ما هي تحولات الطاقة في العضلات؟
العضلات محولات طاقة بيولوجية: فهي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية.
أي أنه يحول الطاقة الكيميائية إلى عمل.
تحدد الكفاءة كمية الطاقة الكيميائية التي تستخدمها العضلات لإنتاج طاقة ميكانيكية ، وتتفاوت الكفاءة بشكل كبير بين العضلات.
حتى الآن ، تعد عضلة السلحفاة من أكثر العضلات كفاءة في استخدام الطاقة التي تمت دراستها ، وبكفاءة قصوى تبلغ 35٪.
أنواع الطاقة في جسم الإنسان
تتطلب جميع وظائف الجسم ، من التفكير إلى رفع الأثقال ، الطاقة. تتحول الطاقة الحرارية في النهاية إلى العديد من حركات العضلات الصغيرة التي تصاحب جميع الأنشطة الهادئة ، من النوم إلى حك الرأس ، وكذلك حركات عضلات القلب والرئتين والجهاز الهضمي النظام.
عادة ما يتم تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في الغذاء من قبل الجسم إلى طاقة عمل أو حرارية أو تخزينها كطاقة كيميائية داخل الأنسجة الدهنية ، ومن الطبيعي أن تكون معظم الطاقة المنتجة في الجسم على شكل حراري ولكن مخرجاتها تعتمد أنواع الطاقة في جسم الإنسان على كمية ما نأكله ومستوى نشاطنا البدني.
إذا أكلنا أكثر مما نحتاجه للقيام بعمل ما ودفئنا ، يتحول الباقي إلى دهون في الجسم.
ما هو شكل الطاقة في الغذاء؟
يتم إيصال الطاقة إلى الجسم من خلال الأطعمة التي نأكلها والسوائل التي نشربها ، فالأطعمة تخزن الكثير من الطاقة الكيميائية وعندما تأكل ، يقسم جسمك هذه الأطعمة إلى مكونات أصغر ويمتصها لاستخدامها كوقود.
تأتي الطاقة من العناصر الغذائية الرئيسية الثلاثة وهي الكربوهيدرات والبروتينات والدهون ، وتعتبر الكربوهيدرات أهم للطاقة ، وفي الحالات التي ينضب فيها الكربوهيدرات ، يمكن للجسم استخدام البروتين والدهون للحصول على الطاقة.
طرق توليد الطاقة في جسم الإنسان
التمثيل الغذائي الخاص بك هو التفاعلات الكيميائية في خلايا الجسم التي تحول هذا الطعام إلى طاقة.
يُطلق على معظم الطاقة التي يحتاجها الجسم أثناء الراحة الاستقلاب الأساسي ، وهو الحد الأدنى من الطاقة التي يحتاجها الجسم للحفاظ على وظائفه الحيوية ، مثل التنفس والدورة الدموية ووظائف الأعضاء.
يُطلق على معدل استخدام الطاقة لمثل هذه الوظائف معدل الأيض الأساسي (BMR) ويختلف هذا المعدل بناءً على الجينات والجنس والعمر والطول والوزن.
ينخفض معدل الأيض الأساسي مع تقدمك في العمر بسبب انخفاض كتلة العضلات.
تحتاج أطعمتنا إلى الكثير من العناصر الغذائية لتحقيق التمثيل الغذائي الأمثل للطاقة أو أن استقلاب الطاقة لدينا دون المستوى المطلوب ونشعر بالتعب والركود.
تمدك جميع الأطعمة بالطاقة وبعض الأطعمة على وجه الخصوص تساعد على زيادة مستويات الطاقة لديك مثل الموز الذي يعد ًا كبيرًا للكربوهيدرات والبوتاسيوم وفيتامين B6 والأسماك الدهنية مثل السلمون أو التونة التي تعد ًا جيدًا للبروتين والأحماض الدهنية وفيتامينات ب ، والأرز البني ك للألياف والفيتامينات والمعادن والبيض للبروتين.
هناك العديد من الأطعمة الأخرى التي تمد الجسم بكمية كافية من الطاقة ، وخاصة تلك الغنية بالكربوهيدرات للحصول على الطاقة المتاحة ، أو الألياف أو البروتين الذي يطلق الطاقة ببطء ، والفيتامينات الأساسية والمعادن ومضادات الأكسدة.
يتم استقلاب الأطعمة على المستوى الخلوي لصنع شيء يسمى ATP (Adenosine Triphosphate).
يتم ذلك من خلال عملية تسمى التنفس الخلوي ، و ATP هي المادة الكيميائية التي تستخدمها الخلية كطاقة للعديد من العمليات الخلوية بما في ذلك تقلص العضلات وانقسام الخلايا ، وتتطلب هذه العملية وجود الأكسجين وتسمى التنفس الهوائي.
يتم التنفس الهوائي من خلال المعادلة الكيميائية:
الجلوكوز + الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + الماء + الطاقة (مثل ATP)
أولاً ، يتم تقسيم جزيئات الطعام الكبيرة بواسطة الإنزيمات إلى وحدات فرعية بسيطة في عملية تسمى الهضم ، ثم يتم تقسيم البروتينات إلى أحماض أمينية ، والسكريات المتعددة إلى سكريات ، والدهون إلى أحماض دهنية وجلسرين من خلال عمل بعض الإنزيمات.
بعد هذه العملية ، يجب أن تدخل جزيئات الوحدة الفرعية الأصغر إلى خلايا الجسم ، وأن تدخل أولاً العصارة الخلوية (الجزء المائي من سيتوبلازم الخلية) حيث تبدأ عملية التنفس الخلوي.
مراحل التنفس الهوائي
يحدث التنفس الهوائي عندما يحتاج الجسم فقط إلى طاقة كافية للبقاء على قيد الحياة وأداء الأنشطة اليومية وأداء تمارين القلب.
في حالة الأنشطة المكثفة ، تستخدم العضلات شكلاً من أشكال التنفس اللاهوائي ، وعلى الرغم من أن التنفس الهوائي ينتج طاقة أكثر من الأنظمة اللاهوائية ، إلا أنه أقل كفاءة ولا يمكن استخدامه إلا أثناء الأنشطة منخفضة الشدة.
هناك أربع مراحل من التنفس الخلوي الهوائي تحدث لإنتاج ATP (تحتاج خلايا الطاقة للقيام بعملها):
المرحلة الأولى من تحلل السكر (المعروف أيضًا باسم انهيار الجلوكوز)
يحدث هذا في السيتوبلازم ويتضمن سلسلة من التفاعلات المتسلسلة تسمى تحلل الجلوكوز لتحويل كل جزيء جلوكوز (جزيء من ستة كربون) إلى وحدتين أصغر من البيروفات (جزيء ثلاثي الكربون).
أثناء تكوين البيروفات ، يتم إنتاج نوعين من الجزيئات الحاملة النشطة (جزيئات صغيرة منتشرة بالخلايا تحتوي على روابط تساهمية غنية بالطاقة) ، ATP و NADH (اختزال نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد) ، وتنتج هذه الخطوة 4 جزيئات ATP وجزيئين من NADH من الجلوكوز ولكنه يستخدم جزيئين من ATP للوصول إلى هناك ، لذلك ينتج في الواقع 2 ATP + 2 NADH و pyruvate. ثم يدخل البيروفات إلى الميتوكوندريا.
الخطوة الثانية: رد فعل الاتصال
يربط هذا التفاعل تحلل السكر بالخطوة 3 من دورة حمض الستريك / كريبس ، وعند هذه النقطة تتم إزالة جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون وجزيء واحد من الهيدروجين من البيروفات (المعروف باسم نزع الكربوكسيل المؤكسد) لإنتاج مجموعة أسيتيل ، والتي ترتبط بإنزيم يسمى شهادة توثيق البرامج (الإنزيم المساعد) أ) يساعد على تكوين أسيتيل CoA ، والذي يكون جاهزًا بعد ذلك للاستخدام في دورة حمض الستريك / كريبس ، ويعد Acetyl-CoA ضروريًا للخطوة التالية.
الخطوة الثالثة: حمض الستريك / دورة كريبس
تحدث هذه الدورة في الميتوكوندريا ، حيث يتحد أسيتيل CoA (جزيء ثنائي الكربون) مع oxaloacetate (جزيء رباعي الكربون) لتكوين السترات (جزيء من ستة كربون).
يتأكسد جزيء السترات تدريجيًا ، مما يسمح باستخدام طاقة هذه الأكسدة لإنتاج جزيئات نشطة وغنية بالطاقة.
تتكون السلسلة من ثمانية تفاعلات تحدث في شكل دورة ، وفي النهاية يتم تجديد أوكسالو أسيتات ، والتي يمكن أن تدخل الدورة مرة أخرى.
توفر الدورة السلائف بما في ذلك بعض الأحماض الأمينية ، وكذلك العامل المختزل NADH ، والذي يستخدم في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية.
تنتج كل دورة جزيئين من ثاني أكسيد الكربون ، وثلاثة جزيئات من NADH ، وجزيء واحد من GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات) وجزيء واحد من FADH2 (فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد).
نظرًا لإنتاج جزيئين من أسيتيل CoA من كل جزيء من الجلوكوز المستخدم ، يلزم دورتين لكل جزيء من الجلوكوز.
سلسلة نقل الإلكترون من المرحلة الرابعة
في هذه الخطوة الأخيرة ، تقوم حوامل الإلكترون NADH و FADH2 ، اللتان اكتسبتا إلكترونات عند أكسدة الجزيئات الأخرى ، بنقل هذه الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون.
يحدث هذا في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، وهناك حاجة إلى الأكسجين لهذه العملية ، وهي تتضمن تحريك هذه الإلكترونات عبر سلسلة من ناقلات الإلكترونات التي تخضع لتفاعلات الأكسدة.
ثم يتم إنشاء تدرج تركيز عندما تنتشر أيونات الهيدروجين خارج هذا الفضاء عن طريق تشغيل تخليق ATP.
يعمل تدفق أيونات الهيدروجين على تشغيل التحويل التحفيزي لـ ATP synthase ، والذي يفسفر ADP (يضيف مجموعة فوسفات) وبالتالي ينتج ATP. تحدث النقطة الأخيرة من السلسلة عندما تقلل الإلكترونات الأكسجين الجزيئي ، مما يؤدي إلى إنتاج الماء.
على الرغم من أن العدد المتوقع من ATP لانهيار جزيء جلوكوز واحد هو 38 وحدة ، إلا أنه في الواقع يتم تصنيع 30-32 ATP فقط أثناء التنفس الهوائي.