바이오제너게틱 시스템

Bioenergetic systems
시스템 생태계에 사용되는 언어는 에너지 시스템 언어를 참조하십시오.

바이오에너제틱 시스템은 살아있는 유기체의 에너지의 흐름과 관련된 신진대사 과정이다. 이러한 과정들은 에너지를 근육 활동에 적합한 형태인 아데노신 삼인산(ATP)으로 변환시킨다. ATP 합성에는 두 가지 주요 형태가 있는데, 혈류에서 산소를 사용하는 에어로빅과 그렇지 않은 혐기성이 있다. 생체공학은 생체공학 체계를 연구하는 생물학 분야다.

개요

산소와[1] 음식의 에너지를 ATP(에너지를 방출할 수 있는)로 전환하는 세포호흡 과정은 산소 가용성에 크게 좌우된다. 운동하는 동안 근육 세포에 이용 가능한 산소의 공급과 수요는 지속시간과 강도 그리고 개인의 심장의 건강 수준에 의해 영향을 받는다. 근육의 ATP를 생성하기 위한 세포호흡 과정의 일환으로 이용 가능한 산소량에 따라 세 가지 시스템을 선택적으로 모집할 수 있다. 그들은 ATP, 혐기성 시스템, 그리고 유산소 시스템이다.

아데노신삼인산염

ATP는 근육 활동에 사용할 수 있는 화학 에너지의 형태다. 그것은 대부분의 세포, 특히 근육 세포에 저장된다. 산소와 음식에서 구할 수 있는 것과 같은 다른 형태의 화학 에너지는 근육 세포에 의해 이용되기 전에 ATP로 변환되어야 한다.[2]

커플링 반응

ATP가 분해될 때 에너지가 방출되기 때문에 에너지는 재구축하거나 재동기화하는데 필요하다. ATP 합성물의 구성 요소는 그 분해의 부산물이다; 아데노신 디포스포산염(ADP)과 무기인산염(Pi). ATP 재합성을 위한 에너지는 몸 안에서 일어나는 세 가지 다른 화학 반응에서 나온다. 세 개 중 두 개는 먹는 음식에 의존하는 반면, 다른 하나는 인산염이라는 화학 화합물에 의존한다. 이 세 가지 일련의 반응 중 하나에서 방출되는 에너지는 ATP를 다시 동기화하는 반응에 활용된다. 별개의 반응은 한 사람이 방출하는 에너지를 다른 사람이 사용하는 방식으로 기능적으로 연결되어 있다.[2]: 8–9

ATP를 합성할 수 있는 세 가지 프로세스:

  • ATP-CP 시스템(인산염 시스템) – 이 시스템은 최대 10초 동안 사용된다. ATP-CP 시스템은 산소를 사용할 수 없는 경우 산소를 사용하지도 않고 젖산을 생산하지도 않으며 따라서 은하 혐기성이라고 불린다. 이것은 골프 스윙, 100m 단거리 또는 파워리프팅과 같은 매우 짧고 강력한 움직임 뒤에 있는 1차 시스템이다.
  • 혐기성 시스템 – 이 시스템은 주로 2분 미만 지속되는 운동에너지를 공급한다. 그것은 또한 글리콜리틱 계통으로도 알려져 있다. 이 시스템이 작용하는 강도 및 지속시간 활동의 예는 400m 단거리 주행이 될 것이다.
  • 에어로빅 시스템 – 이것은 장기 에너지 시스템이다. 5분간의 운동 후에 O체계가2 우세하다. 1km 달리기에서 이 시스템은 이미 약 절반의 에너지를 제공하고 있으며 마라톤 달리기에서 98% 이상을 제공한다.[3]

에어로빅과 혐기성 체계는 보통 동시에 작용한다. 활동을 설명할 때, 그것은 어떤 에너지 시스템이 작용하고 있는지에 대한 문제가 아니라, 어느 것이 지배적인가에 대한 것이다.[4]

유산소 및 혐기성 대사

신진대사라는 용어는 체내에서 일어나는 다양한 화학반응을 말한다. 에어로빅은 산소의 존재를 말하는 반면 혐기성은 산소의 존재를 필요로 하지 않는 일련의 화학 반응을 의미한다. ATP-CP 시리즈와 젖산 시리즈는 혐기성인 반면 산소 시리즈는 에어로빅이다.[2]: 9

ATP-CP: 인광계

(가) 근육세포에 저장되는 인산염은 높은 에너지 결합을 함유하고 있다. (나) 크레아틴 인산염이 근수축 과정에서 분해되면 에너지를 방출하여 ATP의 크기를 재동기화하는 데 활용한다.

크레아틴 인산염(CP)은 ATP와 마찬가지로 근육 세포에 저장된다. 그것이 분해되면 상당한 양의 에너지가 방출된다. 방출되는 에너지는 ATP의 재합성에 필요한 에너지 요건에 결합된다.

ATP와 CP의 총 근육 저장소는 작다. 따라서 이 시스템을 통해 얻을 수 있는 에너지의 양은 제한된다. 일하는 근육에 저장된 인산염은 대개 몇 초 동안 활발히 활동하면 소진된다. 그러나 ATP-CP 시스템의 유용성은 양보다는 에너지의 빠른 가용성에 있다. 이것은 인간이 수행할 수 있는 신체적 활동의 종류와 관련하여 중요하다.[2]: 9–11

혐기성계

이 체계는 혐기성 글리콜리시스라고 알려져 있다. "글리콜리시스"는 설탕이 분해되는 것을 말한다. 이 시스템에서 설탕의 분해는 ATP가 제조되는 데 필요한 에너지를 공급한다. 설탕이 혐기적으로 대사되면 부분적으로만 분해되고 부산물 중 하나가 젖산이다. 이 프로세스는 ATP를 다시 동기화하기 위한 에너지 요구 조건과 결합할 수 있는 충분한 에너지를 생성한다.

H+ 이온이 근육에 축적되어 혈중 pH 수치가 낮아지면 일시적인 근육 피로 현상이 나타난다. 혐기성 질과 관련된 젖산 시스템의 또 다른 한계는 고에너지 산소를 소비했을 때 가능한 수율과 비교하여 ATP의 몇 개의 몰만 설탕의 분해로부터 다시 동기화될 수 있다는 것이다.[1] 이 제도는 장기간에 걸쳐서 의존할 수 없다.

ATP-CP 시스템과 마찬가지로 젖산 시스템은 ATP 에너지를 빠르게 공급하기 때문에 주로 중요하다. 예를 들어, 1분에서 3분 사이의 최대 속도로 수행되는 운동은 젖산 시스템에 크게 의존한다. 1500m나 1마일 달리기와 같은 활동에서 젖산 체계는 경주 말기의 "킥"을 위해 주로 사용된다.[2]: 11–12

에어로빅 시스템

  • 글리콜리시스 – 첫 번째 단계는 글리콜리시스라고 알려져 있는데, 글리콜리시스(ATP 분자 2개, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NADH)의 감소된 분자 2개, 그리고 다음 단계인 크렙스 사이클로 이동하는 2개의 화리브레이트 분자를 생성한다. 글리콜리시스증은 정상 체세포의 세포질, 즉 근육세포의 사르코플라즘에서 일어난다.
  • 크렙스 사이클 – 이것이 제2단계인데, 에어로빅 계통의 이 단계의 산물은 ATP 1개, 이산화탄소 분자 1개, NAD+ 분자 3개, 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(FAD) 분자 1개의 순생산이다. (여기서 언급된 NAD와+ FAD의 분자는 전자운반선이며, 그것들이 줄어들면 H+ 이온 1, 2개, 거기에 전자 2개가 첨가된 것이다.) 대사물은 Krebs 사이클의 각 회전마다 있다. Krebs 주기는 에어로빅 시스템을 통과하는 포도당의 6-탄소 분자마다 두 번 회전한다 – 두 개의 3-탄소 피루베이트 분자가 Krebs 주기에 진입함에 따라. 피루베이트가 Krebs 사이클에 들어가기 전에 아세틸 코엔자임 A로 변환되어야 한다. 이 링크 반응 동안 아세틸 코엔자임 A로 변환된 각 피루베이트 분자에 대해 NAD도+ 감소한다. 이 에어로빅 계통의 단계는 세포의 미토콘드리아의 행렬에서 일어난다.
  • 산화 인산화 – 에어로빅 시스템의 마지막 단계는 ATP의 가장 큰 수율을 생성하는데 총 34개의 ATP 분자가 있다. 산소가 전자와 수소 이온(헨체 산화)의 에너지원이자 최종 수용체(hence oxidential)이며, ADP에 인산염이 추가되어 ATP(hence phosphorylation)를 형성하기 때문에 산화인산화라고 불린다.

이 에어로빅 계통의 단계는 크리스테(미토콘드리아 막의 적출물)에서 일어난다. 이 전자 전송 체인의 각 NADH의 반응은 ATP의 3개 분자에 충분한 에너지를 제공하는 반면, FADH의2 반응은 ATP의 2개 분자를 산출한다. 즉, 10개의 총 NADH 분자가 30 ATP의 재생성을 허용하고, 2개의 FADH2 분자가 4개의 ATP 분자를 재생성(산화 인산염에서 총 34 ATP, 이전 두 단계의 4 더하기, 에어로빅 시스템에서 총 38 ATP를 생성)할 수 있다. NADH와 FADH는2 산화되어 NAD와+ FAD를 에어로빅 시스템에서 재사용할 수 있고, 전자와 수소 이온은 그 과정에서 주요 에너지원인 산소에 의해 받아들여져 무해한 부산물인 물을 생산한다.[1]

참조

  1. ^ a b c d 슈미트-로르, K.(2020). "산소는 복합 다세포 생명에 동력을 공급하는 고에너지 분자: 전통적인 생물 에너지 게놈 ACS 오메가 5: 2221-2233. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
  2. ^ a b c d e Edward L. Fox (1979). Sports physiology. Saunders College Publishing. ISBN 978-0-7216-3829-4.
  3. ^ "James Madison University Strength and Conditioning Program". Archived from the original on 2008-04-20.
  4. ^ 에너지 비율 그래프

추가 읽기

  • 건강, 체력 및 성과를 위한 운동 생리학. 샤론 플레이만과 데니스 스미스. 리핀콧 윌리엄스 & 윌킨스; 제3판(2010년) ISBN 978-0-7817-7976-0