Download
1 / 47
1.01k likes | 1.72k Vues
متابولیسم پروتئین ها در فعالیت های ورزشی. پروتئین ها.
E N D
متابولیسم پروتئین ها در فعالیت های ورزشی
پروتئین ها • پروتئين ها مولکولهايي هستند که مسئوليت آنچه را که در سلول ها و اعضاء اتفاق مي افتد بر عهده دارند. مي توان آنها را مولکولهاي فعال در نظر بگيريم، از اين جهت كه امكان دارد اين آنزيم ها باشند که همه واکنش هاي شيميايي داخل بدن را کاتاليز مي کنند. يا مولکولهاي گيرنده داخل سلول ها ، داخل غشاء و يا روي غشاء باشند که به مواد خاص متصل مي شوند. بيست نوع اسيد آمينه مختلف براي ساختن پروتئين ها استفاده شده اند. 100 اسيد آمينه ، تشکيل يک پروتئين کوچک را مي دهند.اطلاعات ژنتيکي از هر نوعي که باشند، ساختار DNA دارند و اين عاملي است که نوع و مقدار پروتئين سنتز شده در سلول موجود زنده را مشخص مي کند. ساختمان کلي آمينو اسيدها به صورت زير است .
1- در کنارساختار اسید آمینه2- ساختار یونی3- پیوند دو اسید آمینه که تشکیل پپتید می دهند
گروههاي اسيدي اصلي در اسيد هاي آمينه که پروتونه هستند:cooH,NH3 گروههاي بازي اصلي در اسيد هاي آمينه که غير پروتونه هستند: coo,NH2
ظرفيت عضله براي اکسيداسيون اسيدهاي آمينه(AA) محدود است و در مورد عضله پستانداراننشان داده شده است که تنها توانايي اکسيداسيون 6 AAرا دارند(آلانين ، اسپارتات ، گلوتامات، لوسين ، ايزولوسين و والين). از ميانآنها 3 تاي آخر به اسيد هاي آمينه شاخه دارد معروفند که به لحاظ کمي احتمالاً بيشترين اهميت را دارا هستند. • پیامد ومشکل اکسیداسیون اسید آمینه شاخه دار : 1- عدم دفع گروههای آمینی • 2- تراکم آنها در عضله.
در نتيجه بعضي ازاسیدآمینه بر اثر واکنش ترانس آميناسيون به پيروات منتقل شده و به شکل آلانين در مي آيند . سپس آلانين به کبد رفته و در آنجا وارد چرخه اوره مي شود .
در ترانس آميناسيون ، گروه آمين يک آمينواسيد را به α - کتوگلوتارات انتقال مي دهد و توليد گلوتامات و يک کتواسيد جديد می دهد. • واکنش 5 : • کتو اسید جدید + گلوتامات آمینواسید + ketoglotarate
ترانس آميناز ها گروه آمين را از AA به آلفا كتوگلوتارات انتقال مي دهند. ترانس آميناز ها هم در ماتريکس ميتوکندري و هم در سيتوزول انجام مي گيرند ، ولي دآميناز ها تنها در ماتريکس واکنش انجام مي دهند.کار دآميناز ها آمين زدايي است. به عنوان مثال به واکنش زير که توسط گلوتامات دهيدروژناز کاتاليز مي شود توجه کنيد:
پس در ورزش منبع اصلي توليد يون آمونيم واکنش گلوتامات دهيدروژناز است. گلوتامين در عضله زياد است و بر اساس واکنش هاي زير سنتز مي شود. در عضله : و در ميتوكندري هاي كبدي :
در عضله استراحتی ، اکسیداسیون اسیدآمینه 10 درصداز کل نوسازی ATP رابرعهده دارد. درجریان ورزش ازآنجایی که میزان اکسیداسیون سوخت های دیگر افزایش می یابد، لذا نقش اسیدآمینه درنوسازی ATP کاهش پیدا می کند. • اما زمانی که گلیکوژن به اتمام برسد سهم اکسیداسیون اسید آمینه برای تولید انرژی مهمتر می گردد. • آلانین وگلوتامین: اسیدآمینه های کلیدی در انتقال نیتروژن بین بافتها به شمار می روند. • بیشترین نیتروژنی که درزمان گرسنگی عضله راترک می کند.به شکل یکی از این دو نوع اسیدآمینه می باشد.
تفاوت جنسی ومیزان آمونیاک پلاسمایی • در حين تمرين فوق العاده شديد آمونياک پلاسما از تجزيه AMP به IMP و آمونياک، ناشي مي شود( نورمن و همكاران1996). تجمع IMP به عنوان مارکري براي توليد آمونياک در عضله اسکلتي در حين تمرين فوق العاده شديد مورد استفاده قرار مي گيرد. تجمع IMP در تارهاي نوعII بيشتر از تارهاي نوع I مي باشد.
تجمع IMPعضلانی طی 30 ثانیه تمرین سرعتیدرتارهای نوع اول ودوم
نتايج بدست آمده در ارتباط با آمونياک پلاسما نشان داد که غلظت آمونياک پلاسمايي در زنان35درصد کمتر از مردان است. اين اختلاف تجمع آمونياکي به جنس مربوط مي شود . تصوير بعدی نشان داده شده تارهاي نوع دوم در مردان بيشتر از زنان است و با توجه به موارد بيان شده در ابتداي همين بحث تجمع آمونياک در تارهاي نوع دوم بيشتر از تارهاي نوع اول است.تصوير 5-7 غلظت آمونياک پلاسما را در قبل ، 3 ، 6و 9 دقيقه بعد از يک فعاليت تمريني 30 ثانيه اي را نشان مي دهد.
این تصویر غلظت آمونیاک پلاسمایی پیش از تمرین و3و6و9 دقیقهپس از 30 ثانیه فعالیت سرعتی
دلايل متفاوتي براي اختلاف بين تجمع آمونياک پلاسما و IMP وجود دارد. اول اينکه اين تفاوت مي تواند بدليل وجود ديگر منابع آمونياکي نسبت به دآميناسيون AMP باشد . • دوم اينکه تفاوت جنسي (توده عضله ران بين دو جنس) مي تواند ملاک باشد. شواهد نشان مي دهد که سطح قدرت زنان 25 درصد کمتر از مردان است . همچنين زنان تقريبا 13 درصد حجم پلاسمايي کمتري نسبت به مردان دارند. دليل سوم اينکه افزايش کتکولامين هاي پلاسما به دنبال تمرينات کوتاه مدت شديد ، در زنان کمتر است در نتيجه اين مورد به انقباض پذيري عضلات غير فعال مثل کليه ، منجر شده و لذا آمونياک بيشتري در زنان نسبت به مردان دفع مي شود .
آمونياک و هيپوگزانتين پلاسمايي در فعالیتهای طولانی اکسی پورین ها ،مانند: 1- هیپوگزانتین 2- گزانتین 3- اوره افزایش پیدا می کنند. غلظت هيپوگزانتين( (HX پلاسما در زمان استراحت 1.3μmol/l بود که در زمان خستگي به 8 برابر اين مقدار رسيد . هنگام مواجه با خستگي در آزمودني هاي با هيپوگزانتين بالا ، منجر به کاهش درجمع کل آدنيلات( (TAN عضله و افزايش IMP عضله گرديد .
HX پلاسما يک مارکر تجزيه آدنين نوکلئوتيد مي باشد .در حين تمرين شديد TANبه IMP و آمونياک تجزيه مي شود(تصوير 6-7) . IMP خود دوباره مي تواند از طريق چرخه پورين به AMP تبديل شده يا اينکه به HX مبدل گردد. برعکس NH3 ، تشکيل HX فقط از طريق کاتابوليسم نوکلئوتيد هاي پورين مي تواند اتفاق افتد . اجزاء فسفوريله NH3 و HX مي توانند به داخل غشاء سلولي نفوذ کنند .
نمایی ازمسیرهای متا بولیکی اصلی که کاتابولیسمIMP را شامل می گردد.
تمرينات استقامتي موجب کم تر شدن IMP پلاسما و غلظت NH3 پلاسما (ناشی از تمرین) می شوند، که احتمالاً تمرين منجر به افزايش در پتانسيل هوازي عضله مي گردد . افزايش سطوح پلاسمايي اکسي پورين ها در حين تمرين با شدت متوسط همراه با کاهش در TAN عضله ، همچنين افزايش در IMP است. ارتباط ميان HX پلاسما و لاکتات خون مثبت و همچنين ارتباط ميان HX پلاسما و استقامت منفي است.
HX پلاسمايي 10 تا 20 دقيقه بعد از تمرينات با شدت بالا به اوج خود مي رسد كه 2 تا 4 برابر بيشتر از ميزاني است که بلافاصله پس از تمرين اندازه گيري مي شود . • افزايش تاخيري در HXپلاسما مربوط به محدوديت حرکتي در تشکيل و رهايش HX مي باشد.
بعد از تمرین با شدت متوسط HX پلاسما در هنگام خستگی و5 دقیقه بعد از تمرین مشابه است ومتضاد با نتایجی است که پس ازتمرین شدید بدست آمده است. • علت : میزان تجزیه آهسته تر TAN وشیب پایینتر HXبین عضله وخون حین تمرین با شدت متوسط در مقایسه با شدت بالاباشد. • در حین ریکاوری NH3پلاسما با نیمه عمری در حدود 5 دقیقه کاهش می یابد که این زمان بعد از تمرین شدید سریعتر می باشد( نیمه عمر 20 دقیقه ای)
. کاهش سريعتر در NH3 پلاسما ممکن است نشان دهنده اين واقعيت باشد که شيب پلاسمايي عضله در انتهاي تمرين با شدت متوسط ، پايين تر از نتايج مشاهده شده در تمرين با شدت بالاست • افزايش در NH3 پلاسما ، از دآميناسيون TAN به IMP ناشي شده است و رابطه بين NH3 و HX را در پلاسما توضيح مي دهد • سطوح پلاسمايي اکسي پورين در حين تمرين با شدت متوسط افزايش مي يابد آزمودنی هایی با HXTAN عضله • و افزایش در IMP را نشان دادند.
ارتباط میان تجمع NH3پلاسما وتجمع HXپلاسما پس از 60 دقیقه تمرین
مروري بر آرژينوسوکسينات سنتتاز از چرخه اوره تا چرخه سیترولین – نیتریک اکساید ASآرژنین سوکسینات یک پیش نیاز فوری برای تبدیل به آرژنین در سیکل اوره درکبد نیتریک اکساید : یک گاز ساده سیگنال اصلی پاراکراینی درسلولهای : 1- عصبی 2- تنفسی 3- ایمنی قادراست مستقیما از عرض غشاء پلاسما عبوروبه سلولهای هدف برسد عمل : اتساع عروق
ASSسه عملکرد متفاوت در ارگانیزم بالغ دارا می باشد1- سم زدایی آمونیاک در کبد A2- تولید آرژنین بوسیله قشر کلیه B3- سنتز آرژنین برای تولید نیتریک اکساید دردیگرسلولها C
به عنوان مرحله کليدي در توليد اورهASS • ژن ASS چند روز قبل از تولد بيان مي شود . افزايش فعاليت ASS با سطح mRNA موازي است . • افزايش بيان ژنيASS هنگام تولد 50 درصد بيشتر از زمان بلوغ مي باشد . • افزايش گلوکوکورتيکوئيدها روي ASS با افزايش در سطح mRNAدر ارتباط است.درنتیجه منجر به افزایش درنسخه برداری ژن ASSمیشود. • نکته قابل توجه اينکه پاسخ به گلوکوکورتيکوئيدها بوسيله سيكلوهگزيميد مهار مي شود .
کورتيزول و گلوکاگن به طور همزمان باعث افزايش فعاليت ASS مي شوند . به علاوه انسولين اثر مخالفي بر کورتيزول دارد. • در کبد بالغ گلوکاگن به تنهايي فعاليت ASS را از طريق افزايش در cAMPافزايش داده است . • هورمون رشد فعاليت ASS و سطح mRNA را کاهش مي دهد • مصرف پروتئين باعث افزايش فعاليت و مقدار ASS شده و با افزايش سطح mRNA مرتبط است • . برخي آمينواسيدها بر افزايش فعاليت ASS تاثير دارند (نظير : آلانين ، گلايسين و متيونين) . • .
گلوتامین باعث افزایش فعالیت ASS و RNA m شده در موش بالغ فقدان پروتئین فعالیت ASS کلیوی را تغییر نداده گرچه سطح RNAm راافزایش می دهد. تنظیم ASS در کلیه وروده متفاوت از کبد است. ASSمرحله محدود کننده در تولید Noمیباشد.
آرژنین سیترولین تحت آنزیم ASS با اسپارتات به AS تبدیل می شود تحت آنزیم آرژینوسوکسینات لیاز اوره واورنیتن تبدیل به آرژنین تحت آنزیم NOS به عقب برمی گردد سوبسترایی برای تبدیل مجدد به سیترولین تولید NONOرا نیز تولید می کند چرخه آرژنین – سیترولین
ايزوفرم هاي NOS • NOS داراي سه ايزوفرم مشخص به شرح ذيل مي باشد : • 1- nNOS = نروني ، • 2- eNOS = اندوتليالي ، • 3- iNOS = القايي(القا شده توسط سيتوکين) . • اين ايزوفرم ها دو روش براي بروز دارند: نوع e و nبه طور بنيادي و به مقادير کم در سلول ها وجود دارند ، در نتيجه به دنبال افزايش يون کلسيم درون سلولي و در حضور کالمودولين افزايش مي يابند و در اثر ورود کلسيم NO توليد مي شود . اما نوع iNOS به افزايش کلسيم داخل سلولي نيازي ندارد .
گلوتامین پیش ساز اصلی نیتروژن اوره است • به دنبال متابولیسم گلوتامین از مسیر گلوتامینازوابسته به فسفات • گلوتامات آمونیاک • بااسپارتات کسر کمتری از آمونیاک • ترانس آمینه می شود تحت واکنش گلوتامات دهیدروژناز • قرار میگیرد. • دومین نیتروژن اوره فراهم میشود
متابوليسم گلوتامين کبدي • گلوتاميناز و گلوتامين سنتتاز در کبد به ميزان زيادي فعال هستند . • اگرچه کبد از طريق سرخرگ هپاتيکي خون را دريافت مي کند اما اکثريت آن (82 درصد) از طريق سياهرگ پورتال انتقال مي يابد • که مصرف گلوتامين در کبد بالا مي باشد .. • بنابراين با توجه به فعاليت هاي بالاي گلوتامين سنتتاز و گلوتاميناز ، کبد مي تواند گلوتامين را به گردش خون اضافه يا از خون برداشت کند
کبد مقدار زیادی گلوتامین رابا تولید همزمان اوره وگلوکزاستفاده می کند. • گلوتامین سنتتاز دریکی از سه لایه اطراف سیاهرگ قراردارد. • گلوتامینازو گلوکونئوژنزیر به همراه اوره سنتتاز درناحیه اطراف پورتال قرار دارد . جدا سازی فیزیکی استفاده وسنتز گلوتامین به کبد این اجازه را می دهد.که آمونیاک اضافی رااز گردش خون بردارد، آمونیاک گلوتامین علاوه برسایر اسیدهای آمینه درخون برای سنتز اوره بوسیله سلولهای اطراف پورتال استفاده می شود.
با وجود این چون میل ترکیبی اوره وآمونیاک پایین است مقداری از آمونیاک در سلولهای اطراف پورتال سم زدایی می شود. • به دلیل اینکه میل ترکیبی گلوتامین سنتتازبا آمونیاک زیاد است باقیمانده آمونیاک توسط سلولهای اطراف سیاهرگی برداشته می شود مورد استفاده گلوتامین سنتتاز قرار می گیرد. • گلوکز • اوره • درسلولهای اطراف سیاهرگی، آمونیاک درگردش خون سوبسترای اولیه برای نیتروژن ساخته شده ازگلوتامین می باشد. تولید نهایی کاتابولیسم گلوتامین
اثر مکمل آرژنین – سیترولین واورنیتین برعملکردمتابولیسم موش های تمرین کرده • اين چنين بيان شده است که در حين تمرين شديد ، توليد زياد آمونياک و IMP در عضله تمرين کرده وجود دارد . به نظر مي رسد دآميناسيون AMPبه IMP و آمونياک ، واکنش هاي کاتاليزوري را توسط آدنيلات کينازها تسهيل بخشد . توليدIMPو آمونياک مي تواند چشمگير باشد . افزايش ناتواني عضله براي توليد ATP از طريق فسفوريلاسيون اکسيداتيو به تثبيت خستگي عضله مرتبط مي شود . تجمع آمونياک براي ارگانيسم ها بسيار سمي است. .
از آنجايي که در فعاليت برخي آنزيم هاي مولد جريان دخالت مي کند ، نفوذپذيري سلول را به يون ها تغيير داده و همچنين، نسبت NAD+/NADH رانيز تغيير مي دهد . • لذا براي اجتناب از اين تجمع ، سيکل اوره در کبد مسئول برداشت آمونياک به شکل اوره است . محل مهم ديگري که سم زدايي آمونياک در آن انجام مي گيرد ، عضله اسکلتي است که ظرفيت بالايي را در بافرينگ آمونياک توسط توليد آلانين از پيروات و گلوتامين از گلوتامات و آلفا كتوگلوتارات را در واکنش هاي ترانس آميناسيون دارد .
اثر تمرين تناوبي شديد بر غلظت پلاسمايي گلوتامين و اسيدهاي ارگانيک (لاکتات ، اسيد هاي چرب آزاد ، بتا- هيدروكسي بوتيرات) • . گلوتامين آمينواسيد فراواني است که در عضلات و پلاسماي انسان وجود دارد. غلظت پلاسمايي طبيعي گلوتامين در مردان به ميزان 600μm به ثبت رسيده است . • گلوتامين سوبستراي ضروري براي عملکرد مناسب سلول هاي ايمني مي باشد . افت در غلظت گلوتامين پلاسمايي بعد از تمرين ممکن است براي عملکرد سلول ايمني مضر باشد و افراد را به عفونت بيشتر مستعد کند .
نقش های گلوتامین • 1- انتقال نيتروژن ميان ارگان ها ، • 2- سم زدايي آمونياک و حفظ تعادل پايه اسيدي در حين اسيدوز • 3- پيش ساز نيتروژن براي سنتز نوکلئوتيد ها • 4- به عنوان سوخت براي سلول هاي غشاء مخاطي روده • 5- تنظيم سنتز پروتئين و تجزيه پروتئين
همچنين يک سوخت مهم براي سلول هاي سيستم ايمني مي باشد ، بويژه ماکروفاژها و لنفوسيت ها • روده کوچک اغلب گلوتامين را براي هضم پروتئين غذايي مورد استفاده قرار مي دهد . عضلات اسکلتي توانايي آنزيمي را جهت سنتز گلوتامين دارند و ميزان بسيار زيادي از انتقال گلوتامين براي استفاده (عضلات) شناخته شده است • نقش مهم عضله اسکلتي در متابوليسم گلوتامين ، بررسي اثرات کار عضلاني شديد را روي سطوح گلوتاميني پلاسمايي ، حين و پس از تمرين را موجب شده است .
افزايش در غلظت آمونياک پلاسما 5 دقيقه پس از تمرين احتمالاً بدليل تجزيه نوکلئوتيد آدنين است نه کاتابوليسم اسيد آمينه . افت معني داردرغلظت گلوتامين پلاسما در 5ساعت پس از تمرين درقياس با استراحت ، با افزايش در غلظت آمونياک پلاسما همراه نمي شود . • کاهش درغلظت گلوتامين پلاسما 5 ساعت پس از تمرين مي تواند به خاطرتوالي افزايش مصرف گلوتامين کليوي باشد . بدنبال اسيدوز متابوليکي ، کليه ها گلوتامين را به عنوان منبع آمونياک برداشت مي کنند که مي تواند براي بافر يون هيدروژن ، مورد استفاده قرار گيرد
غلظت گلوتامين پلاسما پس از 4 روز رژيم غذايي کم کربوهيدرات کاهش داشت . • مصرف زياد پروتئين در رژيم غذايي و افزايش متابوليسم FFA و اجسام کتوني دليل اسيدوز متابوليکي مزمن بوده که با 25 درصد کاهش در غلظت گلوتامين پلاسما مرتبط مي باشد . • در پاسخ به روند اسيدوز ، کليه ها مصرف گلوتامين را از خون افزايش مي دهد.
در سلول هاي توبول ديستال ، گلوتامين بوسيلهگلوتاميناز وآمونياک دآمينه مي گردد . طوري که به داخل توبول هاي کليوي رها مي شود . NH3 + H NH4 در نتيجه اين بافر ، يون هاي هيدروژن به داخل نفرون ترشح ميشود . همان گونه که کليه ها گلوتامين پلاسما را جهت بافراسيدوز پس از تمرين استفاده قرارمي دهند ، غلظت گلوتامين پلاسما ممکن است بوسيله رهايش گلوتامين از ديگر ذخاير بافتي حفظ شود .
برون داد گلوتامين از عضله اسکلتي توسط غلظت بالاي گلوکوكورتيکوئيدهايي نظير کورتيزول افزايش مي يابد(رنين و همكاران 1994) . • غلظت گلوتامين پلاسمايي پايين تر در 5 ساعت پس از تمرين ممکن است نتيجه تخليه اين ذخائر و يا رهايش از عضله ، جهت نگه داشتن مصرف گلوتامين توسط کليه ها باشد • بازيافت غلظت گلوتامين پلاسما در 24 ساعت پس از تمرين شايد ناشي از حذف اسيدوز متابوليکي و از سرگيري رژيم غذايي طبيعي باشد .
در حدود 30 تا 70 ميلي مول از يون هيدروژن به صورت يون آمونيوم در روز به طور طبيعي دفع مي شود (بيشتر آن ناشي از تجزيه گلوتامين است) . اما در اسيدوز مزمن بين 3 تا 5 روز افزايش سازگاري ، دفع يون آمونيم ممکن است به بالاي 300ميلي مول در روز برسد ، در نتيجه اين مي تواند توضيحي براي غلظت گلوتامين پلاسمايي پايين مشاهده شده در ورزشکاران با سطح تمرينات طولاني ، به حساب آيد .
