- Ở người và động vật chỉ tổng hợp được một số acid amin nhất định, một số khác phả
2. CƠ SỞ HÓA SINH CỦA HOẠT ĐỘNG CƠ
2.1. Cơ chế co cơ và vai trò của ATP trong co và giãn cơ2.1.1. Cơ chế co cơ (TNC) 2.1.1. Cơ chế co cơ (TNC)
Cho đến nay lý thuyết về cơ chế co cơ chưa thống nhất, nhưng về cơ bản thống nhất ở 1 số điểm GT mục 2.1.2, tr 231-232
2.1.2. Vai trò của ATP
- Ở trạng thái tĩnh, ATP liên kết với myosin cản trở sự hình thành cầu nối.
- Khi cơ co, ATP bị phân giải cung cấp năng lượng để củng cố cầu nối actin-myosin và rút ngắn các cầu nối ngang.
- Sự phân giải ATP còn cung cấp năng lượng cho hoạt động của “bơm canxi” trong pha giãn cơ.
Như vậy, ATP là nguồn năng lượng cho hoạt động cơ
Trong hoạt động cơ, sự phân giải ATP xảy ra với tốc độ lớn (10 mol/p). Lượng dự trữ ATP trong cơ không nhiều nên để đảm bảo cho hoạt động cơ thì tốc độ tái tạo ATP phải tương đương với tốc độ phân giải. Tùy thuộc vào cường độ vận động, khối lượng và thời gian hoạt động cơ; sự tái tổng hợp ATP đảm bảo duy trì cân bằng ATP hay bù lại một phần ATP bị tiêu hao.
- Nguồn năng lượng khởi đầu, trực tiếp cho hoạt động cơ
ATP + H2O ( ATP-ase) ADP + H3PO4 + 12kcal
- Lượng ATP dự trữ trong cơ ít, chỉ đủ cho cơ hoạt động trong thời gian ngắn, do đó ATP được tái tạo bằng:
Con đường yếm khí: cung cấp ATP cho hoạt động ngắn, cường độ cao
Con đường ưa khí: cung cấp năng lượng cho hoạt động cơ kéo dài với cường độ trung bình
2.2.1. Tái tổng hợp ATP trong điều kiện yếm khí
Hệ phosphagen (Hệ ATP-CP hay phi lactat) - PTPU
creatin phosphat kinase
ADP + CP ATP + Creatin
- Đặc điểm
Phản ứng tái tổng hợp ATP tốc độ cao, hiệu suất lớn. Bắt đầu từ giây thứ 2 của vận động, tốc độ phân giải cao nhất ở giây 4 - 8
Công suất cao: 36 kcal/phút (3,8kJ/kg/p)
Dung lượng thấp: 5kcal (dự trữ 1,5x10-5 mol/g) Ở tốc độ tối đa duy trì 15-20s
- Ý nghĩa
Là cơ sở sinh hóa của sức bền cục bộ
Đảm bảo năng lượng cho các hoạt động ngắn
Đảm bảo chuyển nhanh từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động Làm thay đổi đột ngột nhịp độ động tác hoặc tăng tốc độ khi về đích
Hệ gluco phân yếm khí (Hệ lactat) - Khái niệm
Gluco phân yếm khí là quá trình thủy phân glycogen (gan và cơ) hay gluco (máu và mô) trong điều kiện yếm khí đến acid lactic để cung cấp năng lượng.
Glucose + 2ADP + 2H3PO4 2 Acid lactic + 2ATP + 2H2O
Glycogen + 3ADP + 3H3PO4 2 Acid lactic + (C6H10O5)n-1 + 3ATP + 2H2O - Đặc điểm
Công suất tối đa khoảng : 2,5 kJ/kg/phút
Dung lượng: đảm bảo duy trì được công suất bài tập trong khoảng 30s - 2,5 phút. Tốc độ gluco phân cao nhất ở giây 20-30 sau khi bắt đầu hoạt động.
Ở cuối phút thứ nhất nó là nguồn năng lượng chính để tái tổng hợp ATP
Thời gian vận động kéo dài, dưới ảnh hưởng của acid lactic, pH làm giảm tốc độ gluco phân
Ở phút thứ 15 từ khi bắt đầu vận động tốc độ của quá trình gluco phân chỉ còn ½ giá trị ban đầu
- Ý nghĩa
Hiệu quả sinh năng lượng không cao nhưng đây là con đường chủ yếu để tái tổng hợp ATP trong điều kiện yếm khí.
Đây là cơ sở hóa sinh của tố chất sức bền tốc độ
Nó là nguồn cung năng lượng chính của các bài tập có thời gian tối đa từ 30s-2,5 phút
Sự tăng tốc độ kéo dài và ở giai đoạn về đích được thực hiện nhờ gluco phân Hệ phản ứng myokinase
- PTPU
myokinase
ADP + ADP ATP + AMP
- Đặc điểm
Xảy ra khi cơ mệt mỏi, tốc độ tổng hợp ATP không cân bằng với tiêu hao ATP
2.2.2. Tái tổng hợp ATP trong điều kiện ưa khí (hệ oxy hóa)
- Con đường tái tổng hợp ATP hiệu quả nhất là con đường phosphoryl hóa ưa khí. - Trong điều kiện bình thường, hệ oxy hóa chiếm 90% lượng ATP tái tổng hợp trong cơ thể.
- Nguồn cơ chất dồi dào: G, L, Pr nên dung lượng của hệ lớn - Sản phẩm cuối cùng của hệ là CO2, H2O ít làm thay đổi nội môi
- Các cơ chất ban đầu của quá trình oxy hóa (G, L, Pr) đều bị thoái hóa trong tế bào tới 1 sản phẩm chung là acetyl-CoA, từ đó qua chu trình Krebs tạo CO2, H2O và ATP
- Công suất tối đa của hệ phụ thuộc yếu tố chính:
Tốc độ tiêu thụ oxy của tế bào (phụ thuộc vào số lượng ty thể, số lượng và hoạt tính enzym oxy hóa)
Tốc độ cung cấp oxy cho mô
- Công suất tạo thành năng lượng hệ ưa khí được đánh giá dựa vào chỉ số hấp thụ oxy tối đa (VO2 max) trong quá trình hoạt động cơ
- VO2 max là khả năng hấp thu oxy lớn nhất của cơ thể trong 1 phút với công suất của hệ tuần hoàn và hô hấp đạt giá trị tối đa
2.2.3. Quá trình tổng hợp ATP yếm khí và ưa khí trong các bài tập có công suất vàthời gian khác nhau thời gian khác nhau
- Quá trình tái tổng hợp ATP theo các con đường yếm khí và ưa khí tạo năng lượng cho cơ hoạt động tuân theo quy luật:
Khi bắt đầu vận động và ở những giây đầu tiên thực hiện bài tập thì nguồn tái tạo ATP chủ yếu từ phản ứng phân giải CP
Khi hàm lượng dự trữ phi lactat trong cơ hoạt động giảm dần thì vai trò chính dần thuộc về quá trình gluco phân
Công suất lớn nhất của quá trình gluco phân đạt được trong khoảng thời gian hoạt động cơ từ 20s đến 2,5 phút
Khi acid lactic tích tụ tăng lên và sự chuyển oxy tới cơ hoạt động được tăng cường thì tốc độ gluco phân giảm dần
Vận động từ phút thứ 3 vai trò cung cấp năng lượng dần thuộc về quá trình ưa khí
- Sự biến đổi tốc độ các quá trình riêng lẻ trong chuyển hóa năng lượng phụ thuộc vào thời gian thực hiện bài tập
Công suất lớn nhất của quá trình yếm khí phi lactat bao gồm tổng hai quá trình phân giải ATP và CP đạt được ở các bài tập có cường độ tối đa với thời gian 5- 10s.
Ở những bài tập kéo dài hơn thì công suất đó giảm nhanh. Ở những bài tập kéo dài trên 3 phút thì quá trình yếm khí phi lactat không còn vai trò cung cấp năng lượng
Khi kéo dài thời gian bài tập đến 5-6 phút thì tốc độ của quá trình tạo năng lượng ưa khí tăng nhanh và ít biến đổi khi vận động với thời gian lâu hơn.
Khi vận động quá 10 phút thì quá trình tạo năng lượng chung được xác định bởi tốc độ tạo năng lượng từ quá trình ưa khí
Công suất lớn nhất tạo năng lượng trong quá trình gluco phân đạt được ở bài tập từ 20-40s, sau đó giảm đi, khi bài tập quá 6-7 phút thì công suất còn 1/10 công suất cực đại của quá trình yếm khí
- Trong thực tiễn thể thao:
Các bài tập có tính chất yếm khí
- Bài tập có tính chất yếm khí là những bài tập mà phần năng lượng tạo ra nhờ quá trình yếm khí phi lactat và gluco phân chiếm > 60% nhu cầu năng lương.
Các bài tập có tính chất ưa khí
- Bài tập có tính chất ưa khí là những bài tập mà phần năng lượng tạo ra nhờ quá trình ưa khí chiếm > 70% nhu cầu năng lương.
Các bài tập hỗn hợp
- Bài tập hỗn hợp là những bài tập nằm trong khoảng giữa mà quá trình tạo năng lương ưa khí và yếm khí có tỷ lệ gần bằng nhau. (Chạy cự li 1000 - 3000m)