ENERJİ SİSTEMLERİ -...

ENERJİ SİSTEMLERİ

1

ENERJİ

• iş yapabilme veya ortaya koyabilme kapasitesi

• 6 enerji şekli: 1. Kimyasal Enerji

2. Mekanik Enerji

3. Isı Enerjisi

4. Işık Enerjisi

5. Elektrik Enerjisi

6. Nükleer Enerji

• Bu enerjilerin her biri diğerine dönüştürülebilir

• Dünyada temel enerji kaynağı güneştir

2

Enerji

• Hareketlerin yapılabilmesi için – Vücuda sürekli olarak kimyasal enerji sağlanmalıdır.

• Enerji

– Yiyeceklerin vücutta oksijen ile yakılması sonucu oluşur (oksidasyon) – CHO, yağ ve proteinlerin kimyasal bağları arasında depolanan kimyasal enerji

• Bu besin maddelerinin kimyasal reaksiyonlarla parçalanması sırasında serbest bırakılır

– Adenozintrifosfat (ATP)

3

• Besin maddelerinin içerisinde bulunan ve parçalanmaları sonucu açığa çıkan kimyasal enerji doğrudan iş için kullanılamaz – ATP’yi oluşturmak için kullanılır

– ATP vücutta bulunan tüm kas dokusu hücrelerinde depolanır

– ATP kimyasal olarak parçalanarak depolanmış enerjinin açığa çıkmasını sağlar

• Bu serbest enerji fizyolojik işler için kullanılır – Kas kasılması, sinir uyarısı, hücre büyümesi gibi.....

4

ATP

5

Adenozin Pi Pi Pi Adenozin Pi Pi + Pi+Enerji

ATPaz

ATP ADP

Figure 1.

• ATP molekülü 3 kısımdan oluşur: – Bir adenozin molekülü

– Bir riboz molekülü

– 3 fosfat molekülü

6

ATP Molekülü

Bir ATP molekülünün parçalanması

sonucu yaklaşık 7 ile 12 kcal arasında

enerji açığa çıkar

• Kalori: enerji ölçü birimi

– Bir gram suyun sıcaklığını 1º C

yükseltmek için gerekli olan ısı

miktarı

– Kcal: Kilokalori 1000 kaloridir

7

ATP Molekülü

ATP Üretme Mekanizmaları

• Kas hücrelerinde çok az miktarda

depolanmış ATP bulunmaktadır ve

devamlı olarak değişik hızlarda

kullanılmaktadır

– Kullanıldığı hızda derhal üretilerek

yerine konulması gerekir

8

9

Evrensel Enerji Kaynağı Olarak ATP

METABOLİZMA

– insan vücudunda tüketilen yiyeceklerden

enerji üretme, büyüme ve doku kaybı, enerji

kullanımı ve bunun gibi birçok kimyasal

olay içeren kimyasal reaksiyonları ifade eder

10

• Enzimler – Metabolik reaksiyonların hızını kontrol eder

– Genellikle proteindirler

– Metabolik reaksiyon sonrası değişime uğramaz

– Substrata özeldir

– Aktif bölgesi vardır ve aktif bölge hangi substratı etkileyeceğini belirler

11

METABOLİK REAKSİYONLARIN KONTROLÜ

Substrat molekülleri

Aktif bölge

Enzim Enzim-substrat kompleksi

Değişmeyen enzim molekülü

Son molekül

12

• Metabolik yollar

• Enzimlerin kotrol ettiği reaksiyonlar bir ürün ortaya çıkarır

• Her yeni substrat bir önceki reaksiyonun ürünüdür

• Enzim isimleri genellikle • substratı yansıtır • «az» eki alır • Örn: ATPaz, fosfofrruktokinaz, sukraz, lipaz

Substrate

1

Substrate

2 Substrate

3

Substrate

4 Substrate

5

METABOLİK REAKSİYONLARIN KONTROLÜ

Enzyme A Enzyme B Enzyme C Enzyme D

• Enzimleri etkileyen faktörler: • ısı

• radyasyon

• elektrik

• kimyasallar

• pH daki değişimler

13

METABOLİK REAKSİYONLARIN KONTROLÜ

AEROBİK METABOLİZMA: • CHO, yağ ve gerekirse proteinlerin

– oksijen varlığında tamamen parçalanarak ,CO2 ve H2O’ya dönüşümleri ve ATP üretimi ile sonuçlanır

– Mitakondria da gerçekleşir

– Bu kimyasal olaylara oksidasyon denir.

14

15

ANAEROBİK METABOLİZMA: – Sadece CHO oksijen kullanılmadan kısmen

parçalanması ile bir ara maddeye dönüşümünü içerir. • Daha az miktarda enerji üretimi

gerçekleşir

16

3 ENERJİ SİSTEMİ: 1. ATP-PC veya fosfajen sistem

2. Laktik asit veya anaerobik glikoliz sistem

3. Oksijen veya aerobik sistem

17

ATP-PC VEYA FOSFAJEN SİSTEMİ

• ATP ve kreatin fosfat (fosfokreatin, CP veya PC) kaslarda depolanır (Fosfajen )

• Kısa süreli maksimal egzersizlerde kullanılır (en fazla 15 sn süren)

– Yüksek şiddetteki aktiviteler sırasında ATP oldukça hızlı bir şekilde kullanılır ve çok hızlı bir şekilde de üretilmesi gerekmektedir.

18

• PC parçalandığında büyük miktarda enerji açığa çıkarır. – Serbest kalan bu enerji ATP’nin ADP (adenozin

difosfat) ve Pi moleküllerinden yeniden sentezlenmesi için kullanılır.

19

CP Kreatin + Pi + Enerji Enerji + ADP + Pi ATP ATP ADP + Pi + Enerji

ATP-PC VEYA FOSFAJEN SİSTEMİ

• Her bir mol CP bir mol ATP

• ATP’nin kullanıldığı hızda ATP üretilir.

• Her hücre içerisinde ATP üretimi ve tekrar

sentezlenmesi söz konusudur

20

ATP-PC VEYA FOSFAJEN SİSTEMİ

• Vücuttaki ATP depoları yaklaşık 85 gr • Maksimum bir egzersizi ancak birkaç saniye

devam ettirebilmeyi sağlar

• ATP’nin tekrar sentezlenmesini sağlayan CP depoları ATP depolarından 3-5 kat daha fazladır

• Kadınlarda 0.3 mol • Erkeklerde 0.6 mol

21

ATP-PC VEYA FOSFAJEN SİSTEMİ

• Bu depolardan elde edilen enerji 3-15 sn süren şiddetli aktiviteler için yeterlidir • Bu sistemden elde edilebilecek enerji

başlangıçtaki ATP-PC depolarının miktarı ile sınırlıdır.

22

ATP-PC VEYA FOSFAJEN SİSTEMİ

• ATP-PC sistemi ne kadar enerji üretilebildiğinden daha çok, • ne kadar hızlı enerji üretilebildiği • egzersizin sonlandırılmasından sonraki 2-3

dakikalık dinlenme sırasında CP depolarının ne kadar çabuk yenilenebildiği konuları açısından oldukça önemlidir.

23

ATP-PC VEYA FOSFAJEN SİSTEMİ

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

• Glukoz kısmen parçalanarak pirüvik asit denilen bir ara maddeye dönüşür. – Bu parçalanma sırasında ATP üretilir

– Kaslarda yeterli oksijen yoksa oluşan pirüvik asit laktik aside dönüşür ve kaslarda birikmeye başlar.

– Anerobik glikoliz sitoplazmada gerçekleşir

24

– Bütün CHO vücutta glukoz adı verilen basit şekere dönüşür

– Glukoz ya hemen kullanılır ya da daha sonra kullanılmak üzere kaslarda ve karaciğerde glikojen olarak depolanır.

25

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

26

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

27

Kas glikojeni

glukoz

Glikolitik reaksiyonlar zinciri

Pirüvik asit Laktik asit

Kan glikozu

ADP+Pi ATP

3 mol ATP

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

• Laktik asidin kaslarda birikmesi sonucu yorgunluk oluşmaktadır – İnsan vücudu belli miktardaki laktik asidi tolere

edebilmektedir.

• Dinlenik koşulda kan laktik asit miktarı 1 mol/L

• Yoğun bir egzersiz sonrası kanda 16-20 mmol/l’ye kadar çıkabilmektedir.

• Vücudun asit-baz dengesi bozulur ve vücutta asidik bir ortam oluşur.

28

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

• Bu sistemde kaslarda depolu bulunan glikojenden elde edilen bir mol glukoz molekülünün anaerobik olarak parçalanması sonucu en fazla 3 mol ATP üretilir – Eğer kan glukozu kullanılıyorsa 2 mol ATP üretilir

29

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

• Glikoltik reaksiyonlar – 12 kimyasal reaksiyon

– Her kimyasal reaksiyon için bir spesifik enzim olmalıdır

• Enzim (katalizör, reaksiyonları hızlandıran kolaylaştıran maddeler) – Fosfofruktokinaz (PFK)

– Heksokinaz (HK)

– Pirüvat kinaz (PK)

– Laktat dehidrogenaz( LDH)

• Belli bir seviyenin üzerindeki laktik asit bu enzimlerin aktivitesini etkiler

– Örn. Artan laktik asit PFK enzimini inhibe eder

30

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

• LA oksijen yeterli olduğunda vücutta metabolize edilir: – Karbonhidrata dönüştürülür

• Karaciğer ve kaslarda tekrar glukoz veya glikojene dönüştürülür (glukoneogenez) (%18)

– Kaslarda oksijen ile okside olur ve enerji olarak kullanılır

• Pirüvik aside geri dönüşür ve oksijen sistemi içerisinde kullanılarak enerji elde edilir (%72).

• LA sistemi özellikle 1-3 dakika süren yüksek şiddetteki

egzersizler sırasında gerekli olan enerjiyi sağlar (400-800m koşu, 100-200m yüzme gibi)

31

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

ÖZETLE – LA sistemi ile

• Yorgunlukla sonuçlanan LA oluşumu meydana gelir

• Oksijen kullanımı gerekmez

• Sadece CHO enerji kaynağı olarak kullanılır

• Çok az miktarda enerji (3 mol ATP) üretilebilir.

32

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

AEROBİK SİSTEM veya OKSİJEN SİSTEMİ

• CHO, yağ ve proteinler oksijen ile tamamen yanarak CO2 ve H2O’ya dönüşür. – Daha karmaşıktır ve çok daha fazla kimyasal reaksiyon

gerektirir.

– Çok daha fazla enerji elde edilir.

• 1 mol glukoz 39 mol ATP

– Yağların enerji olarak kullanılabildiği tek sistem • 1 mol palmitik asit 129 mol ATP

33

Glikojen (Kas)

Glukoz

Glukoz-1-fosfat

Glukoz-6-fosfat

Fruktoz-1-6-difosfat

2 Pirüvik Asit

2 Asetil Coenzim-A

34

Krebs Çemberi

ETS

Glukoz

(kan) Hekzokinaz

H2O +CO2

38-39 ATP

AEROBİK SİSTEM veya OKSİJEN

SİSTEMİ

• Tipik bir kas hücresinde – Anaerobik metabolizma sitoplazma

– Aerobik metabolizma mitakondri

– Kas dokusunda mitakondri ve miyoglobin

• Aerobik sistem kimyasal reaksiyonları: – Aerobik glikoliz (glukozun parçalanması)

– Beta oksidasyon (yağ asitlerinin parçalanması)

– Krebs çemberi

– Elektron Transport Sistemi (ETS)

35

AEROBİK SİSTEM veya OKSİJEN SİSTEMİ

Aerobik Glikoliz ve Beta Oksidasyon

36

CHO Glukoz, Glikojen

YAĞ Serbest Yağ

Asitleri

Glikoliz

Asetil CoA Krebs Çemberi

ETS

Beta Oksidasyonu

Trigliserit Gliserol + 3 Yağ Asidi

Krebs Çemberi – Bütün besin maddelerinin enerji üretimi için parçalandıkları

sırada buluştukları ortak reaksiyonlar zinciri

• Bütün besin maddeleri krebs çemberi reaksiyonlarından geçerek H2O ve CO2’ye dönüşürler

• İki önemli kimyasal değişiklik

1. CO2 oluşumu

2. Elektronların uzaklaştırılması

(oksidasyon)

Oksidasyon: bir kimyasal maddeden elektronların uzaklaştırılması

H H+ + e-

37

38

Krebs Çemberi ve ETS

• H bir kimyasal molekülden uzaklaştırıldığı zaman o molekül okside olmuştur – Krebs çemberi sırasında elektronlar nikotinadedin

dinükleotid (NAD) ve flavineadenin dinükleotid (FAD) tarafından ETS’ye taşınırlar.

– NAD ve FAD hidrojenle birleşerek NADH ve FADH2 oluşur

• ETS’de H+ O2 ile birleşerek H2O oluşur ve bu sırada ATP üretilir

• Her ETS’de her bir NADH molekülünden 3 mol ATP ve her bir FADH2 molekülünden ise 2 mol ATP üretilir.

– Pirüvik asidin okside olmasıyla da CO2 oluşur.

39

ETS – Besin maddelerinin enerji üretimi

için parçalanmaları sırasındaki son

aşama

– Mitakondride gerçekleşir

– Oksijen kullanılır

• Krebs çemberinden ve daha

önceki reaksiyonlardan taşınan

H+ iyonu ve elektronlar bir seri

enzimatik kimyasal reaksiyon

sonucu moleküler oksijene

transfer edilir,

• H2O meydana gelir ve ATP üretilir.

40

ÖZETLE – 1 mol (180 gr) glukozdan 39 mol ATP

– 1 mol palmitik asitten 130 ATP

– Yağlar daha avantajlı ancak:

• 1 mol ATP üretmek için glukoz kullanıldığında 3.5 litre O2 kullanılır

• 1 mol ATP üretmek için yağ asidi kullanıldığında 4 litre O2 kullanılır

41

Enerji Sistemlerinin Genel Özellikleri

42

ATP-CP LA O2

O2 gereksinimi

anaerobik anaerobik

aerobik

ATP üretim hızı

Çok hızlı Hızlı Yavaş

Enerji üretimi kaynağı

Depolanmış ATP ve CP

CHO CHO, yağ,protein

ATP üretme kapasitesi

Çok sınırlı Sınırlı Sınırsız

Egzersiz türleri

Çok şiddetli, kısa süreli ve

patlayıcı kuvvet gerektiren hareketler

1-3 dakika süren şiddetli

aktiviteler

Dayanıklılık gerektiren hareketler

Diğer Çok kısa süre enerji sağlar

LA birikir ve yorgunluk

oluşur

O2 kullanımı gelişmiş olmalı

43

44

Maksimal Oksijen Tüketimi Kapasitesi (VO2 max veya max VO2)

• Max VO2 kişinin bir dakikada kullandığı

maksimum O2 miktarıdır.

• Kişinin aerobik kapasitesinin belirleyicisidir

45

– Kişi ne kadar çok O2 kullanıyorsa o kadar çok

ATP üretebilir

• Daha geç yorulma ve daha uzun süre egzersize devam edebilme

• İstirahatta 0.2-0.3 l/dk

• Maksimal egzersizde 3-6 l/dk

(genetik, cinsiyet ve antrenman düzeyi

ile ilişkili)

46

Maksimal Oksijen Tüketimi Kapasitesi (VO2 max veya max VO2)

– Max: maksimum

– V: volüm, hacim

– O2: oksijen

– Aerobik enerji sisteminin en

geçerli ölçüm yöntemi • Litre/dakika (L/dak)

• Mililitre/dakika (ml/dak)

• Mililitre/kilogram/dakika

(ml/kg/dak)

47

Maksimal Oksijen Tüketimi Kapasitesi (VO2 max veya max VO2)

48

Maksimal Oksijen Tüketimi Kapasitesi (VO2 max veya max VO2)

48

– Bu kapasite kalp-dolaşım sistemi ve kasların kapasitesi ile sınırlıdır

• % 80 genetiktir

• Kızlarda en yüksek değere 14-16, erkeklerde 19 yaş civarında erişilir

• 30 yaşa kadar fazla değişmez

• 30 dan sonra azalma görülür

• Antrenmanla arttırılabilir ve korunabilir

49

Maksimal Oksijen Tüketimi Kapasitesi (VO2 max veya max VO2)

• Normal bir erkek için ortalama: – 3000-3500 ml/dak

– Dünya şampiyonu bir dayanıklılık sporcusu: 6000-7000 ml/dak

• Normal bir kadın için: – 2000-2200 ml/dak

– Dünya şampiyonu bir dayanıklılık sporcusu: 4000 ml/dak

50

Maksimal Oksijen Tüketimi Kapasitesi (VO2 max veya max VO2)

İstirahatte O2 gereksinimi

• Genellikle 0.2-0.3 L/dak veya 1 MET

(3.5 ml/kg/dak) • MET: istirahat sırasındaki

metabolik enerji gereksinimi

• 1 MET: vücut ağırlığının kilogramı başına dakikada 3.5 ml O2 harcanması

51

52

•O2 tüketimi ilk 1.5-3 dakika içerisinde bir artış gösterir

•sonra egzersiz süresince bu O2

düzeyinde fazla değişiklik olmaz (steady state, denge durumu veya dengeli düzey)

Submaksimal Egzersizler Sırasındaki O2 Tüketimi

Anaerobik Eşik (AE)

• Max VO2’nin kullanılabildiği en yüksek oran ve laktik asit üretiminin oldukça hızlı bir şekilde arttığı bölge

– Aerobik-anaerobik geçiş kuşağı olarak adlandırılır – laktik asidin kana geçişinin hızlanması ve kandan aynı oranda uzaklaştırılamaması ve birikmeye başlamasıdır – 4 mmol/l laktat düzeyi anaerobik eşik noktası – Laktat eşiği (LE), laktik asidin birikmeye başladığı nokta (OBLA) ventilasyon kırılma noktası kavramlarına da karşılık gelmektedir

53

54

Anaerobik Eşik (AE)

• Kişinin max VO2 değerinin en yüksek yüzdesini laktik asit birikimi olmaksızın kullanabilmesi dayanıklılık performansını belirler

• % max VO2 = (VO2 /max VO2 ) x 100

• Antrenmansız kişiler AE max VO2’nin % 65

• Antrenmanlı kişiler AE max VO2’nin % 80-85

• AE değeri antrenman ile geliştirilebilir.

55

Anaerobik Eşik (AE)