Explicația căii grăsimilor din celulele adipoase până la conversia lor în energie

Din 03.11.2012, citiți în 18 minute.

  • I. Oxidarea, adică eliberarea de energie
  • II. Oxidarea omega
  • III. Oxidarea alfa
  • IV. Oxidarea beta
  • Mușchi, beta-oxidare și importanța navetei de carnitină
  • In concluzie

Corpul uman atrage energie din mai multe surse diferite, în timp ce doar una dintre ele furnizează de peste 20 de ori mai mult decât celelalte, și anume oxidarea acizilor grași. Pentru a învăța să utilizați acest proces eficient, este bine să-l priviți în detaliu - biochimic. Acest articol acoperă tot ce trebuie să știți despre biochimia oxidării grăsimilor și a altor monede energetice ale corpului. Înțelegerea acesteia necesită o bază bună în cunoașterea biologiei umane la nivelul clasei a X-a și cel puțin un an și jumătate de experiență de formare.

bb-team
Oxidarea acizilor grași este un proces în care o trigliceridă este descompusă în reziduuri de 16-24 piruvat, deoarece în etapa următoare fiecare moleculă de piruvat intră în ciclul Krebs, produsul final al ciclului complet sunt 14 molecule de ATP.

I. Oxidarea, adică eliberarea de energie

Condițiile în care organismul intră într-un mod de oxidare (în argou, „arsură”) a grăsimilor pentru a obține energia necesară, deja stocată sau tocmai obținută cu alimente sunt dictate de concentrația de zaharuri din sânge și de cantitatea de glicogen în celula musculară.

Există mai multe surse de energie cunoscute care pot încărca mușchii cu energie și o singură sursă pe care o folosesc mușchii noștri. Adevărata energie utilizată în contracțiile musculare provine din ruperea legăturilor macroergice din molecula de adenozin trifosfat (ATP), care este singura sursă de energie chimică pură utilizată de corpul uman.

ATP este așa-numitul acumulator de energie. Știm, de asemenea, că pentru sinteza ATP avem nevoie de energie, adică pentru a acumula energia care va fi folosită ulterior de corpul nostru, trebuie să o obținem de undeva. Astfel de surse primare sunt grăsimile, proteinele, carbohidrații, acizii nucleici.

Într-o stare normală (odihnă), celula musculară funcționează cu mai multe tipuri de combustibil pentru a-și satisface nevoile de energie. În primele 10 secunde de lucru, mușchiul folosește cantitatea de ATP stocată în celulă, în următoarele 25 de secunde funcționează cu fosfat de creatină, ceea ce dă o grupă fosfat pentru producerea de ATP din ADP + F.

Dacă încărcătura continuă și combustibilul se epuizează, vine următorul - al treilea combustibil este glicogenul, re-stocat în celulă pentru a furniza energie. A patra sursă este grăsimea, a cincea și a șasea sunt aminoacizii și acizii nucleici.

Odată cu activitatea musculară activă și după epuizarea depozitelor de carbohidrați, mușchii încep să trimită semnale către SNC (sistemul nervos central) și de acolo către ficat, care începe să-și metabolizeze propriul glicogen pentru a menține nivelul glicemiei.

Glucoza mișcă în cele din urmă mușchii scheletici. Când un anumit procent de zahăr din sânge este epuizat, mecanismele catabolismului grăsimilor sunt detașate și activate, care furnizează de 4 ori mai multă energie în timpul descompunerii lor decât zaharurile și chiar de peste 4 ori comparativ cu AK (aminoacizi) și NK (nucleic acizi). Într-o stare de stres/foame sau frig, grăsimile sunt incluse chiar mai devreme și mai activ în metabolism.

Aceasta este esența metabolismului grăsimilor. Pentru a elibera energie, grăsimea trebuie transportată către o anumită parte a celulei. Există mai multe mecanisme în celulă pentru oxidarea acizilor grași - alfa, beta și omega, situate în mai multe părți ale acesteia. O barieră în calea eliberării de energie este depășirea membranelor centrului energetic celular (mitocondriile). Dacă vor intra direct sau vor fi procesate depinde de lungimea „cozilor” acizilor grași.

Tipuri de grăsimi și alegerea oxidării

În funcție de lungimea lanțului de carbon (coadă) și/sau de lipsa sau absența completă a carnitinei, acizii grași sunt împărțiți în mai multe tipuri:

  • Lanț scurt cu 4-10 atomi de carbon: traversează membrana mitocondrială fără probleme, cu unele excepții.
  • Lanț mediu cu 8-12/14 atomi de carbon: aici avem nevoie de ajutorul navetei de carnitină, al cărei principiu îl vom discuta mai jos.
  • Lanț lung - acizi grași cu un lanț de carbon de la 12/14 atomi de carbon la 26 (acid hexacosanoic). Acestea sunt supuse tratamentului anterior în peroxizomi sau reticul endoplasmatic neted (GER) - oxidarea alfa și/sau omega, reducându-le la MC cu lanț scurt sau mediu.

Alegerea oxidării depinde și de ce celulă intră acidul gras și care sunt condițiile actuale în care se află celula - stres, pregătire pentru divizare, mediu normal etc.

II. Oxidarea omega

Omega-oxidarea MK (acizi grași) este un proces catabolic în mai multe etape localizat în GER în celulele hepatice și renale. În acest proces este implicată o enzimă cu proprietatea unică de oxidare a atomului de carbon cel mai îndepărtat de carboxilul brut, și anume atomul omega.

Omega-oxidarea în sine este o cale alternativă de degradare atunci când beta-oxidarea este defectă din cauza mutației sau a deficitului de carnitină (l-carnitină), de exemplu. Pentru a obține oxidarea omega, corpul trebuie să treacă prin epuizarea unui număr de surse de energie enumerate mai jos. Acest lucru nu înseamnă epuizarea completă a acestora ca 100% din cantitatea totală, este suficient să epuizați cantitatea disponibilă pentru metabolism la un moment dat, adică. rata metabolică gratuită pentru a include grăsimea (serie extinsă, antrenament în serie până la eșec). După repaus și restaurarea combustibililor anteriori, omega-oxidarea se oprește.

Energia fulgerului (rezerva de fosfat)

Celula musculară umană conține o anumită cantitate de ATP, oferind energie pentru primele câteva secunde de exercițiu. De exemplu, în repaus pentru câteva secunde, mușchii noștri sunt încărcați cu aproximativ 10 milimoli de ATP, care este epuizat cu câteva mișcări, este suficient să te ridici de pe canapea și să faci 2-3 pași până la frigider pentru a epuiza disponibilitatea cantitatea de ATP la ADP.

Ruptura conexiunii macroergice duce la eliberarea unei cantități mari de energie, antrenând contracția musculară. Când ATP este epuizat, trecem la combustibil creatina fosfat, care eliberează o grupă fosfat cu ajutorul unei enzime speciale.

Acesta leagă grupul fosfat cu ADP de ATP și este transferat la fibrele musculare, unde va servi din nou ca energie mai târziu. Creatina fosfat la o persoană medie care nu este antrenată este de aproximativ 25 mm, ceea ce este suficient pentru aproximativ 15 secunde de mers normal sau 10 flotări.

A doua rezervă de energie - monomeri (zaharuri și acizi organici)

În timpul activității fizice grele sau intense, cum ar fi o serie tipică de antrenament (8-10 repetări cu o greutate egală cu 75% PM10), celula musculară schimbă mai multe surse de energie, și anume zaharuri, grăsimi, aminoacizi din proteine, acizi nucleici, ca oxidarea fiecărei molecule organice duce la formarea piruvatului și rotația acestuia în ciclul Krebs. Acest lucru are ca rezultat transferul protonilor de hidrogen către lanțul de transfer al electronilor, unde întâlnesc complexul ATP-sintetază care formează ATP, care este din nou transferat către enzime și fibre proteice care au nevoie de energie pentru a lucra.

Al treilea nivel de energie - glicogen

A treia sursă de energie pentru mușchi este glicogenul stocat în sarcomerele țesutului muscular - un polimer de glucoză cu greutate moleculară mare, defalcat de enzimele hidrolază în molecule de glucoză. Aceștia din urmă își dedică energia rotației lor în procesul de glicoliză, ducând la oxidarea a 1 moleculă de glucoză și la formarea a 2 molecule de piruvat, trimise la Krebs, iar rezultatul final este formarea din nou a ATP.

La nivel molecular al nutriției, singurul obiectiv final este producerea de ATP, astfel încât toți combustibilii celulari să se epuizeze, oferindu-și energia într-o astfel de formă. Oxidarea aminoacizilor și a acizilor nucleici este, de asemenea, redusă la transformarea lor în piruvat și, din nou, calea este aceeași: Krebs - lanț de transport al electronilor - complex ATP sintetază - ATP.

Dar ce se întâmplă atunci când glucoza este epuizată și glicogenul este epuizat? Rezultat tipic pentru antrenamente lungi cu un volum mare (greutatea totală ridicată, mulți kilometri alergați etc., în funcție de tipul de antrenament)

Începutul oxidării omega

După epuizarea glicogenului, începe oxidarea parțială a grăsimilor, în combinație cu tragerea unei părți a zahărului din sânge în direcția mușchilor scheletici. La atingerea unei anumite concentrații scăzute (nivel) de zahăr din sânge, mușchii trec complet la beta-oxidare ca sursă de energie. Cu cât este mai puțin glicogen muscular, cu atât apare beta-oxidarea mai rapidă și cu atât mai mult este păstrat ca mecanism de conducere pentru eliberarea de energie.

Corpul nu își poate permite mușchilor să absoarbă tot zahărul din sânge disponibil, deoarece o mare parte din acesta este utilizat de neuroni ca singurul lor aliment.

Interesant este că, odată ce intră în celula musculară, o moleculă de glucoză nu va ieși niciodată din ea, ci este imediat descompusă. Aceasta înseamnă că, chiar dacă există o cantitate mare de energie în mușchii noștri la un moment dat, glucoza din sânge poate scădea sub minim și creierul se poate opri (convulsii hipoglicemice).

Astfel, seriile extinse grele în cadrul antrenamentului nutrițional cu volum ridicat și/sau cu conținut scăzut de carbohidrați tulpină nutriția musculară ca un concurent pentru nutriția creierului și a țesutului nervos. Asta e periculos!

Oboseala pe care o experimentăm în timpul antrenamentului, indiferent dacă este intensă (cardio) sau nu, se datorează acestei treceri de la un combustibil celular la altul. Rata cu care mușchii trec de la glicoliză la beta-oxidare etc. este determinată de antrenamentul fizic al persoanei.

În omega-oxidare, principalele enzime care efectuează procesul fac posibil ca acidul gras să se atașeze de coenzima A și apoi să intre în mitocondrii într-un mod normal, fără a fi nevoie de carnitină.

Prezența unei grupări metil în poziția beta în unii acizi grași duce la imposibilitatea efectuării beta-oxidării, prin urmare MC-urile în cauză trec prin așa-numitele. oxidarea alfa.

III. Oxidarea alfa

Alfa-oxidarea este îndepărtarea grupării metil - decarboxilare, după care acidul gras intră în beta-oxidare cu 1 atom de carbon din lanțul său mai puțin. Oxidarea alfa este localizată în peroxizomi. Acestea sunt organite celulare care sunt implicate în până la 50% din oxidarea grăsimilor, în special în condiții de înfometare, epuizare a carbohidraților (muncă grea/sport) sau cetoză.

Mai ales în stările de foame - atunci exact 99% din grăsime este trimisă la mitocondriile din fiecare celulă care le conține, chiar și 1 kcal de energie nu este irosit. Peroxisomii nu duc decât la menținerea căldurii corpului prin oxidare.

Iată o dovadă că ficatul este unul dintre principalele organe care mențin temperatura corpului. Dar în timpul foametei, creierul și țesuturile au nevoie de energie, astfel încât toată grăsimea merge de unde a venit semnalul. Chiar și unele dintre moleculele de ATP sintetizate de complexul ATPazei sunt transportate în direcția peroxizomilor pentru a furniza energie pentru activitatea enzimatică.

Foamea pe care o experimentăm este o stare a unei serii de semnale trimise de diferite organe către sistemul nervos central datorită unei modificări a compoziției chimice a sângelui și/sau a lipsei de substanțe nutritive în diferite țesuturi, precum și a semnalelor din sistemul digestiv sistem despre absența alimentelor.tract gastrointestinal.

IV. Oxidarea beta

Beta-oxidarea are loc în principal în mitocondriile celulelor musculare și în ficat. Este un proces în patru etape care duce la degradarea completă a acizilor grași. Ca produse din acesta, se eliberează dioxid de carbon și apă și cetoli. Celulele ketoteliale sunt de trei tipuri (dintre care una este acetonă) și sunt transportate către miocard și creier, dar gluconeogeneza continuă. Deci, inima și creierul sunt hrănite de descompunerea acestor corpuri cetoase, iar mușchii lucrează asupra grăsimilor. Eritrocitele și alte țesuturi funcționează cu cantități mici de glucoză rămase/nou sintetizate. Prin urmare, după antrenamente grele și prelungite sau tranziții lungi în respirație, simțim prezența acetonei volatile. Dacă simțiți asta, acordați-vă o odihnă serioasă (2-3 zile).

Beta-oxidarea există și în peroxizomii din ficat și rinichi, dar acolo energia din descompunerea acizilor grași nu este păstrată ca substanță chimică, ci este disipată iremediabil sub formă de căldură.

Mușchi, beta-oxidare și importanța navetei de carnitină

Cu toate acestea, beta-oxidarea mitocondrială este sursa generală de energie pentru mușchiul scheletic. Utilizarea grăsimilor ca combustibil celular este o alternativă la lipsa actuală sau lipsa permanentă de zaharuri din organism. Acest lucru se poate datora deficienței lor în dieta zilnică, epuizării lor după activitatea activă a creierului sau a mușchilor sau a somnului. Menținerea tonusului muscular în timpul somnului, de exemplu, reduce semnificativ rezervele celulare de glucoză, astfel încât grăsimile sunt implicate activ în metabolism și în timp ce dormim.

  • Transportul prin membrană al acizilor grași
  • Transportul acizilor grași

Mecanismul de lucru în repaus al corpului este după cum urmează:

Beta-oxidarea se termină atunci când prima dintre enzimele de transport ale navetei de carnitină este blocată de așa-numitele. malonil - CoA, datorită unui semnal trimis de ficat. Un astfel de semnal este trimis după umplerea acestuia cu o anumită cantitate de carbohidrați și pornirea procesului anabolic invers - formarea triacilglicerolilor din moleculele de glucoză în exces. Desigur, acest lucru se întâmplă dacă corpul nu este într-o stare de foame/stres.

Cu toate acestea, în condiții de stres, fiecare moleculă organică este procesată și stocată, inclusiv proteinele. De aceea, mulți sportivi de elită se plâng de grăsimea pe care o câștigă din utilizarea proteinelor „de orice marcă”. Doar că acești sportivi încep o dietă extremă și prost considerată, își pun corpul într-un regim stresant cu un deficit caloric uriaș (deficit caloric de -30-50% din KB și mai mult), crezând că consumând doar proteine, vor deveni/rămâneți „curat și împărțit”. Da, dar în momentul în care beau mai mult de 2-3 shake-uri/zi și se odihnesc bine, se trezesc cu grăsime din burtă.

Pe de altă parte, în starea normală (norma calorică sau excesul), orice aminoacid peste norma zilnică pentru reparații structurale la sportivi (până la 1,5 g/kg masă activă) este transportat la rinichi și excretat în urină.

„Memorie grasă”

Cu toate acestea, trebuie să fim foarte atenți cu aportul de grăsimi, carbohidrați și proteine ​​și cel mai important - cu echilibrul caloric al acestuia, deoarece celulele adipoase au așa-numitele. memoria celulară, adică nu ar trebui să ne privăm de niciuna dintre moleculele organice enumerate.

Dacă pentru o vreme (mai mult de 48 de ore) ne privăm corpul de calorii (echilibru caloric negativ) în fața zaharurilor sau a grăsimilor, punem corpul sub stres. Pentru el, lipsa uneia dintre cele trei surse înseamnă că condițiile de viață sunt nefavorabile, adică lipsa nutrienților duce la o schimbare a compoziției chimice a sângelui și duce la o stare în care corpul nostru începe să stocheze fiecare moleculă în cu alte cuvinte, încetinește metabolismul. Și știm foarte bine care este principalul produs stocat și în ce părți ale corpului este stocat.

Fiecare moleculă de grăsime stocată subcutanat este rezultatul aportului excesiv de substanțe nutritive, indiferent dacă este vorba de proteine, zaharuri sau grăsimi. Este dificil să se facă un calcul precis al energiei necesare pentru ziua respectivă, precum și a celei deja utilizate.

In concluzie

Este greu să te ridici în mijlocul cinei și să spui: „Adică nu am nevoie de mai multe calorii.” Scopul principal al mâncării este de a furniza organismului cantitatea potrivită de energie și de blocuri de construcție și de a stoca câteva hrană pentru momentele în care este posibil să avem nevoie de o sursă alternativă de energie. Omul este conceput și evoluat pentru a supraviețui. În acest context, grăsimea este departe de a fi „rea” din film.

Suntem capabili să obținem rezultate „atletice” excelente cu o cantitate extrem de mică de nutrienți. De exemplu, putem da vânătorilor neolitici care au mers 30 de km pe zi până când au ajuns într-un loc unde ar găsi câteva rădăcini sau, în cele din urmă, ar prinde un iepure/cerb. Câte kilocalorii credeți că sunt într-un kilogram de tuberculi/carne prăjită comparativ cu caloriile dintr-un kilogram de cartofi prăjiți sau pâine?

Mâncarea excesivă cronică este motivul pentru care în secolul 21 problemele supraponderale sunt răspândite și fiecare a treia persoană din țările dezvoltate are peste 20% grăsime corporală. Nu este vina evoluția, ci slaba înțelegere și aplicare a mecanismelor sale în viața de zi cu zi.