glykolÝza

106
GLYKOLÝZA FYZIOLOGIE A FYZIOLOGIE ZÁTĚŽE FAKULTA TĚLESNÉ KULTURY UP OLOMOUC

Upload: quamar-conrad

Post on 03-Jan-2016

18 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

GLYKOLÝZA. FYZIOLOGIE A FYZIOLOGIE ZÁTĚŽE FAKULTA TĚLESNÉ KULTURY UP OLOMOUC. PŘEHLED METABOLISMU. Dvě hlavní alternativy tvorby energie pro svalovou činnost: 1. Glykolýza - výhradně sacharidy - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: GLYKOLÝZA

GLYKOLÝZA

FYZIOLOGIE

A FYZIOLOGIE ZÁTĚŽE

FAKULTA TĚLESNÉ KULTURY

UP OLOMOUC

Page 2: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU

• Dvě hlavní alternativy tvorby energie pro svalovou

činnost:

1. Glykolýza - výhradně sacharidy

2. Oxidativní fosforylace - 85% regenerace ATP,

může utilizovat sacharidy, tuky a aminokyseliny

Page 3: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU

• Dvě hlavní alternativy tvorby energie pro svalovou

činnost:

1. Glykolýza

2. Oxidativní fosforylace

S

S T B+ +

Page 4: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU

• Aminokyseliny (AK) vznikají

a) normálním rozkladem bílkovin (proteinů)

b) z nadbytku proteinů v potravě (nemohou být

okamžitě využity a přeměněny na tuk nebo glukózu)

Page 5: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU

• Většina tuku je uložená v tukových buňkách

(adipocytech)

• Menší množství v jiných buňkách, např. svalových

• Při zvýšených metabolických nárocích nervové a

hormonální signály vedou k rozložení tuků na

mastné kyseliny (MK), které se uvolňují do krve a

jsou odváděny k buňkách, které je využijí

Page 6: GLYKOLÝZA

TUK

Page 7: GLYKOLÝZA

MK +glycerol

OXIDATIVNÍFOSFORYLACE

CÉVA

Page 8: GLYKOLÝZA

• Zásoby sacharidů nejsou velkéa) játra - glykogen (GG) (polymer tvořený jednotlivými molekulami glukózy, které jsou spojené) b) svaly - glykogenc) glukóza (GL) - krev a extracelulární tekutiny

• GL jediným energetickým zdrojem pro mozek, erytrocyty a částečně pro ledviny

• GL je potřebná k uložení MK v adipocytech• Potřeba GL je stálá, není jí mnoho k dispozici, proto

její využití je přísně regulováno.

PŘEHLED METABOLISMU

Page 9: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU

• Většina GL pochází ze vstřebaných sacharidů

(nejvíc ve formě škrobu, laktózy, volné GL a

fruktózy)

• Limitovaná kapacita pro tvorbu z nesacharidových

zdrojů - glukoneogeneze (AK, laktát, glycerol)

• Využívá se při potřebě sacharidů, jejichž množství

je nízké

Page 10: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU• Klasifikace sacharidů

a) monosacharidy (GL, fruktóza, galaktóza) - 6 uhlíků - hexózyb) disacharidy - spojené 2 monosacharidy

sukróza = GL + fruktózalaktóza = GL + galaktóza

c) polysacharidy (zejména škrob - významný zdroj sacharidů)

Sacharidy se vstřebávají pouzeve formě monosacharidů

Page 11: GLYKOLÝZA

PŘEHLED METABOLISMU

• Do krve se vstřebávají GL, fruktóza (ovoce) a

galaktóza (mléčný cukr)

• Transport do jater

a) galaktóza konvertována na GL

b) fruktóza konvertována na GL 6-fosfát

Page 12: GLYKOLÝZA

GL

fruktóza

galaktózajátra

CÉVA

Page 13: GLYKOLÝZA

játra

GALAKTÓZA GL

FRUKTÓZA GL 6-fosfát

Page 14: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

• Normální koncentrace GL v krvi (euglykémie)

asi 5 mmol/l = 90 mg/100 ml krve• Po jídle stoupá až na 9 mmol/l (hyperglykémie),

u nestabilizovaného diabetu až na 20 mmol/l

• Opakem je hypoglykémie (např. 2 mmol/l) (dlouhodobé hladovění, několikahodinová intenzivní pohybová aktivita bez přísunu sacharidů)

Page 15: GLYKOLÝZA

GL

GL

GL

GL

GL

GL

EUGLYKÉMIE

Page 16: GLYKOLÝZA

GL

GL

GL

GL

GL

GL

HYPERGLYKÉMIE

GL

GL

GL GL

GL

Page 17: GLYKOLÝZA

GL

GL

HYPOGLYKÉMIE

GL

Page 18: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

• Koncentrace GL v krvi a v mimobuněčné tekutině je vyšší než uvnitř buněk

gradient pro vstup GL do buněk

• GL je hydrofilní, proto přechází špatně přes hydrofobní buněčnou membránu

• GL potřebuje transportér

transportní proteiny

GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5

tzv. zprostředkovaná difúze

Page 19: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

Jednotlivé transportní proteiny se liší kinetickými

parametry a nacházejí se v rozdílných tkáních

Vstup do některých buněk je regulovaný,

… do jiných neregulovaný

Page 20: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

Neregulovaný - závisí pouze na koncentračním gradientu - zejména buňky primárně závislé na GL (erytrocyty, mozek a ledviny), ale také hepatocyty

(jaterní buňky)

Page 21: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

Regulovaný - velké tkáně (kosterní svaly, tuková tkáň, srdeční sval)

Primárně pomocí GLUT4,který je regulován inzulínem

Page 22: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

INZULÍNpolypeptid produkovaný -buňkami pankreatu

hlavní regulátor transportu GL

glyk

émie

inzulín

Inzulín se váže na inzulínový receptor

a fosfátová skupina z ATP(adenozin-tri-fosfát)

se váže na proteinovou molekulu

Page 23: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

INZULÍNpolypeptid produkovaný -buňkami pankreatu

hlavní regulátor transportu GL

glyk

émie

inzulín

Fosforylace proteinůzmění jejich vlastnosti =translokace GLUT4

z intracelulárních zásobních místk buněčné membráně

Page 24: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

INZULÍNpolypeptid produkovaný -buňkami pankreatu

hlavní regulátor transportu GL

glyk

émie

inzulín

Inzulín tím zvýšímaximální rychlost transportu

Vmaxale pouze v těch buňkách,které mají geny GLUT4

(sval a tuk)

Page 25: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

INZULÍNpolypeptid produkovaný -buňkami pankreatu

hlavní regulátor transportu GL

glyk

émie

inzulín

Pracující sval má zvýšenouschopnost získávat

GL z krvei nezávisle na vlivu inzulínu!!!

!

Page 26: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

INZULÍNpolypeptid produkovaný -buňkami pankreatu

hlavní regulátor transportu GL

glyk

émie

inzulín

Tento vliv svalových kontrakcípřetrvává i v časné fázi

zotavení= doplnění zásob

energetických zdrojů

Page 27: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMIINZULÍN

polypeptid produkovaný -buňkami pankreatuhlavní regulátor transportu GL

glyk

émie

glyk

émie

inzulín

inzulín

Page 28: GLYKOLÝZA

VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI

glyk

émie

glyk

émie

inzulín

inzulín

Stejn

osměrn

éten

den

ce

Page 29: GLYKOLÝZA

Při prolongované zátěži (např. maraton)musí být GL dodána formou potravy

(udržení euglykémie)neboť pracující sval má zvýšenou kapacitu

získávat GL z krve

MOŽNOST VZNIKU HYPOGLYKÉMIE!!!

Page 30: GLYKOLÝZA

FOSFORYLACE GLUKÓZY

• GL v buňce - modifikována přenosem terminálního fosfátu z ATP na uhlík č. 6 GL a vznikne GL 6-P

GL + ATP GL 6-P + ADP

HexokinázaGlukokináza

Mg2+

Fosforylovaná GL je uzavřená v buňce!

Page 31: GLYKOLÝZA

1

23

4

5 6

ATP ADP

+ P

HexokinázaMg2+

Adenosindifosfát

Page 32: GLYKOLÝZA

FOSFORYLACE GLUKÓZY

• Reakce je ireverzibilní (uvolnění velké energie)

• Reakci katalyzují 4 enzymy

hexokináza (HK) I, II, III, IV• HK IV = glukokináza (GK - nachází se v játrech)

JAKÝ JE ROZDÍL MEZI HK IVA OSTATNÍMI HK?

Page 33: GLYKOLÝZA

FOSFORYLACE GLUKÓZYRozdíl mezi GK a ostatními HK:

• GK je pouze v játrech a pankreatu, ostatní ve všech buňkách.

• GK má větší specifitu pro glukózu.

• Hladina GK se zvyšuje působením inzulínu a záleží na množství GL ve v. portae.

• Množství HK I, II a III v buňkách zůstává stejné,

Page 34: GLYKOLÝZA

Katabolismus glukózy

štěpení na triózy

Embdenova-Meyerhofova dráha

dekarboxylací na pentózy

přes 6 P-glukonát

přímá oxidační dráha (hexosomonofosfátový zkrat)

Page 35: GLYKOLÝZA

REAKCE GLYKOLÝZY(ANAEROBNÍ GLYKOGENOLÝZA)

GLYKOLÝZA == ROZŠTĚPENÍ GLUKÓZY

Glukóza + 2 ADP + 2 Pi = 2 laktáty + 2H+ + 2 ATP

REAKCE PROBÍHÁ V CYTOPLAZMĚ BUNĚK

JÁTRA, SVALY A MYOKARD OBSAHUJÍ GLYKOGEN

GLYKOGEN SE ROZKLÁDÁ NA GLUKÓZO 6-FOSFÁT,KTERÝ VSTUPUJE DO REAKCÍ GLYKOLÝZY.

Page 36: GLYKOLÝZA

Proces tvorby glykogenu

• GLYKOGENEZE (ze sacharidů, konkrétně z G 6-P)

• GLYKONEOGENEZE (z neglukózových molekul na glukózu)

• Vzájemné přeměny mezi sacharidy, proteiny a tuky možné.

Page 37: GLYKOLÝZA

Glukóza Glykogen

Glukóza 6-P

Pyruvát

Laktát oxidace

Page 38: GLYKOLÝZA

Glukóza Glykogen

Glukóza 6-P

Pyruvát

Laktát oxidace

ANAEROBNÍ GLYKOLÝZAMUSÍ KONČIT VYTVOŘENÍM LAKTÁTU

Page 39: GLYKOLÝZA

Glukóza Glykogen

Glukóza 6-P

Pyruvát

Laktát

CYTOPLAZMA

Page 40: GLYKOLÝZA

Hlavní význam glykolýzy

1. Tvorba energie ve formě ATP.

2. Tvorba pyruvátu pro finální oxidaci v mitochondriích.

Page 41: GLYKOLÝZA

JEDNOTLIVÉREAKCE

GLYKOLÝZY

Page 42: GLYKOLÝZA

1

23

4

5 6

ATP ADP

+ P

HexokinázaMg2+

Adenosindifosfát

JEDNOTLIVÉREAKCE

GLYKOLÝZY

Page 43: GLYKOLÝZA

Glukóza

Glykogen

Glukóza 6-P

Hexokináza

ATP ADP

Fruktóza 6-P

Glukóza fosfát izomeráza

IZOMERACE - bez energetických nároků

Mg2+

Fosforyláza

Page 44: GLYKOLÝZA

Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-difosfátFosfofruktokináza

(PFK)

Mg2+

ADPATP

DOMINANTNÍ REGULÁTOR GLYKOLÝZY

Page 45: GLYKOLÝZA

Fruktóza 1,6-difosfát

Glyceraldehyd 3-P Dyhydroxyaceton P

Aldoláza

Trióza P-izomeráza

Nem

ůže se uplatnitpři glykolýze!

Trióza Trióza

6C

3C + 3C

Page 46: GLYKOLÝZA

Fruktóza 1,6-difosfát

Glyceraldehyd 3-P Dyhydroxyaceton P

Aldoláza

Trióza P-izomeráza

Nem

ůže se uplatnitpři glykolýze!

Trióza Trióza

BEZ ENERGETICKÝCH NÁROKŮ

Molekula glukózy (6 C) se rozštěpila na 2 molekuly glyceraldehydu 3-P.

Page 47: GLYKOLÝZA

glyceraldehyd 3-Ppřeměna aldehydové skupiny

na acidovou skupinu

Pianhydrátová vazbabohatá na energiiNAD+

NADH+ + H+1,3-di P glycerát

glyceraldehyd fosfát dehydrogenáza

+

3-P glycerát

ADP

ATP

fosfoglycerát kináza

Page 48: GLYKOLÝZA

V tento okamžik je energetický zisk nulový

Page 49: GLYKOLÝZA

Glukóza Glukóza 6-P

Hexokináza

ATP ADP

Mg2+

V tento okamžik je energetický zisk nulový

Spotřeba první molekuly ATP

Page 50: GLYKOLÝZA

Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-difosfátFosfofruktokináza

(PFK)

Mg2+

ADPATP

V tento okamžik je energetický zisk nulový

Spotřeba druhé molekuly ATP

Page 51: GLYKOLÝZA

V tento okamžik je energetický zisk nulový

glyceraldehyd 3-P se mění působením glyceraldehyd fosfát

dehydrogenázy a fosfoglycerát kinázy na 3-P glycerát

a vzniká ATP

Protože z 1 molekuly GL vznikají2 molekuly glyceraldehyd 3-P

mění se i 2 molekuly ADP na 2 molekuly ATP

Zisk 2 molekul ATP

Page 52: GLYKOLÝZA

V tento okamžik je energetický zisk nulový

Zisk 2 molekul ATPZtráta 2 molekul ATP

1 molekula GL = 2 molekuly 3-P glycerát

Page 53: GLYKOLÝZA

glyceraldehyd 3-Ppřeměna aldehydové skupiny

na acidovou skupinu

Pianhydrátová vazbabohatá na energiiNAD+

NADH+ + H+1,3-di P glycerát

glyceraldehyd fosfát dehydrogenáza

+

3-P glycerát

ADP

ATP

fosfoglycerát kináza

Page 54: GLYKOLÝZA

3 P-glycerát 2 P-glycerátmutáza

P-enolpyruvát

enoláza

ADPATP

Mg2+

pyruvát

H2O

pyruvát kináza

Mg2+

laktátlaktát dehydrogenáza

NADH + H+

NAD+

Pi

ZISK 2 MOLEKUL ATP

Page 55: GLYKOLÝZA

pyruvát

oxidacelaktát

MITOCHONDRIE

NADH+ + H+NAD+

1,3-di P glycerátglyceraldehyd 3-P

pyruvát laktát

Page 56: GLYKOLÝZA

LAKTÁT NENÍ ZBYTEČNÝ PRODUKT(jenom slepá cesta)

vstupuje z buněk do krve vstupuje z krve do jiných tkání, kde je oxidován na pyruvát a potom rozložen na CO2 a H2O vstupuje do jaterních buněk, kde se z něj může vytvořit glukóza (glukoneogeneze) může zůstat v buňkách, kde se vytvoří a může být zdrojem energie změněný na glykogen (opak glykolýzy)

Page 57: GLYKOLÝZA

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

Page 58: GLYKOLÝZA

Produkce energie

• Glyceraldehyd 3-P 3-P glycerát +ATP

• P-enol pyruvát Pyruvát +ATP

Celkem +2ATP

Všechno dvakrát +4ATP

• Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-P -ATP

• GL G-6-P -ATP

Celkem -2ATP

Čistý zisk +2ATP

Page 59: GLYKOLÝZA

Produkce energie

• Glyceraldehyd 3-P 3-P glycerát +ATP

• P-enol pyruvát Pyruvát +ATP

Celkem +2ATP

Všechno dvakrát +4ATP

• Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-P -ATP

• GL G-6-P -ATP

Celkem -2ATP

Čistý zisk +2ATP

Page 60: GLYKOLÝZA

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

Page 61: GLYKOLÝZA

Produkce energie

• Glyceraldehyd 3-P 3-P glycerát +ATP

• P-enol pyruvát Pyruvát +ATP

Celkem +2ATP

Všechno dvakrát +4ATP

• Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-P -ATP

Čistý ziskČistý zisk +3ATP +3ATP

Page 62: GLYKOLÝZA

Produkce energie

• Anaerobní glykogenolýza = 3 ATP

• Anaerobní glukolýza = 2 ATP

1 molekula ATP se spotřebuje při fosforylaci

glukózy po jejím vstupu do buňky

Page 63: GLYKOLÝZA

Disociace kyseliny mléčné

anion La- + proton [H+]

pokles intracelulárního pH

efekt glykolysy redukován

z 2 – 3 molekul ATP

na 1,0 až 1,2 molekuly ATP

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

Page 64: GLYKOLÝZA

1,0 až 1,2 molekuly ATP

Rozložením 1 mol ATP

10 kcal

10 – 12 kcal využitelné energie

přibližně jen dvojnásobek energie systém ATP-CP

Page 65: GLYKOLÝZA

10 – 12 kcal využitelné energie

Velmi malé množství energie

např. při běhu na 1500 m potřebuje organismus asi 120 kcal

Stačí na 150 m Stačí na 150 m

Page 66: GLYKOLÝZA

Pracující svaly mohou čerpat energii z glykolysy jen po velmi krátkou dobu

Vrchol anaerobní glykolysy dosažen už po 5 sekundách intenzivní práce

Po několik dalších sekund - intenzita glykolysy na stejné úrovni

potom začíná klesat a začíná ztrácet své dominantní postavení

0

glykolýza

Trvání práce (s)

100 150 200 250 300500

100

80

60

40

20

0

Pří

spěv

ek k

cel

kové

mu

en

erg

etic

kém

u v

ýdej

i (%

)

Page 67: GLYKOLÝZA

150 200 250500

100

80

60

40

20

0

Trvání práce (s)

Gustin a Lawson

90

Maximální výkon - prvních 5 až 10 s

ATP-CP - dominantní v prvních 1 – 2 s, v prvních 10 s 75 – 85 % pokles, minimální resyntéza ATP z CP ještě po 20 s

Anaerobní glykolýza - maximální rychlosti po 5 sekundách

výkon

ATP-CP

glykolýza

Pří

spěv

ek k

cel

kové

mu

en

erg

etic

kém

u v

ýdej

i (%

)

Page 68: GLYKOLÝZA

Význam laktátu pro řešení energetických požadavků při tělesné práci

Příspěvek glykolysy i ke krátkodobému intenzivnímu výkonu minimální

Jaký má glykolýza význam pro řešení energetických požadavků při tělesné práci?

Do 80. let minulého století

• glykolýza = slepá cesta

• laktát = odpadní produkt metabolismu

Vznik laktátu = svalová hypoxie

Přetrvávání laktátu v průběhu zotavení

= příčina svalové únavy

Page 69: GLYKOLÝZA

Richardson et al. (1998)

Protonová magnetická rezonanční spektroskopie

Zvýšená produkce laktátu

je důsledkem vzestupu poměru [ADP][Pi] / [ATP]

nedostatek okamžitě využitelné energie

silný stimulátor glykolýzy

Page 70: GLYKOLÝZA

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

• Přispívají ke zvýšení produkce kyseliny mléčné

Nedostatek kyslíku je pouze jedním ze spolupůsobících faktorů,

které vyvolávají vzestup tvorby krevního laktátu

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

Page 71: GLYKOLÝZA

Do 80. let minulého století

• glykolýza = slepá cesta

• laktát = odpadní produkt metabolismu

Přetrvávání laktátu v průběhu zotavení

= souvislost se svalovou únavou

Vznik laktátu = svalová hypoxie

Georg Brooks (1985)

HYPOTÉZA „LAKTÁTOVÉHO ČLUNKU“ HYPOTÉZA „LAKTÁTOVÉHO ČLUNKU“

Přehodnocení základního smyslu anaerobní glykolýzy

a její postavení při hrazení energetického výdeje v průběhu tělesné práce

Page 72: GLYKOLÝZA

Tvorba a následná distribuce laktátu do celého organismu

za podmínek intenzivní tělesné práce

hlavní mechanismus

koordinace intermediálního metabolismu různých tkání

LAKTÁT

Page 73: GLYKOLÝZA

La

La

La

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

La

La

La

La

La

Page 74: GLYKOLÝZA

Výměna laktátu mezi jednotlivými kompartmenty v klidu i při práci

dynamický proces

La

La

La

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

La

La

La

La

La

Laktát se simultánně využívá přímo ve svalech

oxidace

glykoneogeneze

nebo se ze svalů uvolňuje do intersticia

DYNAMICKÝ PROCES

Page 75: GLYKOLÝZA

La

LaMCT1

MCT4

MCT2

MCT1

La- H+La-

La-

H+

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

Page 76: GLYKOLÝZA

LaMCT1

MCT4

MCT2

MCT1

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

3. Višegrádsky kongres

Page 77: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

La-

La-La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

H+ La-

H+

La-

H+La-

H+

Pohyb H+ a La - v závislosti na koncentračních gradientech

Page 78: GLYKOLÝZA

Pohyb H+ a La - v závislosti na koncentračních gradientech

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

La-La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

H+ La-

H+

La-

H+La-

H+

Page 79: GLYKOLÝZA

La-

H+

La-

La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

H+

La-

H+

La-

H+La-

H+

MCT1

La-

Společný transport La- a H+ z plazmy do erytrocytů závislý na gradientu mezi plazmou a intersticiální

tekutinou

Page 80: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+H+

H+

H+La-

La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

La-

La-La-

La-

H+

H+

H+

La-

La-

La-

Page 81: GLYKOLÝZA

Erytrocyty zachycují La- z aktivních svalů

a dodávají ho na jiných místech jiným tkáním,

např. neaktivním svalům

La-

Page 82: GLYKOLÝZA

Erytrocyty zachycují La- z aktivních svalů

a dodávají ho na jiných místech jiným tkáním,

např. neaktivním svalům

Poměr mezi La- v erytrocytech a v plasmě je relativně stálý

a podobný za klidových i zátěžových podmínek.

Plasma obsahuje asi 70 % a erytrocyty asi 30 % celkového množství La- v krvi.

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

Page 83: GLYKOLÝZA

Erytrocyty zachycují La- z aktivních svalů

a dodávají ho na jiných místech jiným tkáním,

např. neaktivním svalům

Poměr mezi La- v erytrocytech a v plasmě je relativně stálý

a podobný za klidových i zátěžových podmínek.

Plasma obsahuje asi 70 % a erytrocyty asi 30 % celkového množství La- v krvi.

Výjimkou je začátek supramaximální zátěže, kdy vstup La- do plasmy je rychlejší než vstup La- do erytrocytů a hladina La- stoupá.

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-

La-La-

La-

La-

Page 84: GLYKOLÝZA

Trénink zvyšuje množství kapilár připadajících na jedno svalové vlákno

• Zvyšuje svalový krevní průtok

• Zvyšuje laktátový a protonový transport z krve do svalů

• Pomáhá udržovat příznivější extra- a intracelulární laktátový a protonový gradient

• Podporuje oxidaci laktátu ve svalové tkáni

La-

H+

La-

H+

La-

La-

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

H+ H+H+

La-

La-

H+

La-

Page 85: GLYKOLÝZA

Během práce glykolytická (bílá) svalová vlákna produkují laktát

• do mezibuněčných prostorů

• difunduje do oxidativních svalových vláken

kde je využíván jako energetický substrát

La

La

La

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

La

La

La

La

La

ideální tkáň pro využití laktátu

Page 86: GLYKOLÝZA

Myokard výrazně větší oxidativní kapacitu než kosterní svalstvo

Vzestup laktátu v krvi

Preference laktátu jako energetického substrátu (oxidace a glykoneogeneze)

La

La

La

La

La

La

La

La

La

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Page 87: GLYKOLÝZA

La

La

La

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

LaLa

La

La

La

La

La

La

La

La

La

Během zotavení nebo v průběhu prolongované práce mírné intensity

1. na začátku zátěže produkce laktátu

2. později absorbují a intenzivně využívají (oxidace, glykoneogeneze)

Page 88: GLYKOLÝZA

La-

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

H+

H+

H+La-

La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

La-

La-

La-

H+

H+

La-

Míra oxidace laktátu se mění

Nelze pomocí jeho hladiny v krvi usuzovat přímo na produkci laktátu ve svalech

H+

H+

La-

La-

Page 89: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

H+

H+

H+La- La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

La-

La-La-

La-

H+

H+

H+

La-

La-

La-

Míra oxidace laktátu se mění

nelze pomocí jeho hladiny v krvi usuzovat přímo na produkci laktátu ve svalech.

Page 90: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

H+

H+

H+La- La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

H+

La-

La-La-

La-

H+

H+

H+

La-

La-

La-

množství laktátu uvolněného do oběhu

vždy menší než množství, které se ve svalech vytvoří

Page 91: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

H+

La-

La-

La-

La-

H+

H+

H+

La-

La-

La-

H+

Rychlost produkce laktátu se zvyšuje

už při mírném zatížení (kolem 50 % VO2 max),

ale hladina cirkulujícího laktátu se zvyšuje jen málo

(v důsledku intenzivní intracelulární oxidace La-)

H+La-

H+

La-

Page 92: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

La-

H+

H+La-

Po 10 – 15 min se ustaluje krevní hladina laktátu,

pracující svaly takřka přestávají laktát produkovat

a stávají se jeho čistým konzumentem

H+

La-

La-

H+

Page 93: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

La-

H+

H+La-

H+

La-

La-

H+

Hladina krevního laktátu by měla klesat, ne?

Page 94: GLYKOLÝZA

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

La-

H+La-

H+

La-

H+

Neklesá, je stálá!

Laktát musí být uvolňován

během mírné zátěže i neaktivními svaly

a dalšími tkáněmi!

Page 95: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

La-

H+

H+La-

H+

La-

La-

H+

Proč?

Aby se mohl stát v pracujících svalech

snadno dostupným

energetickým substrátem!

Page 96: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

La-

H+

H+La-

Při větším zatížení (50 – 80 % VO2 max)

se hladina krevního laktátu zvyšuje výrazněji,

Jestliže práce trvá dostatečně dlouho

přestane se zvýšená hladina laktátu za 10 – 15 min měnit

a dosáhne rovněž setrvalého stavu

H+

La-

La-

H+

La-

H+La-

H+

La-

H+

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

La-

Page 97: GLYKOLÝZA

La-

H+

Svalová buňkaIntercelulární tekutinaCéva

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

La-

H+

H+La-

Při určité vysoké intenzitě zatížení

dosáhne hladina laktátu v setrvalém stavu

své maximální úrovně

maximální laktátový setrvalý stav

(maximal lactate steady state - MLSS)

H+

La-

La-

H+

La-

H+La-

H+

La-

H+

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

La-

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

H+

H+

La-

La-

Page 98: GLYKOLÝZA

Výkon, při kterém je dosažen MLSS (W-MLSS)

Nejvyšší intenzita zatížení, při které je oxidativní fosforylace adekvátní energetickým požadavkům

Při W-MLSS je asi 15 ± 5 % energetických požadavků kryto anaerobním metabolismem

bez ohledu na sportovní výkonnost vyšetřované osoby

anaerobní podíl

aerobní podíl

Page 99: GLYKOLÝZA

W-MLSS těsně závislý na zdatnosti a vytrvalostní výkonnosti

Čím zdatnější a vytrvalostně lépe disponovaný sportovec

tím vyššího výkonu dosáhne s dominantním přispěním aerobní fosforylace

W-MLSS - validní parametr pro určení optimální intenzity zatížení

získaný při stupňovaném testu do maxima

Page 100: GLYKOLÝZA

Podle koncepce „anaerobního prahu“:

Maximální setrvalý stav hladiny laktátu

(přechodu z dominantně aerobního do dominantně anaerobního hrazení energie)

je asi 4,0 mmol/L

Současné poznatky:

Koncentrace laktátu v kapilární krvi má při MLSS velkou variabilitu

!!! 2 – 8 mmol/L !!!

Individuálně variabilní dispozice tolerovat pokles pH

Nemá žádný vztah ke zdatnosti nebo sportovní výkonnosti!

Page 101: GLYKOLÝZA

Laktát poskytuje energii dvakrát:

1. Malé přilepšení 1 – 3 molekuly ATP (okamžitě)

2. Významný energetický substrát 36 molekul ATP (v průběhu práce a zotavení)

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

Pyruvát (3C)CO2

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

+

glykolýza aerobní fosforylace

Page 102: GLYKOLÝZA

Krátkodobý zážeh =

glykolýza

Nový směr = nová rychlost

= aerobní zpracování laktátu

Page 103: GLYKOLÝZA

pyruvát

laktát Acetyl-CoA

LDH PDH

65 % VO2 max

2 : 1

90 % VO2 max

3 : 1Pyruvát (3C)

CO2NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

Laktát je preferovaným energetickým substrátem

UTP Glykogen Pi

UDP G 1-P

G-fosforyláza

G 6-P

ADPATP IZOMERACE

GL hexokinázaF 6-P

F 1,6-P

Glyceraldehyd 3-P

IZOMERACE

PFKADP

ATPPifruktóza-difosfatáza

Glyceraldehyd 3-PP-enol pyruvát

NADNADH

ATP ADP

fosfoglycerát kináza

Glyceraldehyd dehydrogenáza

enoláza

pyruvát

ADP

ATPPyruvát kináza

laktát

LDHNADH

NAD

dtto

Koenzymy a transportéry monosacharidů (MCT)

Page 104: GLYKOLÝZA

3. Višegrádsky kongres

Page 105: GLYKOLÝZA

pyruvát

laktát Acetyl-CoA

LDH PDH

glukosa

s časem stoupá

s časem klesá

Při tělesné práci

Během tělesné práce

aerobní využití laktátu převyšuje využití glukózy

Laktát se stává hlavním aerobním substrátem

Page 106: GLYKOLÝZA

ZÁSADNÍ POSUN LAKTÁTOVÉHO PARADIGMATU

• Důkazy podporující laktátového mezibuněčného člunku

• Laktát jako produkt anoxie nebo dysoxie je spíše výjimkou než pravidlem

Laktát je

1. anaerobní metabolit v podmínkách anoxie

2. hypoxický metabolit v podmínkách dysoxie

3. aerobní metabolit v podmínkách adekvátního zásobení kyslíkem a utilizace glukózy nebo glykogenu jako energetického substrátu

Laktátové paradigma