Современные достижения генетики доступнее с нами
Телефон
+7 (495) 925-17-03
Главная / Новости / Митохондриальные питательные вещества для передачи внутренней энергии

Митохондриальные питательные вещества для передачи внутренней энергии

Подходы к питанию для управления энергией могут быть высоко персонализированы для спортсменов разных уровней с учетом личных предпочтений к пище.

Многие факторы могут влиять на фактические и воспринимаемые уровни энергии, включая качество и продолжительность сна, состав тела, умственное и физическое напряжение, время приема и количество пищи, уровни физической и умственной активности. Тем не менее, центр производства энергии в организме — это митохондрии.

Энергия не создается и не разрушается, но она может быть передана. Проще говоря, человеческое тело «переносит» энергию из принятой пищи. В то время как этот процесс сосредоточен на создании и разрушении «молекулы энергии» аденозинтрифосфата (АТФ) внутри митохондрий, организм осуществляет эту передачу энергии несколькими способами в зависимости от доступных питательных веществ и ферментов, уровня кислорода, продолжительности и интенсивности физических упражнений.

Таким образом, подходы к питанию для управления энергией могут быть высоко персонализированы для спортсменов разных уровней с учетом личных предпочтений к пище, а также для различных типов упражнений или спортивных занятий, которые они делают. Ннутригеномика — это новая область, которая предлагает перспективы для дальнейшей персонализации энергетически ориентированных добавок.

Крошечная клеточная электростанция

Митохондрии находятся внутри цитоплазмы большинства эукариотических клеток организма, содержащих ядро и органеллы. Некоторые такие клетки имеют больше митохондрий, чем другие, в зависимости от потребности в энергии. Например, скелетные мышцы имеют высокие энергетические потребности и содержат больше митохондрий, чем другие клетки организма.

Энергетический процесс организма работает при наличии механизмов, определяющих наличие кислорода: аэробный или анаэробный. Кратковременная физическая активность поддерживается анаэробно. Более длительные упражнения, когда требуется повышенное содержание кислорода, поддерживается аэробно.

Первые 10 секунд упражнений — это состояние с низким содержанием кислорода, которое зависит от накопленного АТФ и быстро восстанавливаемого АТФ в мышцах. Это называется фосфагеновой системой, потому что накопленные фосфаты могут быть использованы для быстрой ресинтезации АТФ — после разрыва фосфатной связи с АТФ для выделения энергии, получающийся в результате аденозиндифосфат (АДФ) должен снова приобрести фосфат, чтобы снова стать АТФ. Здесь включается креатин. Фосфокреатин делится фосфатом с АДФ для быстрого превращения в АТФ.

Организм вырабатывает креатин в печени и почках из аминокислот аргинина и глицина с последующим участием метионина. Креатин также содержится в таких продуктах, как мясо и рыба. Многие спортсмены и другие физически активные люди используют дополнительный креатин для повышения мышечного уровня креатинфосфат, чтобы увеличить выработку энергии.

Организм также может вырабатывать АТФ в анаэробных условиях из глюкозы через процесс, называемый гликолизом. Он происходит в цитоплазме клетки и включает в себя расщепление глюкозы для выработки энергии (используемой для выработки АТФ), а также пирувата и NADH (редуцированная форма никотинамидадениндинуклеотида, кофермента, важного для последующих процессов переноса энергии).

Высокоинтенсивные упражнения более эффективны при использовании накопленного фосфокреатина и глюкозы, чем от жиров, которые используются на более поздних этапах производства энергии в состояниях с высоким содержанием кислорода.

Гликолиз — это первая стадия клеточного дыхания, как имногостадийноый процесс производства АТФ, и оба они являются биохимически сложными. Тем не менее, суть в том, что гликолиз в низкокислородном (анаэробном) состоянии вырабатывает гораздо меньше АТФ на молекулу глюкозы, чем гликолиз в кислородосодержащем (аэробном) состоянии.

Анаэробный или быстрый гликолиз происходит намного быстрее и может питать только короткие, высокоинтенсивные упражнения, такие как силовые тренировки, бег или велосипедные спринты, а также интенсивные упражнения продолжительностью до нескольких минут.

С точки зрения персонализации, интенсивные и очень интенсивные тренировки более эффективны при использовании накопленного фосфокреатина и глюкозы, чем от жиров, которые используются на более поздних этапах производства энергии в состояниях с высоким содержанием кислорода. Глюкоза накапливается в организме в виде гликогена в первую очередь в печени и скелетных мышцах. Перевариваемые углеводы являются основным источником глюкозы; белок может быть преобразован в глюкозу, но, как правило, более полезен и необходим для выработки гормонов, работы мышечных волокон и других важных клеток и соединений организма.

Поэтому энергетические добавки для анаэробных упражнений необходимо сосредоточить на креатине, углеводах и питательных веществах, которые поддерживают анаэробный синтез и ресинтез АТФ.

Для активности АТФ необходим магний, этот важный минерал также является кофактором более 300 ферментов в организме, включая те, которые используются в синтезе АТФ, такие как креатинкиназа (фосфагеновая система) и пируваткиназа (гликолиз).

Как следует из названия, молекула АТФ состоит из аденозина и трех фосфатных групп. Аденозин состоит из аденина и рибозы, молекулы сахара с одним атомом углерода. Организм вырабатывает рибозу из глюкозы, но процесс идет медленно. Таким образом, дополнительная рибоза может быть хорошей страховкой для потребителей спортивного питания.

Когда клетки получают более высокие уровни кислорода, пируват от гликолиза попадает в митохондрии, где он окисляется до ацетил-кофермента А, который используется для запуска цикла лимонной кислоты или цикла Кребса. Этот цикл производит дополнительные АТФ, а также NADH.

NADH из этого цикла и от гликоза подвергаются окислительному фосфорилированию, чтобы сделать еще больше АТФ.

NADH и другие побочные продукты цикла Кребса являются носителями электронов в цепи переноса электронов (ETC), поддерживая серию переносов электронов назад и вперед по цепочке белков. Это создает ионы водорода и электронный градиент; когда ионы проходят через градиент, вырабатывается энергия для синтеза АТФ из АДФ.

Несколько макро- и микроэлементов играют важную роль в этих аэробных процессах, что делает их идеальными для персонализированных формул, предназначенных для аэробных упражнений, таких как ходьба, плавание, бег на длинные дистанции и езда на велосипеде.
Коэнзим А, преобразованный из пирувата, далее превращается в лимонную кислоту перед поступлением в цикл Кребса. Жирные кислоты также могут питать цикл Кребса.

Жиры хранятся в организме в виде триглицеридов. Процесс, называемый липолизом, расщепляет триглицериды, освобождая жирные кислоты, которые затем могут мигрировать в клетки организма. Эти жирные кислоты превращаются в предшественник кофермента А посредством бета-окисления. Если этот предшественник сделан из длинноцепочечных жирных кислот, он должен доставлять карнитиновые «челноки» в митохондрии, где он превращается в кофермент А, а затем в лимонную кислоту для использования в цикле Кребса.

Из-за этой роли в содействии производству энергии из жирных кислот, карнитин является популярным ингредиентом спортивных добавок. Окисление жиров стимулирует упражнения средней интенсивности, от 45 до 65 максимум потребления кислорода (V02max) и максимумы около 60 V02max — это более интенсивные упражнения, которые имеют тенденцию доминирования использования углеводов. Таким образом, для персонализированной композиции карнитин был бы отличным дополнением для видов спорта, требующих выносливости, и длительных упражнений.

Жирные кислоты с короткой и средней цепью могут проникать через мембраны без таких шаттлов. Триглицериды со средней длиной цепи (МСТ) легче перевариваются и транспортируются по всему организму. Они окисляются в мышцах для производства энергии цикла Кребса.

Во времена низкого потребления углеводов и низкого уровня глюкозы организм пытается вырабатывать глюкозу из других питательных веществ, в основном белков, посредством процесса, называемого глюконеогенезом. Этот процесс заставляет печень превращать жиры, в том числе МСТ, в кетоновые тела, в том числе ацетоацетат и бета-гидроксибутират (BHB). Эти кетоновые тела могут быть непосредственно преобразованы в митохондриях в кофермент А для производства энергии в цикле Кребса. Кетоны могут использоваться в качестве энергии в мышцах, сердце и мозге — жиры с длинной цепью не могут проникать или проходить через гематоэнцефалический барьер, поэтому мозгу для глюкозы нужны либо глюкоза, либо кетоны.

Состояние использования кетонов для получения энергии называется кетозом и является реакцией организма на голод. Кетогенная диета стала популярной для людей, которые хотят похудеть или улучшить композицию тела, а также для выносливых спортсменов, стремящихся увеличить окисление жиров для получения энергии.

Помимо цикла Кребса, ключевым питательным веществом для ETC является коэнзим Q10 (CoQ10), или убихинон, который облегчает перенос электронов в белках транспортной цепи и играет роль в транспортировке протонов (ионов водорода) для создания градиента электронов.

CoQ10 обнаружен в высокоэнергетических тканях, таких как сердце и скелетные мышцы, он синтезируется в организме из аминокислоты тирозина, но также доступен из таких продуктов, как мясо, рыба и цельное зерно. CoQ10 включен в продукты спортивного питания, чтобы помочь увеличить мышечный уровень питательных веществ для улучшения производства энергии.

Другое преимущество CoQ10 — антиоксидантная защита. Клеточное дыхание в митохондриях генерирует активные формы кислорода (АФК), которые могут повредить митохондрии. Антиоксиданты могут защитить митохондрии от окислительного стресса.

Список антиоксидантов для такой защиты включает кверцетин, полифенолы яблок, астаксантин, дубильные вещества из древесины французского дуба (Quercus robur) и пирролохинолинхинон (PQQ). В дополнение к защите митохондрий, PQQ воздействует на ферменты, участвующие в синтезе АТФ, и даже стимулирует развитие новых митохондрий, называемых митохондриальным биогенезом. PQQ не производится в организме, поэтому добавка является единственным способом использовать этот усилитель митохондрий.

Упражнения стимулируют митохондриальный биогенез, а неактивность уменьшает количество митохондрий. Натуральные ингредиенты, которые помогают увеличить число митохондрий, являются дополнительными инструментами для персонализации формул спортивного питания. Больше митохондрий означает больший потенциал производства энергии. Это особенно важно для спортсменов и культуристов.

Упражнения также улучшают функцию митохондрий. Кофеин может быть самым известным из-за его свойства блокировать усталость и стимулировать центральную нервную систему в мозге, он также может стимулировать синтез и функцию митохондрий.

Альфа-липоевая кислота является еще одним многогранным питательным веществом, которое улучшает структуру и функцию митохондрий, защищая их от окислительного стресса. Как и магний, он также является кофактором ферментов, используемых циклом Кребса.

Омега-3 — это длинноцепочечные жирные кислоты, которые могут служить субстратом для бета-окисления и цикла Кребса, но они также снижают окислительный стресс и поддерживают функцию митохондрий. В частности, омега-3 способствуют выработке глицерофосфолипидов (GPL), которые улучшают текучесть и гибкость мембран; это помогает питательным веществам легче проходить через мембраны для использования в синтезе АТФ. Кроме того, омега-3 докозагексаеновая кислота (ДГК) может благотворно влиять на чувствительность АДФ.

Персонализация спортивного питания

Он не становится более персонализированным, чем ДНК. Ключ к производству энергии может лежать в геноме каждого спортсмена.

«Известно, что генетические различия влияют на всасывание, метаболизм, усвоение, использование и выведение питательных веществ и пищевых биологически активных веществ, что в конечном итоге влияет на ряд метаболических путей», — объяснили канадские исследователи. «Нутригеномика и нутригенетика — это экспериментальные подходы, использующие геномную информацию и технологиии генетического тестирования для изучения роли индивидуальных генетических различий в изменении реакции спортсмена на питательные вещества и другие пищевые компоненты».

Они отметили, что нутригеномика и эффективность при приеме эргогенных кислот не изучались во многих рандомизированных контролируемых исследованиях, но растут исследования того, как нутригеномика влияет на биомаркеры состояния питания, важные для физических упражнений и производительности.

«Личное генетическое тестирование может предоставить информацию, которая будет влиять на рекомендации по выбору диеты, которые более эффективны на индивидуальном уровне, чем нынешние рекомендации по питанию, которые были установлены государственными органами и другими организациями здравоохранения и спорта», — посоветовали ученые.

Кроме того, спортсмены и потребители, которые знают свою генетическую информацию, связанную с физическими упражнениями, могут с большей эффективностью придерживаться любых предоставленных диетических рекомендаций.

Каким образом может работать нутригеномика, если атлет будет подвергаться воздействию пищи, напитков, питательных веществ или биологически активных веществ, а генетический вариант, такой как полиморфизм одного нуклеотида (SNP), определяет потребность спортсмена в потребляемом веществе или реакцию на него? Ключ — это генотип. Например, исследователи сообщили, что у спортсменов, которые являются «метаболизаторами жира» (генотип АА / CYP1A2 rs726551 SNP), наблюдается положительный ответ на кофеин, включая улучшение показателей. С другой стороны, на медленных метаболизаторов (генотип CC / CYP1A2 AC SNP) не оказывается влияния или производительность снижается.

Исследователи предупредили, что генотип является частью рецепта для персонализации диетических рекомендаций. «Генетический профиль человека в том, что касается диеты, следует использовать в сочетании с другой соответствующей информацией, такой как пол, возраст, антропометрия, состояние здоровья, семейный анамнез и социально-экономический статус, наряду с диетическими предпочтениями и наличием пищевой непереносимости или аллергии», — посоветовали они. «Анализ крови также полезен для оценки текущего состояния питания и для постоянного мониторинга».

Исследования в области нутригеномики все еще молоды, и существуют заметные ограничения, в том числе способов противодействия эффектам от генетических вариантов с помощью рациона питания и способов улучшения характеристик, таких как аэробные способности, для которых существует известный генетический маркер.

Помимо кофеина, существуют некоторые известные генетические обусловленные варианты потребления питательных микроэлементов, таких как витамины А, В12, фолиевая кислота и С, минералы железо и кальций, а также необходимый питательный холин. Рекомендации по питанию также учитывают состав тела и макронутриенты, включая диетический белок и жиры.

«Взаимодействие гена и диеты может быть не связано непосредственно с количественно определяемым результатом, таким как увеличение аэробной способности, скорости или силы, а скорее с промежуточными биомаркерами или фенотипами, такими как состав тела или уровень циркулирующего витамина D, которые являются независимыми детерминантами спортивных результатов, риска травм и восстановления после тренировок », — пояснили они.

Деятельность по персонализации пищевых добавок, в том числе энергетических продуктов для спортивного питания, находится на ранней стадии. Многочисленные питательные вещества, которые влияют на выработку энергии митохондриями, являются вариантами, помогающими спортсменам и потребителям выполнять свои индивидуальные упражнения и получать результаты на соревнованиях. Нутригеномика является развивающейся областью исследований, которая может все больше способствовать такой персонализизации.

Ссылки

1. Lisea M and Shirihai OS. “Mitochondrial dynamics in the regulation of nutrient utilization and energy expenditure.” Cell Metab. 2013 Apr 2;17(4):491-506.
2. PurdomT etal. “Understanding the factors that effect [sic] maximal fat oxidation.” J Int Soc Sports Nutr. 2018; 15:3.
3. Crane FL. “Biochemical functions of coenzyme Q10.” J Am Coll Nutr. 2001 Dec;20(6):591-598.
4. Saihara К et al. “Pyrroloquinoline Quinone, a Redox-Active o-Quinone, Stimulates Mitochondrial Biogenesis by Activating the SIRT1/PGC-1 a Signaling Pathway.” Biochemistry. 2017 Dec 19;56(50):6615-6625.
5. Hishikawa D et al. “Metabolism and functions of docosahexaenoic acid-containing membrane glycerophospholipids.” FEBS Lett 2017 Sep;591(18):2730-2744.
6. Guest NS et al. “Sport Nutrigenomics: Personalized Nutrition for Athletic Performance.” Front Nutr. 2019;6:8.

Стив Майерс

Источник: naturalproductsinsider.com

Отзывы
клиенты говорят о нас
Обратная связь
Мы ответим на все интересующие вопросы
Возможно, вы найдёте ответы на вопросы по ссылкам ниже