и охлаждённый сахарный агар-агар вносят культуру бактерий и заливают под стекло, помещённое на пробковых палочках(или фрагментах спичек) в чашку Петри. Метод наименее надежен из всех, но достаточно прост в применении.

Креатинфосфат + АДФ → креатин + АТФ.

Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой. Данный путь ресинтеза АТФ иногда называют креатикиназным. Креатинкиназная реакция обратима, но смещена в сторону образования АТФ. Поэтому она начинает осуществляться, как только в мышцах появляются первые молекулы АДФ.

Креатинфосфат – вещество непрочное. Образование из него креатина происходит без участия ферментов. Не используемый организмом креатин, выводится из организма с мочой. Синтез креатинфосфата происходит во время отдыха из избытка АТФ. При мышечной работе умеренной мощности запасы креатинфосфата могут частично восстанавливаться. Запасы АТФ и креатинфосфата в мышцах называют также фосфагены.

Максимальная мощность этого пути составляет 900 -1100 кал/ мин-кг, что в три раза выше соответствующего показателя аэробного пути.

Время развертывания всего 1 – 2 сек.

Время работы с максимальной скоростью всего лишь 8 – 10 сек.

Главным преимуществом креатинфосфатного пути образования АТФ являются

  • небольшое время развертывания,
  • высокая мощность.

Эта реакция является главным источником энергии для упражнений максимальной мощности: бег на короткие дистанции, прыжки метания, подъем штанги. Эта реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических упражнений, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы.

Биохимическая оценка состояния этого пути ресинтеза АТФ обычно проводится двумя показателями: креатиновому коэффициенту и алактатному долгу.

Креатиновый коэффициент – это выделение креатина в сутки. Этот показатель характеризует запасы креатинфосфата в организме.

Алактатный кислородный долг – это повышение потребления кислорода в ближайшие 4 – 5 мин, после выполнения кратковременного упражнения максимальной мощности. Этот избыток кислорода требуется для обеспечения высокой скорости тканевого дыхания сразу после окончания нагрузки для создания в мышечных клетках повышенной концентрации АТФ. У высококвалифицированных спортсменов значение алактатного долга после выполнения нагрузок максимальной мощности составляет 8 – 10 л.

Гликолитический путь ресинтеза АТФ, так же как креатинфосфатный является анаэробным путем. Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ в данном случае является мышечный гликоген. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под действием фермента фосфорилазы поочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1-фосфата. Далее молекулы глюезо-1-фосфата после ряда последовательных реакций превращаются в молочную кислоту.{banner_st-d-1}

Этот процесс называется гликолиз. В результате гликолиза образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатные группы, соединенные макроэргическими связями. Эта связь легко переносится на АДФ с образованием АТФ. В покое реакции гликолиза протекают медленно, но при мышечной работе его скорость может возрасти в 2000 раз, причем уже в предстартовом состоянии.

Максимальная мощность – 750 – 850 кал/мин-кг, что в два раза выше, чем при тканевом дыхании. Такая высокая мощность объясняется содержанием в клетках большого запаса гликогена и наличием механизма активизации ключевых ферментов.

Время развертывания 20-30 секунд.

Время работы с максимальной мощностью – 2 -3 минуты.

Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем:

  • он быстрее выходит на максимальную мощность,
  • имеет более высокую величину максимальной мощности,
  • не требует участия митохондрий и кислорода.

Однако у этого пути есть и свои недостатки:

  • процесс малоэкономичен,
  • накопление молочной кислоты в мышцах существенно нарушает их нормальное функционирование и способствует утомлению мышцы.

Для оценки гликолиза используют две биохимические методики – измерение концентрации лактата в крови, измерение водородного показателя крови и определение щелочного резерва крови. Определяют также и содержание лактата в моче. Это дает информацию о суммарном вкладе гликолиза в обеспечение энергией упражнений, выполненных за время тренировки.

Еще одним важным показателем является лактатный кислородный долг. Лактатный кислородный долг – это повышенное потребление кислорода в ближайшие 1 – 1,5 часа после окончания мышечной работы. Этот избыток кислорода необходим для устранения молочной кислоты, образовавшейся при выполнении мышечной работы. У хорошо тренированных спортсменов кислородный долг составляет 20 – 22 л. По величине лактаного долга судят о возможностях данного спортсмена при нагрузках субмаксимальной мощности.

Источники энергии при непродолжительной работе.

Откуда берется энергия для организма при непродолжительной работе? В этом случае источником является животный углевод, который содержится в мышцах и печени человека — гликоген. Процесс, при котором гликоген способствует ресинтезу АТФ и выделению энергии называется Анаэробным гликолизом (Гликолитическая система энергообеспечения).

Гликолиз – это процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (Пируват). Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями — аэробным и анаэробным.

При аэробной работе пировиноградная кислота (Пируват) участвует в обмене веществ и многих биохимических реакциях в организме. Она превращается в Ацетил-кофермент А, который участвует в Цикле Кребса  обеспечивая дыхание в клетке. У эукариот (клетки живых организмов, которые содержат ядро, то есть в клетках человека и животных) Цикл Кребса протекает внутри митохондрии (МХ, это энергетическая станция клетки).

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) – ключевой этап дыхания всех клеток использующих кислород, это центр пересечения многих метаболических путей в организме. Кроме энергетической роли, Циклу Кребса отводится существенная пластическая функция. Участвуя в биохимических процессах он помогает синтезировать такие важные клетки-соединения, как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Если кислорода недостаточно, то есть работа проводится в анаэробном режиме, тогда пировиноградная кислота в организме подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты (лактата)

Гликолитическая анаэробная система характеризуется большой мощностью. Начинается этот процесс практически с самого начала работы и выходит на мощность  через 15-20 сек. работы предельной интенсивности, и эта мощность не может поддерживаться более 3 – 6 минут. У новичков, только начинающих заниматься спортом, мощности едва ли хватает на 1 минуту. 

Энергетическими субстратами для обеспечения мышц энергией служат углеводы – гликоген и глюкоза. Всего же запаса гликогена в организме человека на 1-1,5 часа работы.

Как было сказано выше, в результате большой мощности и продолжительности гликолитической анаэробной работы в мышцах образуется значительное количество лактата (молочной кислоты).

 Гликоген    ⇒     АТФ + Молочная кислота  

Лактат из мышц проникает в кровь и связывается с буферными системами крови для сохранения внутренней среды организма. Если уровень лактата в крови повышается, то буферные системы в какой-то момент могут не справиться, что вызовет сдвиг кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону.  При закислении кровь становится густой и клетки организма не могут получать необходимого кислорода и питания. В итоге, это вызывает угнетение ключевых ферментов анаэробного гликолиза, вплоть до полного торможения их активности. Снижается скорость самого гликолиза, алактатного анаэробного процесса, мощность работы.

Продолжительность работы в анаэробном режиме зависит от уровня концентрации лактата в крови и степенью устойчивости мышц и крови к кислотным сдвигам.

Буферная емкость крови – способность крови нейтрализовать лактат. Чем тренированнее человек, тем больше у него буферная емкость.

Сочетание аэробных и анаэробных нагрузок упражнений

Включение анаэробных упражнений в аэробную тренировку Включение аэробных упражнений в анаэробную тренировку
Повышение возможности коррекции фигуры, повышение силовой выносливости, усиление общеоздоровительного эффекта Дополнительное увеличение выносливости за счет аэробной составляющей, улучшение работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем, ускорение похудения за счет жиросжигания во время тренировки

Максимальный положительный эффект от сочетания аэробных и анаэробных нагрузок можно получить при грамотном составлении программы тренировок. Однако хотелось бы предостеречь читателя от распространенной практики, когда после 30-40 минут аэробной нагрузки в течение 15-20 минут выполняется комплекс силовых упражнений. При таком сочетании нагрузок упражнения выполняются на уставших мышцах, что не только неэффективно, но и приводит к перетренированности.

Проведение анаэробных и аэробных тренировок в разные дни – отличный способ достигнуть спортивных целей. Но необходимо также избегать перетренированности, то есть не нагружать силовыми упражнениями мышцы, задействованные в аэробной тренировке в течение 24 часов до и после нее.

Для максимально эффективного похудения лучше всего сочетать аэробные и анаэробные нагрузки следующим образом:

  • Интервальные тренировкиИнтервальная тренировка — это чередование периодов высокоинтенсивной физической работы с короткими периодами лёгкой (восстановительной) нагрузки. То есть, анаэробные и аэробные упражнения чередуются между собой (например, вы бежите 20 секунд изо всех сил при пульсе 75–85% от максимального значения, а потом 60–80 секунд в расслабленном темпе). В течение одной тренировки необходимо пройти 5-12 таких циклов чередующейся интенсивной работы и восстановления. Продолжительность каждого цикла зависит от интенсивности нагрузки и физичкой подготовки занимающегося.
    Сжигание калорий происходит как во время интервального занятия, так и после него за счет включения анаэробной составляющей (правда не столь сильно и менее длительно, чем после стандартной анаэробной тренировки).
    Дополнительный плюс интервальных тренировок – существенная экономия времени.
    Интервальные тренировки должны проводиться не более двух-трех раз в неделю, отдых между интервальными тренировками должен составлять не менее двух дней. Количество других тренировок необходимо при этом снизить или исключить вообще. После нескольких недель интенсивных интервальных тренировок нужно переключиться на обычные тренировки.
    Интервальная тренировка подразумевает очень интенсивные физические нагрузки и не подходит начинающим (желателен опыт спортивных занятий не менее года). Рекомендуется проконсультироваться с врачом перед началом интервальных тренировок.
  • Разделение занятия на две части: в первой части делаются анаэробные упражнения, во второй — аэробныеАнаэробные силовые упражнения первой части направлены на увеличение мышечной массы и максимальный расход запасенного гликогена. Аэробные упражнения второй части направлены на сжигание жира. Плюс метода в том, что во время анаэробной нагрузки были израсходованы запасы гликогена, поэтому работа в аэробном режиме практически сразу же может начаться со сжигания жировых запасов.
    Продолжительность аэробных упражнений зависит от продолжительности анаэробной тренировки. В некоторых случаях будет достаточно 5-10 минут.
    Небольшой минус такого способа — некоторое снижение эффективности силовой тренировки для роста мышечной массы и силы.

не стоит задача снижения весамышц

Анаэробная тренировка, в конце которой в течение 10 минут делаются аэробные упражнения – прекрасный способ увеличить мышечную массу параллельно с аэробной выносливостью. Такие тренировки всесторонне укрепляют физическое и психическое здоровье, а особенно сердечно-сосудистую систему.

Какой бы из перечисленных способов вы не выбрали, не забывайте размяться перед тренировкой — это поможет подготовить организм к нагрузке и избежать травм. Упражнения на гибкость в конце занятия помогут скорее утилизировать молочную кислоту и не допустить снижения эластичности мышц.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий