Ресинтез АТФ в процессе гликолиза

Как только креатинфосфокиназная реакция перестает обеспечивать энергией мышечное сокращение, основную роль в ресинтезе АТФ начинает играть гликолиз – анаэробное окисление глюкозы до пирувата с последующим восстановлением последней в молочную кислоту (рис.9). Забегая вперед, можно указать, что в присутствии кислорода пируват превращается в ацетил‑коэнзим‑А (ацетил‑КоА). Источником глюкозы для реакций гликолиза является мышечный гликоген или глюкоза крови.

Отщепление глюкозы от гликогена происходит под действием фермента фосфорилазы, которую активирует киназа фосфорилазы. Активность последней быстро возрастает при мышечном сокращении. Ионы Са²⁺, входящие в цитозоль, являются ее активатором.

При недостатке гликогена в мышечном волокне используется глюкоза крови. «Ловушкой» для нее является фермент гексокиназа, который быстро фосфорилирует глюкозу, попавшую в клетку. Фосфорилированная глюкоза несет заряд, что предотвращает ее выход через липидную мембрану в кровь.

Наработка АТФ в гликолизе происходит в двух реакциях так называемого «субстратного фосфорилирования». В них макроэргические фосфатные группы двух субстратов – 1,3‑дифосфоглицерата и фосфоенолпирувата – переносятся на АДФ.

Таким образом, в результате распада глюкозы до молочной кислоты образуется 2 молекулы АТФ. Наибольшей скорости гликолиз достигает на 20‑30-й секунде работы. Несмотря на низкую эффективность, к концу первой минуты он становится единственным источником АТФ в клетке. И хотя он обеспечивают сокращение мышцы на протяжении некоторого времени, это менее 5 % всей энергии, содержащейся в связях глюкозы. При увеличении длительности работы быстрое исчерпание запасов гликогена и инактивация ферментов приводят к падению скорости гликолиза. Так, на 6-7-й минуте после начала упражнения скорость гликолиза составляет не более 10 % от его максимальной мощности (рис.8.).

Накопление молочной кислоты снижает внутриклеточный уровень pH. Участие в этом принимают и образующиеся пировиноградная и фосфорная кислоты. Закисление среды ведет к инактивации фосфофруктокиназы, ключевого фермента гликолиза, ухудшению передачи возбуждения с нерва на мышцу, снижению АТФазной активности миозина и уменьшению скорости использования АТФ.

Накопление молочной кислоты в саркоплазме сопровождается также и изменением осмотического давления. При этом вода из межклеточного пространства поступает внутрь волокон, вызывая их набухание и ригидность. Набухшие волокна сдавливают чувствительные нервные окончания. Субъективно это воспринимается как чувство жжения или боли в мышце во время нагрузки или сразу после нее. Во время отдыха по градиенту концентрации молочная кислота быстро диффундирует в кровь через клеточные мембраны (рис.10). С током крови она попадает в печень, где вступает в реакции глюконеогенеза. Вновь синтезированная глюкоза возвращается в мышцы, где она снова окисляется для получения энергии или (при отдыхе) используется для синтеза гликогена. Такой глюкозолактатный цикл получил название цикла Кори. Благодаря этому циклу всего за 0,5‑1,5 часа (!) после окончания напряженной мышечной работы происходит полное устранение молочной кислоты из мышц.

Наряду с циклом Кори существует глюкозоаланиновый цикл (рис.10). При избытке образованного пирувата в мышце часть его аминируется до аланина. Аланин выходит из мышечной клетки и поступает в печень. Его аминогруппа используется для синтеза мочевины, а оставшийся пируват вступает в глюконеогенез. Кроме удаления избытка пирувата, глюкозо-аланиновый цикл осуществляет еще одну немаловажную функцию – обезвреживание аммиака, образующегося в мышцах в результате распада сократительных, ферментативных, структурных белков и АМФ.