Креатинфосфокиназная реакция
Кроме компонентов адениловой системы (АТФ, АДФ) мышца содержит еще одно фосфоросодержащее соединение с макроэргической химической связью – креатинфосфат (КрФ). Аккумулированная в макроэргических фосфатных связях креатинфосфата энергия может расходоваться в энергопотребляющих процессах только после преобразования в энергию связей АТФ. Ресинтез АТФ происходит в реакции перефосфорилирования креатинфосфата с АДФ по схеме:
КрФ + АДФ → Кр + АТФ
Реакция катализируется ферментом креатинфосфокиназой (КФК). Креатинфосфокиназную реакцию называют также креатинфосфатной или алактатным анаэробным процессом. Это наиболее быстро развертывающийся и обладающий наибольшей мощностью процесс ресинтеза АТФ. Своей максимальной мощности ресинтез АТФ достигает уже через 1-3 сек после начала интенсивной мышечной работы. У квалифицированных спортсменов максимальная мощность креатинфосфатной реакции составляет около 900 кал/(кг·мин), что в 3-4 раза превышает максимальную мощность аэробных превращений и в 1,5-2.0 раза мощность гликолиза.
Высокие значения мощности и скорости развертывания креатинфосфокиназной реакции объясняются особенностями локализации креатинфосфата в мышечном волокне. Он находится либо в пузырьках саркоплазматического ретикулума, либо адсорбирован на актиновых нитях в непосредственной близости от мест образования АДФ при работе. Здесь же локализован и фермент, катализирующий эту реакцию – креатинфосфокиназа.
Фермент креатинфосфокиназа обладает достаточно высокой активностью. Подкисление цитоплазмы фосфорной кислотой, образующейся при расщеплении АТФ, и освобождение при мышечном сокращении ионов Са2+ приводит к еще большей активации креатинфосфокиназы.
Благодаря этим особенностям креатинфосфокиназная реакция быстро включается в процесс ресинтеза АТФ и служит своеобразным буфером, предотвращающим резкое снижение концентрации АТФ при выполнении интенсивной мышечной работы.
Метаболическая емкость этой реакции, зависящая от запасов креатинфосфата в мышечной ткани (15-16 ммоля на кг мышечной ткани, или 0,5-1,5% от массы мышцы), невелика. Через 6-10 сек после начала работы с интенсивностью, близкой к максимальной, запасы креатинфосфата уменьшаются настолько, что скорость реакции начинает быстро снижаться и креатинфосфатная реакция перестает быть главным механизмом ресинтеза АТФ. А через 30 сек после начала работы скорость этой реакции не превышает 50% от максимальной.
Креатинфосфатная реакция играет важную роль в энергетическом обеспечении начальных этапов интенсивной мышечной работы, при резких изменениях мощности по ходу выполнения упражнения. Она является основным механизмом энергетического обеспечения кратковременных упражнений максимальной мощности (спринтерский бег, упражнения с тяжестями, различные прыжки и т. п.).
Восстановление запасов креатинфосфата происходит после окончания работы, или при заметном снижении ее интенсивности, путем взаимодействия креатинфосфата с АТФ по уравнению:
Кр + АТФ → КрФ + АДФ
В этот период расход АТФ на обеспечение мышечной работы сокращается, а процессы ее ресинтеза, в первую очередь за счет аэробного окисления, идут с высокой скоростью, в результате чего и появляется возможность использовать АТФ для ресинтеза креатинфосфата. Главным поставщиком АТФ, используемой для ресинтеза креатинфосфата, являются процессы аэробного окисления.
Основное количество креатинфосфата (даже при значительном снижении его концентрации) восстанавливается за 3-8мин. В случае исчерпания запасов креатинфосфат восстанавливается полностью через 20-40 мин после окончания работы. При выполнении работы переменной мощности, когда кратковременные периоды интенсивной деятельности чередуются с работой невысокой мощности (в спортивных играх, боксе и т.п.), запасы креатинфосфата частично восстанавливаются по ходу работы.