Nang luong sinh hoc 2012 p9

KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN!
SỬ DỤNG ATP TRONG HOẠT ĐỘNG CƠ
Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Văn Toàn
Người thực hiện: Lê Huỳnh Quang Khanh
(Nhóm 3)
Trong trạng thái yên tĩnh mức độ chuyển hóa của cơ không cao, trong các hoạt động cơ tối đa mức độ chuyển hóa của chúng có thể tăng trên 50 lần.
Nguồn năng lượng trực tiếp duy nhất để co cơ là ATP (adenozin-triphotphat). ATP là hợp chất giàu năng lượng. Khi phân hủy (thủy phân) 1 phân tử ATP tạo ra ADP (adenozin-diphotphat), gốc photphat (Pi) và giải phóng ra 8 Kcal năng lượng tự do, cung cấp cho các cầu nối ngang để kéo sợi actin trượt dọc theo sợi miozin.
ATP  ADP + H3PO4 + 8 Kcal
Dự trữ ATP trong một bó cơ không nhiều, để có thể co cơ lâu dài, ATP phải luôn được hồi phục đầy đủ. Năng lượng dùng để hồi phục ATP được tạo ra bằng cách phân giải các chất dinh dưỡng khác nhau như đường, mỡ và đạm. Năng lượng này sẽ kết hợp với một nhóm photphat (Pi) vào ADP để tạo ra ATP.
Tái tổng hợp ATP có thể thực hiện bằng hai con đường chính là: yếm khí (anaerobia - không có oxy) và hiếu khí (aerobia - có oxy).
Để tái tạo ATP, trong cơ thể có ba hệ thống năng lượng, bao gồm:
Hệ photphagen hay hệ ATP – CP (hệ phi lactat);
Hệ lactic hay hệ gluco – phân giải yếm khí;
Hệ oxy hay hệ oxy hóa.
Các hệ này khác nhau về dung lượng năng lượng tức là số năng lượng tối đa ATP có thể được tái tổng hợp nhờ năng lượng của các hệ đó. Các hệ này khác nhau về công suất, tức lượng năng lượng tối đa được sinh ra trong một khoảng thời gian nhất định.
I. HỆ NĂNG LƯỢNG PHOTPHAGEN
Hệ năng lượng photphagen gồm lượng ATP và Creatinphotphat có sẵn trong cơ. Tuy nhiên lượng ATP có sẵn trong cơ không nhiều, chỉ đảm bảo năng lượng cho hoạt động cơ không quá 2 – 3 giây. Để duy trì hoạt động của cơ ở mức độ nhất định cần thiết phải tái tổng hợp nhanh và liên tục ATP.
Phản ứng này diễn ra ngay sau khi bắt đầu vận động và đạt tốc độ lớn nhất ở giây thứ 2 sau khi bắt đầu vận động . Công suất tối đa của phản ứng đạt 3,8 KJ/kg trọng lượng cơ thể/1 phút
Phản ứng này tham gia trước tiên vào quá trình tái tổng hợp ATP khi bắt đầu hoạt động . Phản ứng thực hiện vai trò như là chất “đệm năng lượng” đảm bảo ổn định lượng ATP trong cơ khi cơ hoạt động với cường độ tối đa, có sự thay đổi lớn về tốc độ sử dụng ATP.
Creatinphotphat (CP) là nguồn dự trữ năng lượng đầu tiên của cơ. Hàm lượng CP trong cơ bắp gấp 3 – 4 lần so với ATP. Khi phân giải, CP sẽ cung cấp một nhóm photphat và một khối lượng năng lượng lớn sử dụng trực tiếp để tái tạo ATP từ ADP.
Enzym CPK (Creatinphotphokinaza) xúc tác phản ứng photphoryl hoá giữa CP và ADP:
CP + ADP  Creatin + ATP
ADP
ATP
Creatinphotphat
Creatin
Creatinphotphokinaza
Quá trình phân giải CP để cung cấp năng lượng xảy ra nhanh, không qua nhiều phản ứng hóa học và không cần oxy. Vì vậy, hệ photphagen là nguồn cung cấp năng lượng nhanh nhất cho cơ.
Nó được sử dụng trong giai đoạn đầu của tất cả các hoạt động cơ bắp. Sự cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng hệ photphagen chỉ có thể duy trì trong thời gian rất ngắn (Ví dụ: Trong chạy 100 m không quá 5 giây).
Phản ứng CPK- aza là phản ứng thuận nghịch. Khi thực hiện bài tập thì phản ứng thuận tạo thành ATP và creatin, khi vừa ngừng bài tập ở cơ xuất hiện ATP dư thừa thì phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại để tái tạo CP dự trữ đến chỉ số ban đầu. Đến khi dự trữ CP giảm khoảng 1/3 (thường ở giây thứ 5 - 6) thì tốc độ của phản ứng bắt đầu giảm và quá trình tái tổng hợp ATP nhường chỗ cho hệ gluco – phân giải yếm khí.
Hệ photphagen có công suất lớn (36 Kcal/phút) nhưng dung lượng nhỏ (5 Kcal).
Vì vậy, trong hoạt động cơ dài hơn thì việc cung cấp năng lượng không chỉ bằng dự trữ ATP và CP trong cơ thể mà còn sử dụng các hệ năng lượng khác.
Phản ứng CPK - aza là cơ chế đảm bảo năng lượng cho những hoạt động có cường độ cực đại trong thời gian ngắn từ 10 -15 giây như chạy cự ly ngắn, nhảy, ném, bài tập tạ…. Đảm bảo cho cơ thể chuyển nhanh từ trạng thái tĩnh sang hoạt động khi thay đổi đột ngột động tác hoặc khi gắng sức tối đa.
Chạy 100m Nam
Chạy 100m Nữ
Các bài tập tạ
Nhảy cao
II. HỆ NĂNG LƯỢNG LACTIC
(HỆ GLUCO – PHÂN GIẢI YẾM KHÍ)
Trong các hoạt động cơ bắp tương đối dài, cơ thể có thể sử dụng năng lượng để tái tổng hợp ATP và CP bằng phân giải hóa học yếm khí glycogen và glucoza, tạo ra axit lactic. Tổ hợp các phản ứng này được gọi là gluco phân giải yếm khí, từ đó tạo thành chu trình Cori. Quá trình này xảy ra ở cơ tương, năng lượng được giải phóng dùng để tái tổng hợp ATP.
Cơ chất của hệ năng lượng này là glycogen dự trữ ở cơ, glucoza và enzym (photphorilaza và hecxokinaza). Khi hoạt động, glucoza được chuyển từ máu vào cơ và glucoza dự trữ ở gan sẽ được tống ra máu.
Hệ năng lượng lactic có công suất tương đối lớn (12 Kcal/ phút), dung lượng trung bình 12 Kcal.
Hàm lượng glycogen trong cơ trung bình vào khoảng 15g/kg. Trong hoạt động với mức tối đa, sự phân giải glycogen yếm khí cũng chỉ xảy ra với không quá 25% lượng glycogen dự trữ. 
Sự phân giải glycogen yếm khí trong thực tế xảy ra ngay khi bắt đầu hoạt động cơ được vài giây, nhưng quá trình phân hủy glycogen yếm khí đạt công suất lớn tối đa sau 1 – 2 phút.
Vì vậy, hệ năng lượng lactic có vai trò quyết định trong việc cung cấp năng lượng cho các hoạt động cơ kéo dài từ 20 giây đến vài phút, có sự co cơ mạnh và tốc độ cao (chạy 200m, 800m, bơi 50m đến 200m).
Chạy 800m Nam
Chạy 800m Nữ
Bơi 50m đến 200m
Trong hoạt động cơ bắp do hệ lactic đảm nhiệm việc cung cấp năng lượng, hàm lượng glycogen cơ và gan không bao giờ bị sử dụng cạn kiệt. Dung lượng của hệ này bị hạn chế do nồng độ axit lactic trong cơ tăng cao làm giảm pH trong tế bào gây ức chế các enzym phân giải glycogen.
Mỗi một đơn vị glucoza của một phân tử glycogen cơ trong quá trình phân hủy yếm khí sẽ cung cấp năng lượng để tổng hợp 3 phân tử ATP, còn một phân tử glucoza chỉ tổng hợp được 2 phân tử ATP.
Phương trình của phản ứng:
C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4  2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O
(glucoza) (axit lactic)

(C6H10O5)n + 3ADP + 3H3PO4  2C3H6O3 + (C6H10O5)n-1
(glycogen) + 3ATP + 2H2O
Chu trình Cori, được đặt theo tên của người khám phá ra nó là Carl Ferdinand Cori và Gerty Theresa Cori, là một chu trình chuyển hóa năng lượng diễn ra trong cơ thể sinh vật. Trong quá trình này axit lactic được sản sinh ra từ quá trình đường phân kỵ khí diễn ra tại cơ, số axit này sẽ được chuyên chở tới gan và lại được tái chuyển đổi thành glucoza, số glucoza này được chuyển trở lại về cơ và tiếp tục đường phân thành axit lactic.
CHU TRÌNH CORI
Nhìn chung, trong chu trình Cori, quá trình thủy phân của glucoza tạo ra 2 phân tử ATP tuy nhiên quá trình tái tạo glucoza từ axit lactic lấy mất 6 phân tử ATP, tổng cộng một chu trình Cori sẽ lấy 4 phân tử ATP. Vì vật chu trình Cori không thể được duy trì mãi mãi. Số lượng lớn ATP tiêu tốn cho thấy chu trình Cori chuyển gánh nặng về trao đổi chất từ cơ sang gan.
Tuy nhiên, nhờ có chu trình Cori, axit lactic - sản phẩm của quá trình đường phân kỵ khí ở cơ - đã được loại bỏ ra khỏi cơ và chuyển đến gan trước khi cơ chịu những tác hại của sự nhiễm axit lactic. Chu trình Cori cũng đóng vai trò quan trọng trong việc sản sinh năng lượng dưới dạng ATP dùng cho hoạt động của cơ. Nó hoạt động hiệu quả nhất khi các hoạt động của cơ đã tạm dừng lại, nhờ đó phần ôxi bị thiếu hụt có thể được bù trừ bởi chu trình Kreb và chuỗi chuyền điện tử có thể sản sinh năng lượng với hiệu suất cao nhất.
III. HỆ NĂNG LƯỢNG OXY (HỆ OXY HÓA)
Trong các hoạt động cơ bắp có công suất không lớn và kéo dài, khi cơ thể được cung cấp oxy tương đối đầy đủ, cơ thể sử dụng phản ứng oxy hóa các chất dinh dưỡng như gluxit, lipit và protit để cung cấp năng lượng cho hoạt động cơ. Hệ năng lượng oxy dùng hai nhóm chất chính để cung cấp năng lượng cho quá trình co cơ là gluxit và lipit. Tỷ lệ sử dụng chúng phụ thuộc vào tính chất của hoạt động cơ.
Sự oxy hóa gluxit xảy ra giống như trong quá trình gluco – phân giải yếm khí, nhưng vì có đủ oxy nên axit piruvic không được chuyển thành axit lactic mà bị oxy hóa đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O theo phương trình tổng quát sau:
Glycogen và axit béo tự do + Pi + ADP + O2  CO2 + H2O + ATP
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38Pi  6CO2 + 6H2O + 38ATP
Như vậy, oxy hóa hoàn toàn 1 phân tử glucoza sẽ tái tạo ra một lượng ATP gấp 19 lần so với phân giải đường yếm khí. Do trong khi oxy hóa đường cần phải hấp thụ một lượng oxy nhất định và cũng đòi hỏi một khoảng thời gian nhất định nên công suất của hệ oxy vào khoảng 8 Kcal/ phút, thấp hơn so với hệ lactic.
Glycogen cơ là nhiên liệu tốt hơn để oxy hóa trong thời gian hoạt động cơ căng thẳng. Khi công suất hoạt động cơ lên đến 70% VO2 max thì năng lượng chủ yếu do phân hủy hiếu khí glycogen cung cấp. Khi tăng công suất của hoạt động cơ hơn 70% VO2 max, tốc độ gluco - phân giải yếm khí tăng lên rõ rệt và tốc độ tiêu hao glycogen của cơ rất nhanh.
Dung lượng của hệ oxy hóa đường phụ thuộc vào dự trữ glycogen của cơ, gan và khả năng tạo glucoza từ các chất khác (axit lactic, axit amin, axit piruvic,…) của gan. Nồng độ trung bình của glycogen trong cơ là 15g/ kg, hàm lượng glycogen cơ trong cơ thể có thể giảm tối đa tới 80%: Đàn ông cân nặng 70kg, dự trữ glycogen cơ khoảng 70 – 80g, trong thời gian hoạt động cơ bị tiêu hao không quá 60g. Dung lượng của hệ oxy hóa đường khoảng 800 Kcal, nếu chỉ bằng cách oxy hóa dự trữ đường thì một người không rèn luyện có thể chạy được khoảng 15km.
Một cơ chất quan trọng nữa của hệ oxy hóa là mỡ. Năng lượng được tạo ra khi oxy hóa các phân tử axit triglyxerit – là thành phần cấu tạo chủ yếu của mỡ (phân tử triglyxerit cấu tạo từ một phân tử glyxeron và ba phân tử axit béo). Quá trình này diển ra ở ty thể (β- oxy hóa).
Sự phân giải axit béo tạo ra nhiều năng lượng hơn phân giải hiếu khí glucoza vài lần. Mỡ có dung lượng lớn nhất trong số các nguồn năng lượng của cơ.
SƠ ĐỒ CỦA SỰ β-OXI HÓA AXIT BÉO
Trong cơ thể, mỡ chiếm trung bình 10 – 30% trọng lượng cơ thể. Toàn bộ dự trữ năng lượng từ mỡ khoảng vài chục nghìn Kcal (60000 Kcal), đủ để cung cấp năng lượng cho việc đi bộ liên tục 7 – 10 ngày. Khi cần thiết mỡ sẽ đi vào máu và sau đó đến cơ. Khi hoạt động công suất thấp dưới 50 – 60% VO2 max, năng lượng hoạt động cơ do oxy hóa mỡ chiếm 60 – 80% ở những đối tượng rèn luyện tốt.
Điều này cho thấy dung lượng của hệ oxy rất lớn, nếu nó sử dụng mỡ làm nhiên liệu oxy hóa. Hệ năng lượng oxy có thể đảm bảo năng lượng cho cơ thể hoạt động với thời gian dài, từ nhiều giờ đến nhiều ngày.
Tỷ lệ giữa lượng đường và mỡ bị oxy hóa phụ thuộc vào công suất của hoạt động hiếu khí.
Công suất càng lớn thì tỷ lệ oxy hóa đường đóng góp vào việc cung cấp năng lượng càng lớn và tương ứng với nó phần đóng góp của mỡ càng nhỏ. Trong các hoạt động với công suất thấp, thời gian kéo dài phần lớn năng lượng được cung cấp bằng oxy hóa mỡ (hình thức hoạt động này phù hợp với những người muốn giảm béo tập các môn xe đạp đường dài, chạy maratông, đi bộ đường dài...)
Chạy maratông
Xe đạp đường dài
Ngoài ra ATP còn được tái tổng hợp từ ADP gọi là phản ứng myokinaza yếm khí. Phản ứng xảy ra trong cơ khi có sự tăng đáng kể nồng độ ADP ở cơ tương, dưới tác dụng của enzym ađenilatkinaza:
ADP + ADP ATP + AMP
Phản ứng xảy ra khi cơ quá mệt mỏi, tốc độ tái tổng hợp ATP không cân bằng với tốc độ phân giải ATP.
* Tái tổng hợp ATP từ ADP
( Phản ứng myokinaza yếm khí)
Vì vậy phản ứng myokinaza (hay Ađenilatkinaza) có thể xem như một cơ chế cấp cứu nhằm đảm bảo tái tổng hợp ATP trong điều kiện khi ATP không thể tổng hợp bằng con đường nào khác.
Khi phản ứng myokinaza đẩy mạnh (tăng nhiều) sẽ tạo ra nhiều AMP – điều này không có lợi vì làm giảm tổng dự trữ ATP ở cơ. Khi nồng độ AMP ở cơ tương tăng ít, lại ảnh hưởng tích cực đến enzym gluco – phân giải yếm khí, làm tăng tốc độ tái tổng hợp ATP yếm khí.
Trong trường hợp này phản ứng myokinaza có vai trò là thúc đẩy quá trình trao đổi chất , kích thích sự truyền tín hiệu từ ATP – aza ở sợi cơ sang hệ tổng hợp ATP của tế bào.
Phản ứng myokinaza cũng như phản ứng CPK- aza là phản ứng dễ thuận nghịch và có thể dễ sử dụng để làm đệm khi có chênh lệch quá lớn giữa tốc độ tổng hợp và phân huỷ ATP. Trong trường hợp xuất hiện ATP thừa ở tế bào thì chúng được loại bỏ nhanh nhờ phản ứng myokinaza.
CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN!