Năng lượng yếm khí so với hiếu khí trong cơ thể

2022-08-23 07:41 AM

Năng lượng ATP có thể sử dụng cho các hoạt động chức năng khác nhau của tế bào như tổng hợp và phát triển, co cơ, bài tiết, dẫn truyền xung động thần kinh, hấp thu tích cực.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Năng lượng kỵ khí là năng lượng được giải phóng từ thức ăn được chuyển hoá mà không có sự tham gia của oxy; năng lượng hiếu khí là năng lượng được giải phóng từ chuyển hoá thức ăn có sự tham gia của oxy. Carbohydrate, chất béo, và protein đều có thể bị oxi hoá cho năng lượng ATP. Tuy nhiên, carbohydrate là loại thức ăn chính duy nhất có thể cung cấp ATP qua chuyển hoá yếm khí; chuyển hoá này xảy ra trong quá trình đường phân từ glucose hoặc glycogen thành pyruvic acid. Mỗi phân tử glucose tạo thành hai phân tử pyruvic acid, 2 ATP được tạp thành. Tuy nhiên, khi glycogen dự trữ trong tế bào chuyển hoá thành pyruvic acid, mỗi phân tử glucose trong glycogen có thể tạo nên ATP. Đó là do một phân tử glucose tự do khi vào tế bào phải được phosphoryl hoá bằng cách sử dụng 1 ATP trước khi nó được chuyển hoá; trong khi glucose giải phóng từ glycogen vốn đã ở trạng thái phosphoryl hoá, không cần kết hợp với ATP nữa. Vì vậy nguồn cung cấp năng lượng tốt nhất trong trạng thái yếm khí là glycogen dự trữ trong tế bào.

Năng lượng yếm khí trong trạng thái thiếu oxy

Một ví dụ của yếm khí là trong tình trạng thiếu oxy cấp tính. Khi một người ngừng thở, một lượng nhỏ oxy được dự trữ trong phổi và một lượng nhỏ được lưu trữ trong hemoglobin của hồng cầu. Lượng oxy này chỉ đủ cho quá trình chuyển hoá thực hiện chức năng trong 2 phút. Để cơ thể sống được, cần có một nguồn năng lượng thay thế. Năng lượng này có thể được giải phóng trong một vài phút nhờ quá trình điện phân - là quá trình mà glycogen trong tế bào bị phân giải thành pyruvic acid, và pyruvic acid chuyển thành lactic acid, khuếch tán ra ngoài tế bào.

Năng lượng yếm khí trong hoạt động gắng sức được giải phóng chủ yếu từ con đường đường phân

Cơ xương có thể thực hiện hoạt động gắng sức cực mạnh trong thời gian vài giây nhưng không có khả năng kéo dài được lâu. Phần lớn năng lượng cần thêm cho hoạt động gắng sức không thể được cung cấp bởi hiếu khí bởi vì chúng đáp ứng quá chậm. Thay vào đó, năng lượng này được cung cấp bởi yếm khí: (1) ATP sẵn có trong tế bào cơ, (2) phosphocreatine trong tế bào, và (3) yếm khí bằng con đường đường phân chuyển glycogen thành lactic acid.

Lượng tối đa ATP trong cơ chỉ khoảng 5 mmol/L trong dịch nội bào, và lượng ATP này chỉ đủ để duy trì hoạt động co cơ chưa đầy một giây. Lượng phosphocreatine gấp khoảng 3-8 lần, nhưng dù dùng hết lượng phosphocreatine, co cơ tối đa cũng chỉ duy trì được 5 đến 10 giây.

Năng lượng sinh ra từ con đường đường phân nhanh hơn so với hiếu khí. Dẫn tới, phần lớn năng lượng cần thêm cho hoạt động gắng sức kéo dài trên 5-10 giây nhưng dưới 1-2 phút được cung cấp bởi đường phân yếm khí. Do đó lượng glycogen trong cơ sẽ giảm dần trong thời gian gắng sức, trong khi nồng độ lactic acid trong máu tăng lên. Sau khi gắng sức kết thúc, xảy ra quá trình chuyển hoá hiếu khí để chuyển lactic acid thành glucose; phần còn lại chuyển thành pyruvic acid và đi vào chu trình citric acid. Sự tái tổng hợp glucose xảy ra chủ yếu trong tế bào gan, và glucose đi vào trong máu rồi trở về cơ, nơi nó được dự trữ một lần nữa dưới dạng glycogen.

Việc tiêu thụ thêm oxy để trả nợ sau khi hoàn thành bài tập gắng sức

Sau hoạt động gắng sức, cơ thể tiếp tục thở nhanh và tiêu thụ một lượng lớn oxy ít nhất vài phút và đôi khi tới một giờ sau. Lượng oxy tiêu thụ thêm này dùng để (1) chuyển lactic acid sinh ra trong hoạt động gắng sức thành glucose, (2) chuyển adenosine monophosphate và ADP thành ATP, (3) chuyển creatine và phosphate thành phosphocreatine, (4) thiết lập lại nồng độ oxy trong hemoglobin and myoglobin, và (5) tăng nồng độ oxy trong phổi trở về mức bình thường. Lượng oxy tiêu thụ thêm sau hoạt động gắng sức được gọi là trả nợ oxy.

Nguyên lý nợ oxy có mối liên quan với sinh lý thể thao. Khả năng nợ oxy đặc biệt quan trọng đối với các vận động viên điền kinh.

Tóm tắt về chuyển hoá năng lượng của tế bào

Chuyển hoá yếm khí của glycogen và glucose tạo thành ATP và chuyển hoá hiếu khí hợp chất hữu cơ như carbohydrate, chất béo, protein, và những chất khác để tạo thêm ATP. Ngoài ra, luôn có quá trình chuyển hoá thuận nghịch giữa ATP và phosphocreatin trong tế bào, và vì lượng phosphocreatin trong tế bào nhiều hơn ATP nên năng lượng được lưu trữ chủ yếu dưới dạng này.

Sơ đồ chuyển giao năng lượng từ thực phẩm

Hình. Sơ đồ chuyển giao năng lượng từ thực phẩm đến hệ thống axit adenylic và sau đó đến các phần tử chức năng của tế bào.

Năng lượng ATP có thể sử dụng cho các hoạt động chức năng khác nhau của tế bào như tổng hợp và phát triển, co cơ, bài tiết, dẫn truyền xung động thần kinh, hấp thu tích cực, và các hoạt động chức năng khác. Nếu phần lớn năng lượng cần cho hoạt động sống của tế bào được cung cấp bởi chuyển hoá hiếu khí, dự trữ phosphocreatine được sử dụng đầu tiên, sau đó chuyển nhanh sang chuyển hoá yếm khí glycogen. Dù chuyển hoá hiếu khí không thể cung cấp lượng lớn năng lượng nhanh như chuyển hoá yếm khí, nhưng do được sử dụng muộn hơn, chuyển hoá hiếu khí có thể tiếp tục, miễn là nguồn dự trữ năng lượng (chủ yếu là chất béo) vẫn còn.

Bài viết cùng chuyên mục

TSH từ thùy trước tuyến yên kiểm soát bài tiết hormon giáp

Kết hợp TSH với receptor đặc hiệu trên bề mặt màng tế bào tuyến giáp, hoạt hóa adenylyl cyclase ở màng tế bào, cuối cùng cAMP hoạt động như một chất truyền tin thứ 2 hoạt hóa protein kinase.

Cơ chế tác động nội bào của testosterone

Testosteron kích thích tăng sản xuất protein ở hầu hết các mô trong cơ thể, đặc biệt là ở các mô cơ quan chịu trách nhiệm cho sự phát triển đặc tính sinh dục nam nguyên phát hoặc thứ phát.

Synap thần kinh trung ương: synap hóa và synap điện

Sự dẫn truyền tín hiệu tại ở loại synap hóa học chỉ theo 1 chiều, từ sợi thần kinh tiết ra chất dẫn truyền (được gọi là sợi trước synap) đến sợi sau nó (được gọi là sợi sau synap).

Những chức năng đặc biệt ở trẻ sơ sinh

Đặc trưng quan trọng của trẻ sơ sinh là tính không ổn định của hệ thống kiểm soát hormone và thần kinh khác nhau, một phần là do sự phát triển chưa đầy đủ của các cơ quan và hệ thống kiểm soát chưa được thích nghi.

Thùy sau tuyến yên và mối liên quan với vùng dưới đồi

Khi tín hiệu thần kinh được chuyển xuống qua các sợi từ nhân trên thị hay nhân cận não thất, hormone ngay lập tức được tiết ra từ các túi tiết ở các đầu tận thần kinh qua cơ chế bài tiết thông thường của oxytocin và chúng được hấp thụ vào các mao mạch cạnh đó.

Sinh lý tiêu hóa ở ruột non

Khi bị tắc ruột, để đẩy nhũ trấp đi qua được chỗ tắc, nhu động tăng lên rất mạnh gây ra triệu chứng đau bụng từng cơn, và xuất hiện dấu hiệu rắn bò

Vi tuần hoàn não: hệ thống mao mạch não

Thành của các tiểu động mạch nhỏ sát mao mạch trở lên rất dày ở những người có tăng huyết áp, và các tiểu động mạch đó duy trì tình trạng co thắt rõ rệt liên tục nhằm ngăn áp lực cao truyền đến mao mạch.

Tầm quan trọng của trung tâm thưởng phạt của hệ limbic đối với hành vi

Trải nghiệm của con vật qua trải nghiệm cảm giác gây ra trạng thái thưởng hay phạt sẽ được ghi nhớ lại. Điện não đồ cho thấy yếu tố trải nghiệm cảm giác luôn luôn kích thích nhiều vùng trên vỏ não.

Đại cương sinh lý thần kinh cao cấp

Người và các loài động vật cao cấp có một số hành vi và thái độ đáp ứng với hoàn cảnh mà các quy luật sinh lý thông thường không giải thích được. Ở ngườiì khi vui thì ăn ngon miệng, khi buồn thì chán không muốn ăn, mặc dầu đói.

Đại cương sinh lý tiêu hóa

Bài tiết ra các enzym và nước để thủy phân thức ăn, biến thức ăn từ chỗ xa lạ đối với cơ thể thành những sản phẩm tiêu hóa mà cơ thể có thể thu nhận được.

Dược lý của hệ thần kinh tự chủ

Các thuốc có tác dụng gián tiếp lên hệ giao cảm tại vị trí các cơ quan đích của hệ giao cảm bị kích thích trực tiếp. Bao gồm các thuốc ephedrine, tyramine, và amphetamine.

Sinh lý thần kinh bán cầu đại não

Để nghiên cứu các vùng chức năng của vỏ não, người ta phân chia vỏ não theo nhiều cách khác nhau. Trong đó, cách phân chia vỏ não thành 50 vùng đánh số từ 1 đến 50 của Brodmann là thông dụng hơn cả.

Sóng hô hấp trong áp suất động mạch

Tăng huyết áp trong giai đoạn sớm của thì thở ra và giảm trong phần còn lại của chu kỳ hô hấp. Khi thở sâu, huyết áp có thể tăng 20mmHg với mỗi chu kỳ hô hấp.

Điều hòa thần kinh trong việc bài tiết nước bọt

Sự kích thích giao cảm có thể làm tăng một lượng nhỏ nước bọt - ít hơn so với kích thích phó giao cảm. Thần kinh giao cảm bắt nguồn từ các hạch cổ trên và đi dọc theo bề mặt của các mạch máu tới tuyến nước bọt.

Phản xạ duỗi chéo: phối hợp vận động của các chi

Các tín hiệu thần kinh cảm giác vào tủy sống thì bắt chéo sang bên đối diện để kích thích duỗi cơ. Vì phản xạ duỗi chéo chỉ bắt đầu từ 200 - 500 ms sau khi kích thích đau xảy ra.

Tiếng tim bình thường: nghe tim bằng ống nghe

Các vị trí để nghe tiếng tim không trực tiếp trên chính khu vực van của chúng. Khu vực của động mạch chủ là hướng lên dọc theo động mạch chủ, và khu vực của động mạch phổi là đi lên dọc theo động mạch phổi.

Tổng hợp ATP do oxy hóa Hydrogen - Sự Phosphoryl-Oxy hóa

Oxy hóa hydro được thực hiện, bởi một chuỗi các phản ứng được xúc tác bởi các enzym trong ty thể, biến mỗi nguyên tử hydro thành ion H+ cùng với một electron và sau đó dùng electron này gắn với oxy hòa tan.

Giải phẫu chức năng của khu vực liên hợp trán trước

Khu vực liên hợp trước trán cũng cần thiết để thực hiện quy trình “tư tưởng”. Đặc điểm này có lẽ là kết quả của một số tính năng tương tự của vỏ não trước trán cho nó lập kế hoạch hoạt động vận động.

Chức năng sinh lý nội tiết của thận

Erythropoietin có tác dụng kích thích tế bào đầu dòng sinh hồng cầu, erythroid stem cell, chuyển thành tiền nguyên hồng cầu,proerythroblast, và làm tăng sinh hồng cầu.

Khả năng hoạt động của cơ thể: giảm khả năng hoạt động ở vùng cao và hiệu quả của thích nghi

Người bản xứ làm việc ở những nơi cao có thể đạt hiệu suất tương đương với những người làm việc ở đồng bằng. Người đồng bằng có khả năng thích nghi tốt đến mấy cũng không thể đạt được hiệu suất công việc cao như vậy.

Tốc độ cung cấp máu cho cơ

Sự thay đổi lưu lượng máu trong quá trình co cơ. Lưu lượng tăng và giảm với mỗi cơ. Ở cuối thời kì co cơ, tốc độ máu tăng cao một vài giây và quay trở lại trạng thái bình thường trong vài phút sau đó.

Mắt như cái máy ảnh: cơ chế quang học của mắt

Cùng với cách mà thấu kính máy ảnh làm hội tụ hình ảnh trên tấm phim, hệ thấu kính của mắt cũng làm hội tụ ảnh trên võng mạc. Hình ảnh này sẽ bị đảo ngược và đổi bên so với vật thực.

Các cơ chế giữ ổn định mắt của tiền đình và yếu tố khác

Mỗi thời điểm đầu bị quay đột ngột, những tín hiệu từ các ống bán khuyên khiến cho mắt quay theo một hướng cân bằng và đối diện với sự quay của đầu. Chuyển động đó có nguồn gốc từ các phản xạ từ nhân tiền đình và bó dọc giữa.

Phát hiện mầu sắc bằng tương phản mầu sắc

Cơ chế của phân tích phát hiện màu sắc phụ thuộc vào sự tương phản màu sắc, gọi là “đối thủ màu sắc”, kích thích các tế bào thần kinh đặc hiệu.

Ảnh hưởng của hormon tuyến giáp lên sự phát triển

Ảnh hưởng quan trọng của hormon tuyến giáp là thúc đẩy trưởng thành và phát triển của não trong thời kỳ bào thai và những năm đầu sau sinh.