מעגלי האנרגיה של הגוף

המאמר הוכן עי" חבר הפורום tiger.

לכל פעילות המתרחשת בגוף, צריך אנרגיה

כל תרגיל שאתם עושים בחדר כושר על מנת לפתח את הגוף שלכם, צורך אנרגיה.

כל דד ליפט, דחיקת חזה, פרפר, ריצה, הליכה, הכל דורש אנרגיה.

אז איך באמת כל זה מתרחש?

זה מה שאני עומד להסביר כאן.

תהליך התכווצות של שריר זו פעולה הצורכת אנרגיה, מקור אנרגיה זו הוא בתהליכים כימיים המתרחשים בתוך תאי השריר.

אנרגיה זו היא אנרגיה כימית פוטנציאלית, אשר מגיעה מרכיבי המזון שאנו אוכלים: חלבונים פחמימות ושומנים.

נתחיל עם כמה מושגים על מנת שההסברים הבאים יהיו יותר ברורים:

ATP-(אדנוזין טרי-פוספט) יחידה המורכבת מהחלבון אדנוזין אליה מחוברים שלושה פוספטים (זרחנים)

ADP-(אדנוזין די-פוספט) יחידה המורכבת מהחלבון אדנוזין אליה מחוברים שני פוספטים, בעצם ATP "משומש" ששיחרר פוספט אחד.

Cr- מולקולת קריאטין

CrP/CP-מולקולת קריאטין אליה מחובר פוספט אחד, זוהי מולקולה עתירת אנרגיה

אירובי- פעילות גופנית הדורשת חמצן, דבר המוביל לפעילות מוגברת של הלב והריאות. או לחילופין, תהליך הנשימה התאית בו מתחמצנות פחמימות על מנת ליצור אנרגיה כימית.

אנאירובי-פעילות גופנית המבוצעת לזמן מוגבל, אשר במהלכה השרירים מייצרים אנרגיה ללא ניצול של חמצן. או לחילופין, תהליך הנשימה התאית בה פחמימות לא מתחמצות באופן מוחלט מכיוון שאין נוכחות חמצן.

NADH- ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד, נוקלאוטיד המתפקד כקו-אינזים.

משמש כנשא אלקטרונים. NAD זהו שם התרכובת כאשר היא במצב מחומצן. NADH זהו שמה כאשר היא במצב מחוזר, ה-H מסמל את האלקטרונים והפרוטונים החופשיים אותם הם נושאים.

FADH- פלבין אדנין דינוקלאוטיד, נוקלאוטיד המתפקד כקו-אנזים, משמש כנשא אלקטרונים. FAD זהו שם התרכובת כאשר היא במצב מחומצן.

FADH זהו שמה כאשר היא במצב מחוזר, ה-H מסמל את האלקטרונים והפרוטונים החופשיים אותם הם נושאים.

Gtp- נוקלאוטיד הנוצר באחד משלבי מעגל קרבס, אשר הופך ע"י אנזים ל-ATP

אנזים- חלבון אשר תפקידו לזרז תהליכים ביוכימיים

אוקסלואצטט-חומצה אשר למעשה מתחילה את תהליך מעגל קרבס ע"י תגובה כימית עם האצטיל

קואנזים- תרכובת אורגנית בעלת תפקיד חשוב בהפעלת אנזים

מחוזר- חומר שקיבל אלקטרון (H).

מחומצן-חומר שמסר אלקטרון.

איך פועלת האנרגיה בגוף?

ATP הינה מולקולה עתירת אנרגיה.

בין הקשרים הכימיים של הפוספטים (ATP) אצורה אנרגיה.

בזמן מאמץ, משתחרר פוספט אחד מהמולקולה, ומשתחררת האנרגיה שהייתה אצורה בקשר הכימי,

מולקולה זו "הופכת" ל-ADP, מכיוון שכעת יש לה אך ורק 2 פוספטים.

פעולה כזאת מספיקה לכ-3 שניות של פעילות בעצימות מירבית.

ה-ATP יכול להיטען מחדש באנרגיה עם או בלי נוכחות חמצן.

אז איך חוזרת מולקולת ה-ADP ל-ATP?

ישנם שלושה דרכים לטעינת ה-ATP:

1.התהליך הפוספוגני / גליקוליזה אנאירובית אלקטית :

בתא יש חוץ מה-ATP עוד מולקולה עתירת אנרגיה, הנקראת  CP –קריאטין פוספט.

כמו במולקולת האדנוזין, גם ב-CP מצויה אנרגיה בקשר הכימי שבין הפוספט לקריאטין, וכתוצאה מפירוק הקשר, משתחררת האנרגיה ומנוצלת לחיבור הפוספט החופשי ל-ADP על מנת ליצור ATP.

סך כל האנרגיה המופקת מה-ATP ומה-CP מספיקה לכ-10 שניות של מאמץ.

2.התהליך הגליקוטי / גליקוליזה אנאירובית :

סך כל הסוכרים המצויים(מאגרי גליקוגן) בשריר-300 גרם, סך כל הסוכרים המצויים בכבד-100 גרם.

בתהליך זה, הגוף משתמש בפירוק גלוקוז(חד סוכר) על מנת לטעון מחדש את מולקולות ה-ATP.

הגלוקוז עובר בציטופלזמה עשרה שלבים של פירוק כימי, עד להיווצרות שתי חומצות פירוביות (בכל אחת מהן 3 מולקולות פחמן-מהשש של הגלוקוז)

בתהליך זה מושקעות בתהליך 2 מולקולות ATP בחמשת השלבים הראשונים של הפירוק הכימי, אך מתקבלות סה"כ 4 מולקולות  ATP בשלבים 7 ו-10 , כך שהרווח הנקי הוא 2 מולקולות ATP.

תהליך זה מספיק בממוצע לכ 2 דקות של פעילות גופנית.

תוצר הלוואי של תהליך זה היא חומצת החלב הידועה לשמצה, זוהי החומצה הגורמת לכאבים בשרירים לאחר מאמץ אינטנסיבי.

עלייה בריכוז חומצת החלב גורמת לעלייה בחומציות השריר, דבר שמאט את קצב הגליקוליזה, עקב חוסר תפקוד האנזימים אשר אחראים על פירוק גלוקוז.

3. תהליך האירובי:

זה תהליך די מורכב, אני אנסה להסביר אותו בפשטות.

תהליך זה מורכב משלושה חלקים:

גליקוליזה, מעגל קרבס, ושרשרת הנשימה.

1. גליקוליזה:

שלב זה מתחיל בשלבי הפירוק של הגלוקוז עד החומצה הפירובית, שלבים הזהים לשלבי הפירוק בשלב הגליקוטי (ראה למעלה).

אם יש מספיק חמצן, החומצה הפירובית נכנסת למיטוכונדריון, שם היא הופכת לחומר בשם אצטיל.

לחומר זה מצטרף קואנזים A ונוצר אצטיל קואנזים A.

אם אין מספיק חמצן נוצרת חומצת חלב ולא מתחיל התהליך האירובי.

2. מעגל קרבס:

 מעגל קרבס למעשה מתחיל כאשר החומצה הפירובית מומרת לאצטיל ולבסוף לאצטיל קו-אנזים A.

במעגל מתרחשות שמונה תגובות כימיות. בקצרה נאמר, שהמעגל מתחיל לנוע כאשר האצטיל מגיב עם מולקולת אוקסלואצטט. בכל התגובות הכימיות הללו האצטיל למעשה מתפרק.

עכשיו תשאלו את שאלת המיליון, איפה אנחנו מקבלים את מולקולות ה-ATP?

במהלך תשעת התגובות הכימיות, נוצר נוקלאוטיד GTP אשר מומר על ידי אנזים למולקולת ATP

כדי לא לסבך את העניין, נעשה סיכום קצר עד כאן.

בתהליך הגליקוליזה אנו מקבלים ממולקולת גלוקוז אחת, שתי מולקולות של חומצה פירובית, אשר בסוף התהליך כל אחת מהן מומרת לאצטיל קו-אנזים A. כל אחד מהנ"ל מגיב עם האוקסלואצטט ויוצר נוקלאוטיד GTP באחד מהשלבים של המעגל. נוקלאוטיד זה הופך על ידי אנזים ל-ATP, מה שאומר שעל כל מולקולת גלוקוז מתקבלות 2 מולקולות ATP.

תוצרי הפירוק של השומנים והחלבונים יכולים גם הם להיכנס למעגל קרבס ולטעון מולקולות ATP.

אבל כניסת שומן למעגל קרבס תהיה מלווה ביצור גופי קיטון אשר יכולים במקרים קיצוניים אף לגרום לקריסת מערכות כללית בגוף.

כלומר תנאי עיקרי הכרחי לקיום מעגל קרבס(תהליך אירובי) הוא חומצה פירובית שהיא אך ורק תוצר לוואי של פחממה זמינה בגוף. מכאן מסיקים כי על מנת להתחיל את התהליך האירובי אין זה מהנמנע אלא לאכול פחממות.

התוצרים של מעגל קרבס הם קולטני המימנים NADH ו-FADH , ושישה מולקולות של פד"ח.

3. שרשרת הנשימה:

קולטני המימנים (התוצרים של מעגל קרבס) נושאים את המימנים לחומרים הנקראים נשאי האלקטרונים.

האלקטרונים של המימנים מועברים מנשא אלקטרונים אחד לשני. בזמן המעבר של האלקטרונים מנשא לנשא, משתחררת אנרגיה המנוצלת לטעינת ATP.

על מנת שהאלקטרונים יוכלו להמשיך לעבור מנשא לנשא, מוצב החמצן כקולט האלקטרונים האחרון בשרשרת, ותפקידו הוא לפנות את האלקטרונים מהשרשרת.

בסיום התפקיד של נשאי האלקטרונים (NADH ו-FADH) הם מחומצנים ע"י החמצן והם חוזרים להיות NAD ו-FAD, חוזרים חזרה למעגל קרבס וכך מתחיל תהליך החיזור שוב ושוב.

מתהליך זה  נטענות בסך הכל 32 מולקולות ATP (כמות גדולה בהשוואה לתהליכים הקודמים שתוארו פה).

התוצרים של התהליך אלו שישה מולקולות מים.

סך כל התוצרים של התהליך האירובי אלו שישה מולקולות של פד"ח ושישה מולקולות של מים.

נקודה חשובה שיש לציין, היא שמאגרי ה-ATP וה-CrP מתחדשים בזמן התהליך האירובי, על כן על מנת לקצר תהליכים של התאוששות וחידוש מאגרי אנרגיה, חשוב לשמור על הכושר האירובי.

לסיכום, ראינו כאן, שבמהלך האימון האירובי, מתקבלות 36 מולקולות ATP (2 בגליקוליזה, 2 במעגל קרבס ו-32 בשרשרת הנשימה) ולעומת זאת מאותה כמות גלוקוז באימון האנאירובי מתקבלות רק 2 מולקולות ATP (תהליך גליקוטי) אך בל נשכח את המולקולה עתירת האנרגיה הנוספת אשר תורמת לאנרגיה במהלך פעילות אנאירובית-הקריאטין פוספט (CP).