Bab 1 Fisiologi senaman di US- Sejarah dan Masa Depan
Adakah seseorang itu mampu menjadi pelari pecut bertaraf dunia kerana disebabkan faktor genetik, ataupun disebabkan oleh latihan? Apakah akan terjadi kepada jantung anda apabila mengambil ujian kecergasan? Apakah perubahan yang berlaku kepada otot anda hasil daripada latihan ketahanan yang membolehkan anda untuk berlari dengan lebih pantas dalam jarak yang lebih jauh? Jawapan bagi setiap persoalan ini tersedia dalam teks ini. Walauba Wa laubagaiman gaimanapun, apun, kita akan pergi pergi kepada kepada penyataan penyataan yang mudah yang memberitahu tentang latihan fisiologi digunakan untuk menghindar dan juga memulih penyakit jantung koronari, persembahan sukan dari atlitatlit elit, dan kebolehan seseorang untuk bergerak dalam persekitaran yang mencabar seperti altitud yang tinggi.!erma yang diterima sejak akhir akhirakh akhir ir ini seperti seperti fisiolo fisiologi gi sukan, sukan, nutris nutrisii sukan sukan dan peruba perubatan tan sukan sukan adalah adalah bukti bukti mengenai timbulnya minat terhadap fisiologi dalam senaman dalam masalah yang sebenar. "ebelum kita pergi dengan lebih jauh lagi, kita perlu mempelajari terlebih dahulu sejarah tentang fisiologi sukan agar kita dapat memahami di manakah kita dan ke mana kita akan pergi.
Permulaan dari Eropah
!empat yang bagus untuk membincangkan sejarah fisiologi senaman di #" ialah di $ropah. !iga orang saintis, A.%. &ill dari Britain, August 'rogh dari (enmark dan )tto *eyerh *eyerhof of dari dari Jerman, Jerman, menerim menerimaa hadiah hadiah +obel +obel kerana kerana kajian kajian mereka mereka tentan tentang g otot otot atau senaman otot. &ill dan *eyerhof berkongsi hadiah +obel dalam isiologi dan perubatan pada 1-. &ill telah diiktiraf dalam pencapaiannya membuat ukuran yang tepat bagi penghasilan haba haba semasa semasa pengec pengecuta utan n otot otot dan pemulih pemulihan, an, dan *eyerh *eyerhof of untuk untuk penemu penemuann annya ya dalam dalam hubu hubung ngan an anta antara ra peng penggu guna naan an oksig oksigen en dan dan peng penguk ukur uran an asid asid lakt laktik ik dalam dalam otot otot.. &ill &ill mempela mempelajari jari matemat matematik ik sebelu sebelum m bermina berminatt dalam dalam fisiolo fisiologi. gi. !ambah ambahan an pula, pula, dalam dalam hasil hasil kajiannya yang dibentangkan untuk hadiah +obel, kajiannya terhadap manusia membawa kepada perkembangan tulang rangka yang membuatkan kita faham mengenai faktor fisiologi yang berkait rapat dengan larian jarak jauh.
Walaupu laupun n 'rog 'rogh h mener menerim imaa hadi hadiah ah +obe +obell bagi bagi penc pencap apaia aiann nnya ya dalam dalam kaji kajian an mengenai fungsi aliran kapilari, beliau juga dikenali dalam menentukan jumlah instrumentasi
yang sesuai dakam kajian fisiologi senaman. Alat penganalisis yang mampu menganalisis jumlah /) dalam 0.001 dengan sempurna dan alat penimbang yang mampu menimbang subjek manusia dengan tepat dalam beberapa gram adalah antara contoh ciptaan 'rogh. August 'rogh 2nstitute di (enmark mempunyai beberapa makmal fisiologi senaman yang terunggul di dunia. *arie 'rogh, isteri beliau,merupakan seorang lagi saintis yang hebat dan diiktiraf dalam kajian beliau mengenai penyukatan kapasiti dalam jantung.
!erdapat juga beberapa orang saintis $ropah yang harus disebutkan, bukan sahaja kerana kerana sumban sumbangan gan mereka mereka dalam dalam fisiol fisiologi ogi senama senaman, n, malah malah nama nama mereka mereka juga juga sering sering digunakan dalam perbincangan mengenai fisiologi senaman. J.". &aldane membuat beberapa kajian mengenai fungsi /) dalam mengawal pernafasan. &aldane juga telah mencipta alat penganalisis gas pernafasan yang dinamakan sempena nama beliau. /.3.(ouglas melakukan kajian perintis bersama &aldane mengenai fungsi ) dan asid laktik dalam pengawalan pernafasan semasa bersenam, termasuklah beberapa kajian yang dilakukan dalam altitud yang berbe4a. Beg pengumpul gas yang dibuat dari kan5as dan getah yang digunakan sejak seja k sekian lama dalam makmalmakmal fisiologi senaman dinamakan sempena nama (ouglas /hristian Bohr dari (enmark, yang telah melakukan kajian klasik dalam bagaimana ) bergabung dengan haemoglobin. 6erubahan lengkung dalam oksihaemoglobin disebabkan penambahan /) dinamakan sempena nama beliau.(i beliau.(i dalam makmal makmal Bohrlah Bohrlah 'rogh memulakan memulakan karier beliau dalam kajian pernafasan dans enaman bagi manusia.
Harvard Fatigue Laboratory
6ermulaan bagi sejarah fisiologi senaman dalam #" ialah di &ar5ard atigue 7aboratory. 6rofessor 6rofessor 7.J. &enderson menubuhkan makmal itu didalam Business "chool untuk menjalankan kajian fisiologi dalam industri. (r. (a5id Bruce (ill adalah director pengkaji ketika makmal tersebut dibuka pada 1-8 sehingga ia ditutup pada 1-98. !eks(ill, Life, !eks(ill, Life, Heat and Altitude ialah Altitude ialah digalakkan untuk dibaca bagi pelajar dalam bidang senaman dan fisiologi alam sekitar. Banyak kajian yang tepat yang dijalankan dalam makmal menggunakan alat menganalisis gas &aldane bagi kajian gas pernafasan dan radas %an %an "lyke bagu analisis darahgas. 'emajuan dalam alatan berbantu komputerpada :0an telah
yang sesuai dakam kajian fisiologi senaman. Alat penganalisis yang mampu menganalisis jumlah /) dalam 0.001 dengan sempurna dan alat penimbang yang mampu menimbang subjek manusia dengan tepat dalam beberapa gram adalah antara contoh ciptaan 'rogh. August 'rogh 2nstitute di (enmark mempunyai beberapa makmal fisiologi senaman yang terunggul di dunia. *arie 'rogh, isteri beliau,merupakan seorang lagi saintis yang hebat dan diiktiraf dalam kajian beliau mengenai penyukatan kapasiti dalam jantung.
!erdapat juga beberapa orang saintis $ropah yang harus disebutkan, bukan sahaja kerana kerana sumban sumbangan gan mereka mereka dalam dalam fisiol fisiologi ogi senama senaman, n, malah malah nama nama mereka mereka juga juga sering sering digunakan dalam perbincangan mengenai fisiologi senaman. J.". &aldane membuat beberapa kajian mengenai fungsi /) dalam mengawal pernafasan. &aldane juga telah mencipta alat penganalisis gas pernafasan yang dinamakan sempena nama beliau. /.3.(ouglas melakukan kajian perintis bersama &aldane mengenai fungsi ) dan asid laktik dalam pengawalan pernafasan semasa bersenam, termasuklah beberapa kajian yang dilakukan dalam altitud yang berbe4a. Beg pengumpul gas yang dibuat dari kan5as dan getah yang digunakan sejak seja k sekian lama dalam makmalmakmal fisiologi senaman dinamakan sempena nama (ouglas /hristian Bohr dari (enmark, yang telah melakukan kajian klasik dalam bagaimana ) bergabung dengan haemoglobin. 6erubahan lengkung dalam oksihaemoglobin disebabkan penambahan /) dinamakan sempena nama beliau.(i beliau.(i dalam makmal makmal Bohrlah Bohrlah 'rogh memulakan memulakan karier beliau dalam kajian pernafasan dans enaman bagi manusia.
Harvard Fatigue Laboratory
6ermulaan bagi sejarah fisiologi senaman dalam #" ialah di &ar5ard atigue 7aboratory. 6rofessor 6rofessor 7.J. &enderson menubuhkan makmal itu didalam Business "chool untuk menjalankan kajian fisiologi dalam industri. (r. (a5id Bruce (ill adalah director pengkaji ketika makmal tersebut dibuka pada 1-8 sehingga ia ditutup pada 1-98. !eks(ill, Life, !eks(ill, Life, Heat and Altitude ialah Altitude ialah digalakkan untuk dibaca bagi pelajar dalam bidang senaman dan fisiologi alam sekitar. Banyak kajian yang tepat yang dijalankan dalam makmal menggunakan alat menganalisis gas &aldane bagi kajian gas pernafasan dan radas %an %an "lyke bagu analisis darahgas. 'emajuan dalam alatan berbantu komputerpada :0an telah
membuatkan pengumpulan data menjadi mudah, tetapi tidak begitu membantu dalam ketepatan ukuran.
&ar5ard atigue 7aboratory telah menarik ramai pelajar dalam bidang perubatan serta para saintis dari negaranegara lain. ;amai alumni dari makmal tersebut diiktiraf dalam pencapaian mereka bagi kajian mereka dalam fisiologi senaman. (ua orang pelajar perubatan, "te5en &or5ath dan "id ;obinson, berjaya mendapat kerjaya masingmasing di 2nstitute of $n5ironmental "tress di "anta Barbara dan 2ndiana #ni5ersity. 6elajarpelajar asing yang berjaya dalam bidang ini termasuklah $. Asmussen, $.&. /hristensen,*. +eilsen dan pemenang hadiah +obel August 'rogh dari (enmark. 6ara saintis membawa idea dan teknologi baru di dalam makmal, terlibat dalam kajian di dalam dan luar makmal serta menerbitkan beberapa hasil kajian yang paling penting dalam fisiologi senaman di antara 1-<0 hingga 1-:0. ;udolpho *argaria dari 2tali, pergi ke makmal ini untuk mengembangkan kajian kajian beliau beliau dalam dalam =o>yg =o>ygen en debt debt dan meneran menerangka gkan n tentan tentang g keboleh kebolehan an berger bergerak ak yang yang bertenaga. 6eter . "cholander dari +orway, mencipta penganalisis gas kimia yang kini merupakan cara asas untuk menentu ukur gas tangki yang digunakan untuk memiawaikan penganalisis gas elektronik.
'esimpulannya, di Bawah seliaan (r. (.B. (ill, &ar5ard atigue 7aboratory menjadi model untuk kajian pemeriksaan ke dalam senaman dan fisiologi alam sekitar,terutamanya kerana ia berkait berkait rapat dengan manusia. Apabila Apabila makmal ini ditutup ditutup dan para staf berpecah, berpecah, idea, teknik dan kaedah saintifik serta inkuiri tersebar di seluruh dunia dan bersama mereka, pengaruh (ill di dalam bidang alam sekitar dan fisiologi senaman. (r. (ill meneruskan kajian di luar Boulder /ity, +e5ada, sehingga tahun 1-:0. Beliau meninggal dunia pada usia -< tahun pada tahun 1-:@. Keergasan Fi!i"al
'ecergasan fi4ikal ialah satu topik yang popular pada hari ini, dan popularitinya telah menjadi faktor utama dalam memoti5asikan pelajarpelajar kolej untuk mencapai kerjaya dalam pendidikan fi4ikal, terapi fi4ikal, nutrisi dan perubatan. 6ada 1-:0, 6ublic &ealth "er5ice "er5ice telah menyenaraikan menyenaraikan senaman untuk kecergasan kecergasan fi4ikal sebagai salah satu dari 1C jalan untuk memperbaiki taraf kesihatan dalam negara. "ementara perkara ini kelihatan seperti baru sahaja berlaku, perkara ini telah pun wujud di dalam negara itu selama lebih
seratus tahun dahulu. (i antara 6erang "i5il dan 6erang (unia 6ertama DWW2E, pendidikan fi4ikal ditumpukan terhadap perkembangan dan keadaan kecergasan,dan ramai ketua dalam pendidikan fi4ikal dilatih dalam bidang perubatan. "ebagai contoh, (r. (udley "argent, diupah oleh &ar5ard #ni5ersity pada tahun 1:8-, telah menyelaraskan sebuah program latihan fi4ikal bersama keterangan senaman indi5idual untuk menambah baik struktur dan fungsi tubuh seseorang untuk mencapai keadaan fi4ikal yang utama yang dipanggil sebagai kecergasan, kecergasan untuk bekerja,kecergasan untuk bermain, kecergasan untuk melakukan apa sahaja yang seseorang boleh lakukan.
"argent dilihat telah maju selangkah ke hadapan pada masanya dalam menggalakkan kecergasan dalam kalangan rakyat #". 'emudian, perang menjadi satu perkara utama yang menarik minat negara tersebut dalam kecergasan fi4ikal. 'erisauan mengenai kesihatan dan kecergasan telah disuarakan ketika WW2 dan WW22 apabila ramai calon yang gagal dalam ujian induksi disebabkan masalah mental dan fi4ikal.'erisauan ini mempengaruhi cara program pendidikan fi4ikal di sekolah pada tahuntahun tersebut, menjadikannya menyerupai program latihan praketenteraan.
*inat terkini terhadap akti5iti fi4ikal dan kesihatan bermula pada 1-C0 oleh dua penemuan utamaF D1E autopsi yang dijalankan terhadap askaraskar muda yang terkorban semasa 6erang 'orea telah menunjukkan bahawa penyakit koronari arteri telah pun berkembang, dan DE &ans 'raus telah menunjukkan yang kanakkanak Amerika menunjukkan prestasi yang kurang baik dalam ujian kecergasan otot berbanding kanakkanak $ropah. (isebabkan penemuan ini, 6residen $isenhower telah memulakan perundingan pada tahun 1-CC, akhirnya telah menubuhkan 6residents /ouncil on Gouth itness. !he American Association for &ealth, 6hysical $ducation and ;ecrea tionDAA&6$;E menyokong akti5iti ini dan pada 1-C8, AA&6$; Gouth itness !est telah ditubuhkan untuk diguna pakai dalam program pendidikan fi4ikal di seluruh negara."ebelum beliau memulakannya, 6residen 'ennedy telah menyuarakan kebimbangannyatentang tahap kecergasan rakyat di dalam sebuah artikel di dalam Sport Illustrated ,bertajuk !he "oft American.
!enaga fi4ikal rakyat negara kita adalah satu dari sumber tenaga Amerika yangberharga. "ekiranya memba4irkan dan membiarkan sahaja sumber ini, di mana kitamembiarkan diri kita menjadi lemah dan kurang upaya, kita akan memusnahkan kebolehan kita untuk
berhadapan dengan cabaran yang bakal kita tempuhi. 'ita tidak akan menyedari kebolehan kita sebagai rakyat negara ini.
"emasa pemerintahan 'ennedy, majlis ini telah diubah namanya menjadi6residents /ouncil on 6hysical itness bagi menumpukan terhadap kerisauan tentangkecergasan. +ama itu ditukar lagi dalam pemerintahan +i>on kepada6residents /ouncilon 6hysical itness and "port, yang menyokong tentang kecergasan bukan hanya untuksekolahsekolah malah di dalam perniagaan dan industri. Alatanalatan dalam Gouthitness !est telah diubah sepanjang tahun, dan pada 1-:0, American Alliance for &ealth,6hysical $ducation, ;ecreation and (ance DAA&6$;(E telah mengeluarkan manual&ealth;elated 6hysical itness !est untuk membe4akan antara =ujian prestasi De.g. C0ela pecutE dan =ujian kecergasan De.g. ketebalan kulitE. ;ujukan ujian kesihatan ini terdiridaripada arah untuk program kecergasan seumur hidup, kerisauan tentang masalahobesiti, kecergasan kardiorespiratori dan lainlain.
*enyelaraskan
minat
ini
terhadap
kecergasan
fi4ikal
orangorang
muda
ialahkerisauan terhadap kadar kematian disebabkan penyakit jantung koronari dalam kalanganlelaki
pertengahan
umur
Amerika.
'ajian
epidemiologi
terhadap
status
kesihatangolongan ini telah membuktikan bahawa kebanyakan keskes penyakit berhubung kaitdengan tahap kesihatan yang rendah De.g. diet tinggi lemak, merokok, tidak aktifE yangmembawa kepada banyak kematian berbanding jangkitan klasik dan penyakit berjangkit.6ada 1-@@, sebuah simposium telah menumpukan terhadap keperluan yang lebih banyakdalam akti5iti fi4ikal dan kesihatan. 6ada 1-80, peningkatan penggunaan ujian senamanuntuk mendiagnosis penyakit jantung dan untuk menambah preskripsi dalam programsenaman untuk menambah baik kesihatan kardio5askular. "yarikatsyarikat yang besartelah
menubuhkan =eksekutif
program
kecergasan untuk
memperbaiki
tahap
kesihatankumpulan yang berisiko tinggi itu. Apabila kebanyakan orang Amerika sudah biasadengan
programprogram
tersebut,
dan
sesetengah
pelajar
fisiologi
menceburibidang =kecergasan dalam syarikat, programprogram ini bukanlah baru.
Pendidi"an Fi!i"al "epada Sains Senaman
senaman
6ersediaan akademik sebelum graduasi dalam pendidikan fi4ikal telah berubahsepanjang dekad ini untuk menerangkan tentang asas pengetahuan mengenai fisiologisenaman, biomekanikal dan preskripsi kesihatan.
&al ini berlaku ketika berkurangnyakeperluan guru yang mengajar pendidikan fi4ikal berasaskan sekolah dan keperluanuntuk para professional dalam bidang senaman untuk menghalang dan juga untuk settingklinikal. (isebabkan hal ini, sama seperti yang lain, telah membuatkan beberapa kolejdan jabatan uni5ersiti untuk menukar nama mereka dari 6edidikan i4ikal kepada "ains"enaman. !rend ini mungkin sekali akan terus berkembang, jauh dari asas pendidikantradisional dan menjadi pendidikan bersepadu di dalam kolejkolej kesenian dan sainsatau Allied &ealth 6rofessions. !erdapat pertambahan di dalam bilangan programprogram yang diperlukan sebelum graduasi untuk mengambil bidang kalkulus, kimia danfi4ik, serta kursus dalam bidang kimia organik, biokimia, anatomi dan nutrisi.
(alambanyak kolej dan uni5ersiti, terdapat sedikit perbe4aan di antara dua tahun pertama dalampenyediaan bagi terapi prafi4ikal atau bidang praperubatan dan bidang yang berkait rapat dengan profesion kecergasan. 6erbe4aan di antara bidangbidang ini terdapat didalam
kursus
aplikasi
yang
berikutnya.
Biomekanik,
fisiologi
senaman,
kepimpinan,kepimpinan dalam senaman dan banyak lagi termasuk dalam pendidikan fi4ikalH bidangsains senaman. +amun, ia harus ditekankan bahawa trend ini merupakan satu lagi contohkepada penemuan semula berbanding sebuah perubahan re5olusi. 'roll menerangkan duaprogram pendidikan fi4ikal professional yang dijalankan selama selama 9 tahun, padatahun 1:-0, 6hysiology of Bodily $>ercise, menjadi sebuah sumber rujukan yang pentingkepada para pelajar. Jangkaan dan matlamat programprogram ini hampir sama denganbidang fisiologi senaman sebelum graduasi. "atu dari matlamat program &ar5ard adalahuntuk
membenarkan
pelajar
untuk
melanjutkan
setelahmenamatkan pembelajaran selama dua tahun.
Kajian dalam Fisiologi Senaman
pelajaran
dalam
perubatan
Apabila
&ar5ard
atigue
7aboratory
ditutup
pada
1-98,
#"
telah
mengalamiperkembangan yang hebat dalam bilangan uni5ersiti yang menawarkan kursus danpeluang kajian dalam fisiologi senaman. "ebuah tinjauan pada 1-C0 menunjukkanbahawa hanya 1@ kolej atau uni5ersiti yang mempunyai makmal kajian dalam bidangpendidikan fi4ikal. 6erkembangan ini adalah disebabkan terdapat ramai saintis yangdilatih dalam methodologi kajian dalam fi4ikal senaman, pertambahan bilangan pelajaryang memasuki kolej disebabkan oleh 32 Bill dan pinjaman pelajar, dan pertambahanwang persekutuan untuk menambah kebolehan pengajian di uni5ersiti.
&asilhasil kerja para sarjana bakal berganda melalui pencapaian pelajar pelajarnya. 'atakata ini diambil dari *ontoye dan Washburn, meluahkan pandanganyang telah menarik minat ramai para pengkaji dan sarjana ke uni5ersiti. "okonganterhadap kata kata ini terbukti di dalam bentuk carta genealogikal para penyumbang ideakepada Research Quarterly. /artacarta ini menunjukkan pengaruh yang besar kepadabeberapa beberapa orang melalui pelajarpelajar merekadalam perkembangan kajiandalam pendidikan fi4ikal. /ontoh yang baik ialah !homas '. /ureton, Jr., dari #ni5ersityof 2llinois, seorang yang penting di dalam melatih ramai para pengkaji di dalam fisiologisenaman dan kecergasan. 2llinois ;esearch 7aboratory ditubuhkan pada 1-99, dan iamenumpukan terhadap fisiologi kecergasan. "ebuah simposium telah mengiktiraf/ureton pada 1-@- dengan menyenarai seramai @9 orang pelajar 6h.( yang menamatkankajian mereka di bawah arahan beliau. 'etika /ureton telah mencatatkan beratusratusartikel hasil kerja beliau dan menulis berdo4endo4en buku yang berkait dengankecergasan fi4ikal, hasilhasil kerja pelajarpelajar beliau di dalam bidang epidemiologi,kecergasan, pemulihan kardiac, dan fisiologi senaman telah menyebabkan bilanganpelajar dan produkti5iti para sarjana semakin bertambah.
"atu contoh dari sebuah program uni5ersiti yang boleh dikesan mempunyai ciriciri yang
sama
seperti
&ar5ard
atigue
7aboratory
boleh
ditemui
di
6ennsyl5ania
"tate#ni5ersity. (r. Ancel 'eys, seorang dari ahli staf &ar5ard atigue 7aboratory, telahmembawa &enry 7ongstreet !aylor ke 7aboratory for 6hysiology &ygiene di #ni5ersityof *innesota, di mana beliau mendapat 6h.( pada 1-91. !aylor kemudian menjadipenasihat kepada kerja kajian oleh $lsworth ;. Buskirk, yang telah menubuhkan dan mengurus 7aboratory for &uman 6erformance ;esearch D+oll 7aboratoryE di6ennsyl5ania
"tate #ni5ersity. +oll 7aboratory terus beroperasi seperti &ar5ard atigue#ni5ersity, dengan program kajian yang lebih komprehensif di dalam dan luar makmal didalam senaman asas, alam sekitar dan kajian dalam industri. Walaupun begitu, adalahjelas bahawa kajian yang bagus di dalam senaman dan fisiologi alam sekitar diuruskanoleh makmalmakmal yang tidak mempunyai hubungan dengan &ar5ard atigue7aboratory. *akmal dibuat di dalam bidang pendidikan fi4ikal, bidang fisiologi disekolah perubatan, program perubatan klinikal di hospital, dan fasiliti bebas seperti/ooper 2nstitute untuk kajian aerobiks. 6erkembangan dan kepakaran di dalam kajianyang melibatkan senaman akan dibincangkan di dalam topik yang seterusnya.
#olongan Pro$essional dan %urnal Kajian
6erkembangan minat di dalam fisiologi senaman dan kaitanny dengan kecergasandan pemulihan di dalam penambahan bilangan golongan professional yang menyebabkanramai saintis dan pakar mempersembahkan hasil kajian mereka. 6ada tahun 1-C0, duagolongan utama yang berminat dengan fisiologi senaman dan apa sahaja yang berkaitandengannya ialah American 6hysiological "ociety DA6"E dan American Association of&ealth, 6hysical $ducation and ;ecreation DAA&6$;E. 'eperluan untukmenghimpunkan para ahli fi4ik, pengajar bidang fi4ik, dan fisiologist, berminat di dalamakti5iti fi4ikal dan kesihatan ke dalam satu golongan professional, yang akhirnyamenubuhkan American /ollege of "port *edicine DA/"*E pada 1-C9. 'ini, A/"*mempunyai lebih dari 18,000 orang ahli dengan 1 bidang di seluruh negara, setiap satumenaja perjumpaan untuk mempersembahkan hasil kajian, menaja simposium danmenggalakkan perubatan sukan.
Bab
Penga&alan di dalam 'ubuh Manusia Si$at Sistem Penga&alan
#ntuk memahami dengan lebih mendalam lagi tentang bagaimana tubuh badan dapat mengekalkan keadaan dalamannya, ia boleh difahami melalui analogi yang ringkas dari sistem nonbiologikal seperti alat pengawal suhutermostat dan sistem penyejukan dirumah.
(iandaikan juka termostat itu disetkan pada suhu 0/. "ebarang perubahan suhu bilik dari suhu yang ditetapkan ini menyebabkan perubahan sertamerta melalui pemanas atau penyejuk hawa untuk mengembalikan suhu kepada 0I/. Apabila suhu meningkat melebihi suhu yang ditetapkan, termostat akan mengaktifkan penyejuk hawa, dan mengembalikan suhu kepada 0I/. Begitulah sebaliknya sekiranya suhu berkurang dari suhu yang ditetapkan, mengaktifkan sistem pemanas untuk mengembalikan suhu kepada 0I/. (i dalam keduadua kes ini, respon yang dihasilkan dari sistem pemanasan dan penyejukan adalah untuk membetulkan keadaan, suhu tinggi atau rendah apabila keadaan mengi4inkan.
"istem pengawalan biologikal boleh ditafsirkan sebagai satu siri komponen komponen yang saling berhubung antara satu sama lain untuk mengekalkan keadaan parameter fi4ikal dan kimia tubuh badan dalam kadar yang tetap. 'omponenkomponen asas bagi sistem pengawalan biologikal adalah seperti berikutF D1E penerima, DE pusat dan D
;angsangan yang diterima oleh penerima Dkomponen yang mengesan perubahan dalam persekitaranE seperti suhu, tekanan darah dan banyak lagi menghantar mesej kepada pusat, yang boleh dikira sebagai kotak kawalan. 6usat menghantar mesej lagi kepada efektor, yang akan bertindak balas dengan mengubah keadaan persekitaran kembali ke normal. 6emulihan keadaan persekitaran dalaman kepada asal menyebabkan berkurangnya rangsangan asal yang menggerakkan sistem pengawalan. tindak balas ini dikenali sebagai tindak balas negatif.
'inda" balas negative
&ir semua sistem pengawalan di dalam tubuh berfungsi secara tindak balas negatif. "atu contoh tindak balas negatif boleh dilihat dari susunan sistem pernafasan pada kepekatan /) di dalam bendalir di luar sel. (i dalam hal ini, pertambahan /) di atas tahap normal merangsangkan penerima, yang menghantar informasi ke pusat pengawalan pernafasan DpusatE untuk menambahkan kadar pernafasan. $fektor di dalam contoh ini ialah otot pernafasan. 6ertambahan dalam kadar pernafasan akan mengurangkan kadar kepekatan /) kembali kepada normal, sekaligus membina semula homeostasis. "ebab berlakunya tindak
balas itu digelar negatid ialah disebabkan respon sistem pengawalan ini ialah negatif DbertentanganE terhadap rangsangan Dapatan dari Sistem Penga&alan
"istem pengawalan mengekalkan homeostasis dengan dapatan sistem. (apatan boleh dikira sebagai kebolehan sistem pengawalan. &al ini bermakna sistem kawalan yang mempunyai dapatan yang besar ialah lebih berkebolehan untuk membetulkan gangguan di dalam homeostasis dari sistem pengawalan dengan dapatan yang rendah."eperti yang anda telah sedia maklum, sistem pengawalan yang paling penting di dalam tubuh badan manusia mempunyai dapatan yang besar. "ebagai contoh, sistem kawalan yang mengawal suhu tubuh, pernafasan Darteri pulmonariE, dan aliran darah Dsistem kardio5askularE yang semuanya mempunyai dapatan yang besar. &al ini tidaklah mengejutkan kerana semua sistem pengawalan ini berkaitan dengan hal hidup dan mati seseorang.
(ontoh-ontoh Ka&alan Homeostati"
#ntuk lebih memahami dengan lebih lanjut mengenai sistem pengawalan biologikal, beberapa contoh pengawalan homeostatik hendaklah diambil kira.
Penga&alan 'e"anan Darah )rterial
"ebuah contoh yang baik bagi pengawalan homeostatik yang menggunakan tindak balas negatif ialah sistem baroreceptor, yang bertanggungjawab dalam mengawal tekanan darah. Baroreceptor adalah penerima yang sensitif terhadap tekanan yang terletak di arteri karotid dan juga di dalam lengkungan pada aorta. Apabila tekanan darah arterial bertambah di atas paras normal, baroreceptor ini akan terangsang, dan impuls saraf akan dihantar ke pusat kawalan kardio5askular di medulla pada otak. 'emudian, pusat kawalan kardio5askular mengurangkan bilangan impuls yang dihantar ke jantung, yang menyebabkan pengurangan darah yang dipam oleh jantung, sekaligus mengembalikan tekanan arterial kepada normal. Begitu juga sebaliknya apabila tekanan arterial mengurangkan bilangan impuls dari baroreceptor ke otak, yang menyebabkan sistem kawalan kardio5askular untuk menambah bilangan impuls ke jantung sekaligus menambah tekanan darah.
Penga&alan 'ahap #lu"osa pada Darah
&omeostasis juga berfungsi di dalam sistem endokrin. !ubuh badan manusia mempunyai lapan kelenjar endokrin yang utama, yang mensintesis dan merembeskan bahan kimia yang berasal dari darah iaitu hormon. &ormon diangkut melalui sistem peredaran di seluruh tubuh sebagai satu cara untuk mengawal peredaran dan fungsimetabolisme. "ebagai contoh kepada peranan sistem endokrin di dalam memeliharahomeostasis ialah pengawalan tahap glukosa pada darah. (alam kesihatan, kadar glukosadi dalam darah dikawal dengan teliti oleh sistem endokrin. "ebagai contoh, hormoninsulin mengawal pengambilan selular dan metabolisme glukosa, menjadikannya pentingdi dalam pengawalan kadar glukosa di dalam darah. "elepas pengambilan makanan yangmempunyai kadar karbohidrad yang tinggi, tahap glukosa meningkat di atas parasnormal. 6ertambahan kadar glukosa pada darah menyebabkan pankreas untuk merembeskan insulin, yang akan merendahkan kadar glukosa pada darah denganmenambah pengambilan selular. 'egagalan di dalam sistem pengawalan glukosa bolehmengakibatkan penyakit DdiabetesE.
Protein 'e"anan Membantu di dalam Penga&alan Homeostasis Selular
3angguan di
dalam
homeostasis selular
berlaku apabila
sebuah sel
itu
berdepandengan =tekanan yang menjangkaui kebolehannya untuk mempertahankan diri darisebarang
bentuk
gangguan.
"ebuah
contoh
bagaimana
sel
menggunakan
sistempengawalan untuk menangani tekanan Dseperti gangguan dalam homeostasisE ialahdikenali
sebagai
respon
tekanan
selular.
!ekanan
selular
ialah
sistem
pengawalanbiologikal di dalam sel yang melawan gangguan ke atas homeostasis denganmenghasilkan protein yang direka khas untuk melawan tekanan.
(alam
peringkat
selular,
protein
amatlah
penting
dalam
mengekalkan
keadaanhomeostasis. "ebagai contoh, protein memainkan peranan yang kritikal di dalam fungsisel normal dengan menjadi perantara intraselular atau sebagai en4im yang
menjadipemangkin dalam reaksi kimia. 'erosakan yang terhasil dari tekanan Dseperti suhu yangtinggiE
boleh
menyebabkan
gangguansedemikian pada
gangguan
homeostasis,
pada
homeostasis.
sel bertindak
#ntuk
balas dengan
melawan
menghasilkan
proteinpelindung yang dikenali sebagai protein tekanan. "etelah proses sintesis, protein tekananini berfungsi untuk melindungi sel dengan memperbaiki protein yang rosak danmengembalikan homeostasis.
Senaman* Ujian 'erhadap Penga&alan Homeostasis
"enaman otot boleh dikira sebagai sebuah ujian untuk mengkaji sistempengawalan homeostasis di dalam tubuh, kerana senaman mempunyai potensi untukmempengaruhi homeostasis. "ebagai contoh, semasa senaman, otot akan menghasilkanjumlah asid laktik yang besar, yang menyebabkan pertambahan keasidan intraselular danekstraselular. 6ertambahan keasidan ini melambangkan cabaran yang mencabar ke atassistem pengawalan asidbase tubuh badan. "ebagai tambahan, senaman beratmenyebabkan keperluan otot ke atas ) bertambah, dan bilangan /) yang besarterhasil. 6erubahan ini hendaklah diatasi dengan menambah kadar pernafasan D5entilasipulmonariE dan pengaliran darah untuk menambah kadar penghantaran ) untuk otot danmenyingkirkan bahan kumuh /). 'emudian, semasa senaman berat, otot akanmenghasilkan kadar haba yang tinggi yang mesti disingkirkan untukmenghindario5erheating.
"istem
pengawalan
tubuh
haruslah
bertindak
balas
dengansertamerta untuk menghindari perubahan drastik di dalam persekitaran dalam tubuh.
Walau bagaimanapun, tubuh badan jarang untuk mengekalkan keadaanhomeostasis keseluruhannya ketika sedang menjalankan senaman dalam jangka masayang lama ketika keadaan panas atau sejuk. "enaman berat atau kerja dalam jangka masayang lama boleh menyebabkan gangguan di dalam persekitaran dalam tubuh yang manaterlalu besar untuk dikawal, sekalipun oleh dapatan sistem kawalan yang paling tinggi,oleh itu keadaan yang malar adalah mustahil. 3angguan yang teruk terhadap homeostasis boleh menyebabkan keletihan, dan akhirnya memberhentikan senaman. *emahamibagaimana pelbagai sistem pengawalan tubuh mengurangkan gangguan dari senaman keatas homeostasis adalah penting untuk pelajar fisiologi senaman dan juga salah satu daritema yang penting di dalam buku teks ini.
+ab ,
+ioenergeti"
Beriburibu tindak balas kimia berlaku di dalam tubuh badan pada setiap minitdalam sehari. "ecara keseluruhannya, tindak balas ini dikenali sebagai metabolisme.*etabolisme melibatkan laluan kimia yang menebabkan sintesis molekul Dtindak balasanabolikE dan juga berpecahnya molekul Dtindak balas katabolikE.
)leh kerana tenaga amatlah diperlukan bagi setiap sek, ia tidaklah mengejutkanjika sel memiliki laluan kimia yang boleh mengubah bahan makanan Dseperti lemak,protein dan karbohidradE kepada sebuah bentuk tenaga biologikal yang boleh digunakan.6roses metabolik ini dikenali sebagai bioenergetik. #ntuk berlari, melompat atauberenang, sel otot haruslah mampu
mengeluarkan
tenaga secara berterusan dari nutrienmakanan.
"ebenarnya,
ketidakbolehan untuk menukar tenaga dari bahan makanan kepadatenaga biologikal yang boleh digunakan akan mengehadkan penglibatan seseorang itudalam akti5iti ketahanan. 6enerangan untuk hal ini amatlah mudah. #ntuk mengecut, selotot haruslah mempunyai sumber tenaga yang berterusan. Apabila sumber tenaga itutiada, pengecutan otot adalah mustahil, dan sebarang akti5iti haruslah dihentikan. )lehsebab itu, mengenai kepentingan tentang penghasilan tenaga selular ketika senaman,adalah sesuatu yang penting bagi seseorang pelajar fisiologi senaman itu membuat satukefahaman mengenai bioenergetik.
Stru"tur Sel
"el telah ditemui pada kurun ke18 oleh seorang saintis 2nggeris ;obert &ooke.'emajuan dalam pembinaan mikroskop dalam masa <00 tahun telah membawa kepadakefahaman yang lebih baik dalam struktur dan fungsi sel.#ntuk memahami dengan lebihlanjut mengenai bioenergetik, adalah penting bagi kita untuk menghargai struktur danfungsi sel. $mpat elemen Dsatu darinya adalah bahan kimia asasE mewakili -C daritubuh badan. 2a juga termasuklah oksigen D@CE, karbon D1:E, hidrogen D10E dannitrogen D<E. $lemen tambahan boleh ditemui dalam kuantiti yang sedikit, termasuklahsodium, besi, 4ink, kalium, magnesium, klorida dan kalsium. $lemen yang pelbagai initerikat antara satu sama lain oleh ikatan kimia untuk membentuk molekul atau sebatian."ebatian yang mengandungi karbon dikenali sebagai sebatian organik, dan sebatian yangtidak mengandungi karbon
dikenali sebagai inorganik. "ebagai contoh, air D&)E tidakmempunyai karbon dan merupakan bahan inorganik. Begitulah sebaliknya bagi protein,lemak dan karbohidrat yang mengandungi karbon dan merupakan sebatian organik.
"ebagai unit berfungsi yang paling asas di dalam tubuh, sel ialah diibaratkan sepertikilangkilang yang disusun rapi yang mampu mensintesiskan banyak sebatian untukfungsi selular normal. Adalah dimaklumkan bahawa tidak semua sel adalah serupa,ataupun mampu melakukan fungsi yang sama. 3ambaran sel yang biasanya dibuathanyalah memperlihatkan bahagianbahagian sel yang terdapat dalam hampir semua jenissel pada tubuh badan. "ecara amnya, struktur sel boleh dibahagikan kepada tiga bahagianutamaF .Membran sel
*embran sel Djuga dikenali sebagai membran plasmaE ialah lapisan separatelap yangmemisahkan sel dari persekitaran luar sel. (ua fungsi membran sel yang paling utamaialah untuk memagari "omponen-"omponen di dalam sel dan juga untuk menga&alhaluan pelbagai bahan yang memasuki dan keluar dari sel.
/.0u"leus
+ukleus
ialah
sejenis
komponen
yang
besar
dan
seakan
bulat
di
dalam
sel
yangmengandungi"omponen geneti" selular DgenE. 3en adalah terdiri dari dua benag asiddeo"siribonu"lei" D(+AE, yang berfungsi sebagai asas bagi "od geneti" . "ecara ringkas,gen mengawal sintesis protein, yang mengawal komposisi sel dan mengawal akti5iti selular.
,. Sitoplasma 1digelar sebagai sar"oplasma dalam sel otot2.
2ni ialah bahagian bendalir bagi sel di antara nukleus dan membran sel. !erdapat banyakorganel Dstruktur yang kecilE di dalam sitoplasma yang mempunyai fungsi selular yangspesifik. "alah satu dari organel, mitokondria, dikenali sebagai sumber tenaga bagi seldan terlibat dalam penukaran oksidatif bahan makanan kepada tenaga selular yang bolehdigunakan. "elain itu, sitoplasma juga mengandungi en4im untuk mengawal penguraianglukosa DglykolisisE.
'rans$ormasi 'enaga +iologi"al
"emua jenis tenaga didapati dari matahari. !umbuhan menggunakan tenagacahaya dari matahari untuk mencipta tindak balas yang membentuk karbohidrat, lemakdan protein. &aiwan Dtermasuk manusiaE memakan tumbuhan dan juga haiwan lain untukmendapatkan tenaga yang diperlukan bagi mengekalkan akti5iti selular.
!enaga wujud dalam pelbagai bentuk D ele"tri"3 me"ani"al3 "imia dan lainlainEdan semua bentuk tenaga ini boleh diubah antara satu sama lain. "ebagai contoh, seratotot menukar tenaga kimia kepada tenaga mekanikal untuk melakukan pergerakan.6roses bioenergetik bagi mengubah tenaga kimia kepada tenaga mekanikal memerlukansatu siri tindak balas kimia yang terkawal. "ebelum kira membincangkan tentang tindakbalas tersebut secara spesifik, keterangan mengenai tindak balas kimia selular disediakan.
'inda" balas Kimia Selular
!enaga dipindahkan di dalam tubuh badan dengan melepaskan tenaga yangterdapat di dalam ikatan kimia pelbagai molekul. 2katan kimia yang mengandungi jumlahtenaga potensi yang besar sering dirujuk sebagai =ikatan bertenaga tinggi. "eperti yangtelah diterangkan, bioenergetik berkait rapat dengan pemindahan tenaga dari bahanmakanan kepada bentuk biologikal yang boleh digunakan. 6emindahan tenaga ini berlakukerana disebabkan satu siri tindak balas kimia. Banyak dari tindak balas ini memerlukan tenaga ke atas reaktan Dtindak balas endergonikE sebelum tindak balas berlaku. +amun,disebabkan tenaga itu ditambah ke dalam reaktan, produk akan memiliki lebih banyaktenaga bebas dari reaktan asal. Begitu juga sebaliknya sekiranya tindak balas yangmengeluarkan tenaga disebabkan oleh proses kimia yang dikenali sebagai tindak balaseksergonik.
'inda" +alas +erpasangan
'ebanyakan tindak balas yang berlaku di dalam sel dikenali sebagai tindak balasberpasangan.
!indak balas
berpasangan
adalah
tindak
balas
yang
berkaitan,
yangmembebaskan tenaga bebas di dalam satu tindak balas untuk menggalakkan tindak
balaskedua. "ebagai contoh, tenaga yang dibebaskan oleh tindak balas eksergonik digunakanuntuk menggalakkan tindak balas yang memerlukan tenaga Dtindak balas endergonikE didalam sel. &al ini sama seperti dua gear yang bersentuhan yang mana pusingan sebuahgear Dgear eksergonik yang membebaskan tenagaE menyebabkan pergerakan gear yangkedua Dgear endergonikE. (alam kata lain, tindak balas yang membebaskan tenaga adalahberpasangan
dengan
tindak
balas
yang
memerlukan
tenaga.
!indak
balas
pengoksidaanpengurangan adalah sejenis tindak balas berpasangan yang penting dan akandibincangkan di dalam topik yang seterusnya.
'inda" +alas Pengo"sidaan-Pengurangan
6roses
menyingkirkan
elektron
dari
sebuah
atom
atau
molekul
digelar
sebagaipengoksidaan. 6enambahan bilangan elektron ke atas atom atau molekul dirujuk sebagaipengurangan.
6engoksidaan
dan
pengurangan
selalunya
ialah
tindak
balas
berpasangankerana molekul tidak boleh dioksidakan, melainkan sekiranya elektron didermakankepada atom yang lain Datau molekulE. Atom atau molekul yang menderma elektrondikenali sebagai agen pengurangan dan molekul yang menerima elektron dikenali sebagaiagen pengoksidaan. Adalah diketahui bahawa sebuah atom Datau molekulE boleh menjadisebagai keduaduanya, iaitu agen pengoksidaan dan agen pengurangan. "ebagai contoh,apabila molekul memainkan keduadua peranan, mereka boleh menerima elektron padasatu tindak balas dan kemudian mendermakan elektronelektron ini kepada molekul yanglain untuk menghasilkan tindak balas pengoksidaanpengurangan.
Adalah dimaklumkan bahawa terma pengoksidaan bukan bermaksud yangoksigen memainkan peranan dalam tindak balas ini. !erma ini diambil dari fakta bahawaoksigen cenderung untuk menerima oksigen dan bertindak sebagai agen pengoksidaan."ifat oksigen ini digunakan oleh sel untuk menghasilkan sebuah bentuk tenaga yangboleh digunakan.
Amatlah penting untuk diingati bahawa tindak balas pengoksidaanpengurangandi dalam sel sering melibatkan pemindahan atom hidrogen berbanding dengan elektronbebas. &al ini amat tepat kerana sebuah atom hidrogen mempunyai sebuah elektron Ddansebuah proton pada nukleusE. )leh sebab itu, satu atom atau molekul yang kehilanganatom hidrogen juga kehilangan sebuah elektron dan dioksidakan molekul itu yangmendapat hidrogen Ddan elektronE juga dikurangkan. (i dalam banyak tindak balas biologikal pengoksidaan
pengurangan, pasangan elektron dilepaskan bersamasama di antara molekul sebagai elektron bebas atau pasangan atom hidrogen. (ua molekul memainkan peranan penting di dalam pemindahan hidrogen DdanelektronEF
nikotinamide
adenine
dinukleotide
dan
fla5in
adenine
dinukleotide.+ikotinamide adenine dinukleotide adakah diambil dari 5itaman niacin D5itamin BE,manakala
fla5in
Bentuknikotinamide
adenine adenine
dinukleotide dinukleotide
datang yang
dari
5itamin
dioksidakan
ditulis
ribofla5in
DBE.
sebagai
+A(
manakalabentuk yang dikurangkan ditulis sebagai +A(&. "erupa juga halnya bagi bentuk yangdioksidakan bagi fla5in adenide dinukleotide ditulis sebagai A( dan bentuk yangdikurangkan ditulis sebagai A(&. $n4im
'adar kelajuan bagi tindak balas kimia selular adalah dipengaruhi olehpemangkin yang dipanggil sebagai en4im. $n4im adalah sejenis protein yang memainkanperanan yang utama dalam pengawalan metabolisme di dalam sel. $n4im tidakmembuatkan tindak balas berlaku, tetapi sekadar mengawal kadar kelajuan di manatindak balas berlaku. !ambahan pula, en4im tidak mengubah sifat tindak balas atau hasildari tindak balas.
!indak balas berlaku apabila reaktan mempunyai tenaga yang mencukupi untukbekerja. !enaga yang diperlukan bagi memulakan tindak balas kimia digelar tenagapengaktifan.
$n4im
berfungsi
sebagai
pemangkin
bagi
mengurangkan
tenagapengaktifan. 'eputusan akhir adalah untuk menambahkan kadar di mana tindak balas inberlaku.'ebolehan en4im untuk mengurangkan tenaga pengaktifan terhasil dari stuktur en4im itu sendiri. "ecara amnya, en4im adalah molekul protein yang besar yang memilikibentuk tigadimensi. "etiap jenis en4im memiliki rabung atau lurah. 6oket yang terhasildari rabung dan lurah terletak di atas en4im dikenali sebagai tapak aktif. !apak aktif iniamatlah penting, kerana bentuk unik bagi tapak aktif ini menyebabkan en4im yangtertentu sahaja yang boleh melekat pada molekul yang tertentu Ddipanggil sebagaisubstratE. 'onsep bagaimana en4im sesuai dengan substrat yang tertentu bolehdianalogikan seperti idea kunci dan pengunci. Bentuk bagi tapak aktif sesebuah en4imialah spesifik untuk bentuk bagi substrat tertentu sahaja, yang mana membolehkan duamolekul Den4im K substratE untuk membentuk sebuah kompleks yang dikenali sebagaikompleks en4imsubstrate. "etelah terbentuknya kompleks en4imsubstrate, tenagapengaktifan yang diperlukan untuk tindak
balas akan dikurangkan, dan tindak balas akanlebih mudah untuk disiapkan. 'emudian hal ini diikuti dengan pengasingan di antaraen4im dan produk. 'ebolehan sesebuah en4im untuk bertindak sebagai pemangkin tidaktetap dan boleh dipengaruhi oleh beberapa faktor.
Walaupun terdapat sistem penamaan en4im yang standard, kebanyakan buku teksmenggunakan nama yang biasa untuk menerangkan secara am mengenai f ungsi en4imdan tindak balas yang dimangkinkannya. &ir semua en4im dinamakan denganimbuhan ase pada hujungnya. "ebagai contoh, kinase ialah sejenis kumpulan en4im yang menambah kumpulan fosfat kepada substrat yang akan bertindak balas. !ambahanpula, dehidrogenase adalah en4im yang menyingkirkan hidrogen dari substrate. "atucontoh en4im yang namanya mempunyai keduadua substrate dan fungsi ialah laktatedehydrogenase Dboleh dijumpai dalam tisu tubuh, terutamanya otot, jantung dan hatiE.$n4im ini memangkinkan pertukaran asid laktik kepada asid pyru5ik dan sebaliknya,dengan arah tujunya bergantung kepada kepekatan reaktan atau en4im.
+ahan +a"ar Senaman
!ubuh badan mengandungi karbohidrat, lemak dan protein yang diambil setiaphari untuk memberi tenaga yang secukupnya untuk mengekalkan akti5iti selular ketikarehat mahupun bersenam. "emasa bersenam, nutrien asas yang digunakan untuk tenagaialah lemak dan karbohidrat, dengan protein menyumbang dalam kuantiti yang kecil didalam jumlah tenaga yang digunakan.
Karbohidrat
'arbohidrat terdiri daripada atom karbon, hidrogen dan oksigen. 'arbohidratyang tersimpan menyediakan tubuh badan sejenis bentuk tenaga yang serta merta bolehdidapati, dengan 1g karbohidram mampu menyediakan lebih kurang 9kcal tenaga. "epertiyang telah diutarakan, tumbuhan mensintesiskan karbohidrat melalui interaksi dengan/), air dan tenaga solar di dalam proses yang dikenali sebagai fotosintesis. 'arbohidratwujud dalam tiga bentukF D1E monosakarida, DE disakarida, dan D
darah. 2a boleh dijumpai di dalam makanan atauboleh dibentuk dari pencernaan hasil dari penguraian karbohidrat yang lebih kompleks.ruktosa terdapat di dalam tumbuhan atau madu dan dikira sebagai karbohidrat asas yangpaling manis.
(isakarida terbentuk dengan menggabungkan dua monosakarida. "ebagai contohgula biasa dikenali sebagai sukrosa dan ia terdiri daripada glukosa dan fruktosa. *altosa,juga sejenis disakarida, terdiri daripada dua molekul glukosa."ukrosa dikira sebagaidisakarida yang sering diambil dalam pemakanan di #" dan menyumbang sebanyak Cpengambilan kalori bagi kebanyakan orang Amerika. 2a berlaku secara semulajadi didalam banyak karbohidrat seperti tebu, ubi bit, madu dan sirap maple.
6olisakarida ialah karbohidrat yang kompleks yang terdiri dari tiga atau lebihmonosakarida. tigamonosakaridaE
6olisakarida atau
molekul
boleh yang
terdiri lebih
dari
molekul
besar
yang
yang
kecil
Dseperti
mengandungi
beratus
monosakarida."ecara amnya, polisakarida dikelaskan di antara polisakarida tumbuhan atau haiwan. (uabentuk polisakarida yang paling biasa bagi tumbuhan ialah selulosa dan kanji. *anusiatidak mempunyai en4im pencernaan yang diperlukan untuk mencernakan selulosa, danselulosa
menghasilkan
serat
dalam
pemakanan
dan
menjadi
bahan
buangan.
Berlainanpula dengan kanji yang boleh didapadi di dalam jagung, bijirin, kekacang, kentang dankacang pis, yang boleh dicernakan dengan mudah oleh manusia dan sebuah sumberkarbohidrat yang penting bagi orang Amerika. "etelah pencernaan, kanji akan diuraikan untuk membentuk monosakarida dan boleh digunakan sebagai tenaga kepada sel secara seta merta di dalam bentuk yang lain di dalam sel untuk jangka masa yang akan datang. 3likogen ialah sejenis terma yang digunakan untuk polisakarida yang tersimpandi dalam tisu haiwan. 2a disintesiskan di dalam sel dengan menghubungkan molekulglukosa bersama. *olekul glikogen selalunya besar dan terdiri dari beratus hingga beribumolekul glikogen. "el menyimpan glikogen untuk membekalkan karbohidrat sebagaisumber tenaga. "ebagai contoh, ketika bersenam, sel otot menguraikan glikogen kepadaglukosa Dproses ini dipanggil sebagai glikogenolisisE dan menggunakan glukosa sebagaisumber tenaga. Begitu juga jika glikogenolisis berlaku di dalam hati, dengan glukosabebas yang dibebaskan ke dalam salur darah dan disalurkan ke dalam tisu di seluruh tubuh.
Amatlah penting untuk melatih metabolisme kerana glikogen tersimpan di dalamkeduadua serat otot dan hati. Walau bagaimanapun, glikogen yang tersimpan di dalambadan adalah sedikit dan boleh berkurangan dalah beberapa jam hasil dari senaman yangpanjang. )leh sebab itu, pensintesisan glikogen ialah sebuah proses yang berterusan didalam
sel.
6emakanan
glikogen,sementara
diet
yang yang
kurang
karbohidrat
mempunyai
akan
karbohidrat
menyekat
yang
tinggi
pensintesisan menggalakkan
pensintesisanglikogen.
Lema"
Walaupun lemak mengandungi elemen kimia yang sama seperti karbohidrat,nisbah karbon dan oksigen di dalam lemak adalah lebih banyak berbanding apa yang adadi dalam karbohidrat. 7emak badan yang tersimpan ialah bahan bakar yang ideal untuksenaman jangka panjang, kerana molekul lemak mengandungi kuantiti tenaga yang besarpada setiap unit berat. "atu gram lemak mengandungi kirakira -kcal tenaga, dua kaliganda berbanding kandungan tenaga di dalam karbohidrat atau protein. 7emak adalahtidak larut di dalam air dan boleh ditemui dalam tumbuhan dan haiwan. "ecara amnya,lemak boleh dikelaskan kepada empat kumpulan utamaF D1E asid lemak, DE trigliserida,D
Asid lemak terdiri daripada rangkaian atom karbon yangpanjang yang dihubungkan dengan satu kumpulan karboksil di satu hujung Dsatukumpulan karboksil mengandungi kumpulan karbon, oksigen dan hidrogenE. Gang palingpenting, asid lemak adalah bentuk lemak yang paling asas yang digunakan oleh sel ototsebagai tenaga.
Asid
lemak
yang
tersimpan
di
dalam
tubuh
badan
dikenali
sebagai
trigliserida.!rigliseride adalah terdiri daripada tiga molekul asid lemak dan satu molekul gliserolDbukan sejenis lemak tetapi sejenis alkoholE. Walaupun tapak simpanan terbesar bagitrigliserida adalah sel lemak, molekulmolekul ini juga tersimpan dalam banyak jenis sel,termasuklah sel tulang, Apabila diperlukan, ia boleh diuraikan kepada bahagiankomponen Dsebuah proses yang dipanggil sebagai lipolisisE, dengan menggunakan asidlemak sebagai substrat tenaga oleh otot dan tisu yang lain. 3liserol yang dibebaskan olehlipolisis bukanlah sejenis sumber tenaga bagi otot secara terus, tetapi boleh digunakan oleh hati untuk mensintesiskan glukosa. )leh sebab itu, seluruh molekul trigliserida ialah sumber tenaga yang berguna untuk tubuh badan.
osfolipid
tidak
digunakan
oleh
otot
sebagai
sumber
tenaga
semasa
bersenam.osfolipid ialah lemak yang digabungkan dengan asid fosforik dan disintesiskan secaramaya
oleh
setiap
sel
dalam
tubuh.
6eranan
biologikal
bagi
fosfolipid
termasuklahmenyediakan gabungan struktur bagi membran sel kepada menyediakan lapisan penebatdi sekitar gentian saraf.
Jenis lemak yang terakhir ialah steroid. "ekali lagi, lemak ini tidak digunakansebagai sumber tenaga ketika bekerja, tetapi akan diutarakan untuk menyediakanpemahaman terhadap sifat lemak biologikal. "teriod yang paling biasa ialah kolestrol.'olestrol ialah komponen bagi semua membran sel. 2a boleh disintesiskan pada setiap seldi dalam tubuh dan boleh diambil di dalam makanan. 'emudian, kolestrol jugadiperlukan untuk mensintesiskan hormon seks seperti estrogen, progesterone,dantestosterone. Walaupun kolestrol mempunyai banyak fungsi biologikal yang berguna,kandungan kolestrol yang tinggi di dalam darah boleh mengakibatkan penyakit koronariarteri.
Protein
6rotein terdiri daripada banyak subunit yang dipanggil asid amino. "ekurang kurangnya sebanyak 1 jenis asid amino yang berbe4a yang diperlukan oleh badan kitauntuk membentuk berbagai tisu, en4im, protein darah dan banyak lagi. "embilan asidamino, dipanggil amino asid yang penting, tidak boleh disintesiskan oleh tubuh badandan hendaklah diambil melalui makanan. 6rotein terbentuk dengan menghubungkan asidamino dengan ikatan kimia yang dipanggil ikatan peptida. "ebagai bahan bakar yangberpotensi, protein mengandungi sebanyak 9kcal tenaga per gram. #ntuk menjadikan protein sebagai substrat untuk membentuk sebatian bertenaga tinggi, ia mestilahdiuraikan kepada ju4uk asid amino. 6rotein boleh menyumbangkan tenaga untuk bekerjadan bersenam dalam dua cara. 6ertama asid amino alanine boleh ditukar di dalam hatikepada glukosa, yang kemudiaannya boleh digunakan untuk mensintesiskan glikogen.3likogen pada hati boleh dinyahgredkan kepada glukosa dan dihantar kepada otot yangbekerja melalui sistem peredaran. 'edua, banyak asid amino Dseperti isoleucine, alanine,leucine, 5alineE boleh diubah kepada dua jenis sistem metabolik Dseperti sebatian yangterlibat dalam bioenergetik secara langsungE dalam sel otot dan secara langsungmenyumbang sebagai bahan bakar dalam haluan bioenergetik.
Fos$at +ertenaga 'inggi
"umber tenaga yang cepat bagi latihan otot ialah sebatian fosfat bertenaga tinggi,adenosine triphosphate DA!6E. Walaupun A!6 bukannya sebuah molekul yang hanyamembawa tenaga ke dalam sel, ia juga merupakan molekul yang penting, dan tanpajumlah A!6 yang cukup, hampir kesemua sel akan mati dengan cepat.
"truktur A!6 terdiri kepada tiga bahagian utamaF D1E bahagian adenine, DEbahagian ribose, dan D
A!6 juga dikenali sebagai penderma tenaga semesta. 2a berpasangan dengantenaga yang dilepaskan kepada penguraian bahan makanan kepada bentuk tenaga yangboleh digunakan oleh semua sel. "ebagai contoh, sel menggunakan tindak balaseksergonik Dpenguraian bahan makananE untuk membina A!6 melalui tindak balasendergonik.A!6 yang baru terhasil ini boleh digunakan sebagai sumber tenaga kepada sel.
+ioenergeti"
"el otot menyimpan jumlah A!6 yang terhad. )leh sebab itu, kerana senamanotot memerlukan bekalan A!6 yang tetap untuk menyediakan tenaga yang diperlukanuntuk latihan otot, laluan metabolik mestilah ada di dalam sel dengan mempunyaikebolehan untuk menghasilkan A!6 secara pantas. "el otot boleh menghasilkan A!6dengan satu atau menggabungkan
tiga
laluan
metabolikF
D1E
pembentukan
A!6
denganpenguraian
phosphocreatene D6/E, DE pembentukan A!6 melalui penyahgredan glukosaatau glikogen Ddipanggil glikolisisE dan D
Pembentu"an )'P )naerobi"
/ara yang paling ringkas dan juga paling cepat untuk menghasilkan A!6melibatkan pendermaan kumpulan fosfat dan tenaga pada ikatannya dari 6/ kepada A(6untuk membentuk A!6.
!indak secaramendadak
balas
ini
dimangkinkan
oleh
en4im
creatine
kinase. 2a
apabila A!6 diuraikan oleh A(6 K 6 ketika
berlaku
senaman. Walau
bagaimanapun,sel otot hanya menyimpan jumlah 6/ yang kecil, dan hanya menghasilkan jumlah A!6yang terhad melalui tindak balas ini. 3abungan antara A!6 dan 6/ yang tersimpandikenali sebagai sispem A!66/ atau sistem fosfagen. 2a menyediakan tenaga untuklatihan otot ketika bersenam dan ketika senaman ringkas yang padat Dkurang dari C saatE.6embentukan semula 6/ memerlukan A!6 dan berlaku hanya ketika pemulihan darisenaman.
'epentingan
sistem
A!66/
pada
atlet
boleh
difahami
dengan
melihat
kepadasenaman jangka pendek yang ringkas seperti larian pecut C0 meter, lompat tinggi,melakukan angkat berat secara serta merta, ataupun seorang pemain bola sepak berlari pecut sepanjang 10 ela di padang. "emua jenis latihan ini memerlukan beberapa saatsahaja untuk diselesaikan dan memerlukan bantuan A!6 dengan serta merta. "istemA!66/ menyediakan sebuah tindak balas en4im yang ringkas untuk akti5itiakti5itiseperti ini. 6engurangan 6/ adalah disebabkan dari pengehadkan latihan jangka masapendek yang padat telah membawa kepada cadangan yang mengatakan penghasilancreatine dalam jumlah yang banyak boleh memperbaiki prestasi latihan.
7aluan metabolisme yang kedua yang boleh menghasilkan A!6 serta merta tanpamenglibatkan ) ialah glikolisis. 3likolisis melibatkan penguraian glukosa atau glikogenuntuk menghasilkan dua molekul asid pyru5ik atau asid laktik. 3likolisis ialah sebuahhaluan anaerobik yang digunakan untuk memindahkan tenaga pada ikatan dari glukosakepada fosfat bukan organik pada A(6. 6roses ini melibatkan satu siri pemangkinanen4im ataupun tindak balas berpasangan. 3likolisis berlaku di dalam sarkoplasma didalam sel otot dan menghasilkan berat bersih dua molekul A!6 dan dua molekul asidpyru5ik atau asid laktik pada setiap molekul glukosa.
'emudian, mari kita memahami glikolisis secara lebih lanjut. 6ertama, tindakbalas di antara glukosa dan pyru5ate boleh dikenali dengan dua fasa yang berbe4aF D1Efasa penghasilan tenaga dan DE fasa pengeluaran tenaga. 7ima tindak balas yang pertamamenjadi fasa penghasilan tenaga di mana A!6 yang disimpan mestilah digunakan untukmenghasilkan gula fosfat. Walaupun hasil dari glikolisis ialah penghasilan tenagaDeksergonikE, glikolisis hendaklah diutamakan dengan penambahan A!6 pada duabahagian ketika permulaan haluan. "ebab A!6 diutamakan adalah untuk menambahkumpulan fosfat Ddipanggil phosphorylationE kepada glukosa dan fruktosa@fosfat.Apabila glikolisis dimulakan dengan glikogen sebagai substrat,
penambahan
satu
A!6adalah
diperlukan
Dglikogen
tidak
memerlukan
phosphorylation dari A!6, tetapisebaliknya phosphorylation dari fosfat bukan organikE. 7ima tindak balas terakhirglikolisis mewakili fasa pengeluaran tenaga glikolisis. (ua molekul A!6 dihasilkan padadua tindak balas yang berbe4a pada hujung haluan glikolitik dan dapatan glikolisis ialahdua A!6 apabila glukosa sebagai substrat dan tiga A!6 apabila glikogen sebagai substrat.
&idrogen selalunya disingkirkan dari substrat nutrient di dalam bioenergetik dandibawa oleh molekul pembawa. (ua molekul pembawa yang secara biologikal amatpenting adalah nicotinamide adenine dinucleotide D+A(E dan fla5in adenine dinucleotideDA(E. 'eduadua +A( dan A( membawa hidrogen dan elektronelektron yangterdapat
pada
keduaduanya
digunakan
untuk
menghasilkan
A!6
di
dalam
mitokondriamelalui proses aerobik. #ntuk mendapat tindak balas kimia di dalam glikolisis untukmeneruskan proses, dua hidrogen mestilah disingkirkan dari glyceraldehyde< phosphate,yang
akan
digabungkan
dengan
fosfat
bukan
organik,
untuk
membentukdiphosphoglycerate. 6enerima hidrogen di dalam tindak balas ini ialah +A(. (i sini,+A( menerima satu dari hidrogen, sementara hidrogen yang lain bebas di dalam larutan.'etika menerima hidrogen, +A( diubah ke dalam bentuknya yang lebih asas, +A(&.Jumlah +A( yang cukup hendaklah ada untuk menerima atom hidrogen yang mestidisingkirkan
dari
glyceraldehyde<phosphate
apabila
glikolisis
diteruskan.
Bagaimana+A( dibentuk semula dari +A(&? !erdapat dua cara untuk sel bagi mengembalikan +A( dari +A(&.
6ertama, apabila terdapat oksigen D)E yang mencukupi, hidrogen dari+A(& boleh dibawa ke dalam mitokondria sel. 'edua, apabila ) tidak ada untukmenerima hidrogen ke dalam mitokondria, asid pyru5ik boleh menerima hidrogen untukmembentuk asid laktik. $n4im yang memangkinkan tindak balas ini ialah laktatedihidrogenase D7&(E, dengan hasil pada akhirnya ialah pembentukan asid laktik danpembentukan semula +A(. )leh itu, sebab pembentukan asid laktik adalah untukmengitar semula +A( D+A(& diubah kepada +A(E supaya glikolisis boleh diteruskan.
"ekali lagi, glikolisis ialah penguraian glukosa kepada asid pyru5ik atau asidlaktik dengan menghasilkan dua atau tiga A!6, bergantung kepada haluan yangdilaluinya dengan glukosa atau glikogen. 3lukosa ialah molekul @karbon manakala asidpyru5ik dan asid laktik ialah molekul <karbon. &al ini menerangkan penghasilan duamolekul asid pyru5ik atau asid laktik dari satu molekul glukosa. )leh kerana ) tidakterlibat secara terus di dalam glikolisis, haluan ini dikira sebagai anaerobik. Walaubagaimanapun, sekiranya terdapat ) di dalam mitokondria, pyru5ate boleh di sertakandi dalam penghasilan A!6 secara aerobik.
Penghasilan )'P )erobi"
6enghasilan
A!6
secara
aerobik
berlaku
di
dalam
mitokondria
dan
melibatkaninteraksi antara dua haluan metabolikF D1E kitaran 'rebs dan DE rantaian pengangkutanelektron. ungsi utama kitaran 'rebs Djuga dikenali sebagai kitaran asid citricE ialahmelengkapkan pengoksidaan
Dpenyingkiran hidrogenE
atauprotein
dan
menggunakan
+A(
A(
sebagai
pada karbohidrat,
pembawa
hidrogen
lemak
DtenagaE.
'epentinganpenyingkiran hidrogen Duntuk kebaikan elektron merekaE mengandungi tenaga potensi didalam molekul makanan. !enaga ini boleh digunakan di dalam rantaian pengangkutanelektron untuk menggabungkan A(6 K
fosfat
bukan organik untuk
menghasilkan semulaA!6. )ksigen tidak terlibat di dalam tindak balas kitaran 'rebs tetapi penerima hidrogenakhir pada akhir rantaian pengangkutan elektron Dair dibentuk, & K ) L &)E. 6rosespenghasilan A!6 secara aerobik dikenali sebagai o>idati5e phosphorylation.
Kitaran Krebs
'itaran 'rebs dinamakan sempena nama ahli biokimia &ans 'rebs, di manakajian perintisnya telah menambahkan pemahaman kita di dalam haluan yang kompleksini. 'itaran 'rebs memerlukan dua molekul karbon, acetylM/oA. AcetylM/oA bolehdibentuk dari penguraian karbohidrat, lemak atau protein. *ulamula, mari kitatumpukan pada pembentukan acetylM/oA dari pyru5ate Dpyru5ate boleh dibentuk darikeduadua karbohidrat dan proteinE. 6yru5ate Dmolekul tiga karbonE diuraikan untukmembentuk acetylM/oA Dmolekul dua karbonE dan karbon yang tinggal didermakansebagai /). 'emudian, acetylM/oA bergabung dengan o>aloacetate Dmolekul empatkarbonE untuk membentuk citrate Denam karbonE. Apa yang mengikut ialah satu siritindak balas untuk membentuk o>aloacetate dan dua molekul /), dan haluan bermulaberulangulang kal i.
#ntuk setiap molekul glukosa memasuki glikolisis, dua molekul pyru5atedibentuk, dan di dalam kehadiran ), mereka diubah kepada dua molekul acetylM/oA.&al ini bermakna setiap molekul glukosa menghasilkan dua pusingan kitaran 'rebs.ungsi kitaran 'rebs ialah untuk menyingkirkan hidrogen dan tenaga yang berkaitandengan hidrogen dari pelbagai substrat yang terlibat di dalam kitaran. #ntuk setiappasangan elektron yang melalui rantaian pengangkutan elektron dari +A(& kepadaoksigen, terdapat tenaga yang cukup untuk membentuk .C molekul A!6. #ntuk setiapmolekul A(& yang dibentuk, terdapat tenaga yang cukup untuk menghasilkan 1.Cmolekul A!6. )leh sebab itu, di dalam penghasilan A!6, A(& tidaklah mempunyaitenaga yang banyak seperti +A(&.
!ambahan pula di dalam penghasilan +A(& dan A(&, kitaran 'rebsmenghasilkan pembentukan terus sebatian penuh tenaga, guanosine triphosphate D3!6E.3!6 ialah sejenis sebatian penuh tenaga yang boleh membawa kumlulan fosfatterminalnya kepada A(6 untuk membentuk A!6. 6embentukan terus 3!6 di dalamkitaran 'rebs dikenali sebagai phosphorylation tahap substrat, dan hanya cukup untukjumlah pertukaran tenaga yang kecil di dalam kitaran 'rebs, kerana hampir kesemuatenaga yang dihasilkan oleh kitaran 'rebs diambil oleh rantaian pengangkutan elektronuntuk membentuk A!6.
6ada satu tahap kita perlu fokus kepada peranan yang dimainkan oleh karbohidratdi dalam penghasilan acetylM/oA untuk memasuki kitaran 'rebs. Bagaimana lemak danprotein melalui metabolisme aerobik. Adalah diketahui bahawa lemak DtrigliseridaEdiuraikan untuk membentuk asid berlemak dan gliserol. Asid berlemak ini boleh melaluisatu siri tindak balas untuk membentuk acetyl/oA Ddipanggil pengoksidaan betaE dankemudian memasuki kitaran
'rebs. Walaupun gliserol boleh diubah melalui glikolisis didalam hari, hal ini tidak berlaku secara mendadak di dalam otot manusia. )leh sebab itu,gliserol bukanlah bahan bakar yang begitu penting semasa bekerja.
"eperti yang telah dikemukakan, protein bukanlah dikenali sebagai sumber bahanbakar yang utama ketika bersenam, kerana ia hanya menyumbang sebanyak 1C bahanbakar ketika bekerja. 6rotein boleh memasuki haluan bioenergetik di dalam pelbagaitempat. Walau bagaimanapun, langkah yang pertama ialah penguraian protein ke dalamsubunit asid amino. Apa yang berlaku kemudian bergantung kepada jenis asid aminoapakah yang terlibat. /ontohnya, sesetengah asid amino boleh diubah kepada glukosaatau asid pyru5ik, sesetengah lagi kepada acetylM/oA, dan yang lainlain di dalamkitaran 'rebs.
4antaian Pengang"utan Ele"tron
6enghasilan A!6 secara aerobik Ddipanggil o>idati5e phosphorylationE berlaku didalam mitokondria. &aluan ini bertanggungjawab di dalam proses yang dipanggil sebagairantaian pengangkutan elektron Djuga dikenali sebagai rantaian respiratori atau rantaiancytochromeE. 6enghasilan A!6 secara aerobik boleh berlaku kerana mekanisme yangmenggunakan tenaga potensi terdapat di dalam pembawa hidrogen yang dikurangkanseperti +A(& dan A(& kepada rephosphorylate A(6 dan juga A!6. 6embawa hidrogen yang dikurangkan tidak bertindak balas secara terus dengan oksigen."ebaliknya, elektron yang disingkirkan dari atom hidrogen dibawa oleh satu siripembawa elektron yang dikenali sebagai cytochrome. 'etika elektron
dibawa
ke
rantaiancytochrome,
tenaga
yang
cukup
dilepaskan
untuk
resphosphorylate A(6 untukmembentuk A!6 pada tiga tapak berbe4a. Apabila elektron melalui rantaianpengangkutan elektron, molekul yang sangat reaktif yang dipanggil radikal bebas akanterbentuk. ;adikal bebas dalam jumlah yang banyak boleh membahayakan otot danmenyumbang kepada keletihan otot.
6embawa
hidrogen
yang
membawa
elektron
ke
rantaian
pengangkutan
elektromdatang dari pelbagai sumber. (ua +A(& dihasilkan dari setiap molekul glukosa yangdinyahgredkan melalui glikolisis. +A(& ini terletak di luar mitokondria, dan
hidrogenpadanya
hendaklah
diangkut
melalui
membran
mitokondria
dengan
mekanismepengangkutan yang istimewa. Walau bagaimanapun, banak elektron yang memasukirantaian pengangkutan elektron dari molekul +A(& dan A(& dibentuk hasil daripadapengoksidaan kitaran 'rebs.
(ua elektron dari +A(& atau A(& dibawa ke satu siri sebatian yang melaluipengoksidaan dan pengurangan, dengan tenaga yang cukup yang dibebaskan untukmensintesiskan
A!6
pada
tiga
tempat
sepanjang
laluan.
A(&
memasuki
laluancytochrome melalui satu pusat di bawah tahap kemasukan untuk +A(&. 2a amat pentingkerana tahap kemasukan bagi A(& melepasi satu dari tapaktapak untuk penghasilanA!6, dan setiap molekul A(& yang memasuki rantaian pengangkutan elektronmempunyai tenaga yang cukup bagi membentuk hanya 1.C A!6. "ebaliknya, kemasukan+A(& ke dalam rantaian pengangkutan elektron menyebabkan penghasilan .C A!6.6ada akhir rantaian pengangkutan elektron, oksigen menerima elektron yang dibawamelaluinya dan bergabung dengan hidrogen untuk membentuk air. "ekiranya ) tidakada untuk menerima elektronelektron tersebut, o>idati5e phosphorylation tidak akanberlaku,
dan
pembentukan
A!6
di
dalam
sel
mesti
dilakukan
melalui
metabolismeanaerobik.
A!6
dibentuk
elektron.Bagaimana
pada
beberapa
pembentukan
A!6
tempat
sepanjang
berlaku?
rantaian
*ekanisme
yang
pengangkutan menerangkan
pembentukanA!6 secara aerobik dikenali sebagai chemiosmotic hypothesis. Apabila elektron dihantarsepanjang
rantaian
cytochrome,
tenaga
yang
dilepaskan
digunakan
untuk
mengepamhidrogen yang dilepaskan dari +A(& dan A(& dari dalam mitokondria melaluimembran dalaman mitokondria. &asilnya ialah penimbunan proton hidrogen di dalamdan di luar ruangan membran mitokondria. 6enimbunan hidrogen ini ialah sumber tenagapotensi yang boleh dikumpul dan digunakan untuk menggabungkan kembali fosfat bukanorganik dengan A(6 untuk membentuk A!6. "ebagai contoh, satu longgokan hidrogenialah sama seperti tenaga potensi bagi air pada empanagn apabila air bertakung dan turunmelalui bahagian atas empangan, air yang jatuh menjadi tenaga kinetik yang bolehdigunakan untuk melakukan kerja.
!erdapat tiga pengepam untuk menggerakkan hidrogen dari matriks mitokondria ke ruangan yang tersedia. 6engepam yang pertama menggerakan empat proton hydrogen
Dmenggunakan +A(&E melalui ruangan membran pertengahan untuk setiap dua elektronyang bergerak sepanjang rantaian pengangkutan elektron. 6engepam yang kedua jugamembawa empat proton hidrogen ke dalam ruangan membran pertengahan sementarapengepam ketiga hanya menggerakkan dua proton hidrogen ke dalam ruang membranpertengahan. &asilnya, terdapat kepekatan proton hidrogen yang tinggi di dalam ruanganmembran pertengahan berbanding yang terdapat di dalam matriks kecerunan inimenyebabkan proton hidrogen untuk meresap balik ke dalam matriks. !etapi, disebabkanmitokondrial dalaman tidak telap kepada proton hidrogen, mereka hanya boleh melaluimembran melalui laluan proton hidrogen yang khas Ddipanggil sebagai respiratoryassembliesE. Apabila proton hidrogen melalui membran dalaman mitokondrial melaluilaluan ini, A!6 dibentuk dari tambahan fosfat kepada A(6 Ddipanggil sebagaiphosphorylationE. &al ini berlaku kerana pergerakan proton hidrogen merentasi membrandalaman mitokondrial mengaktifkan pensintesisan en4im A!6.
6eranan rantaian pengangkutan elektron ialah untuk membawa elektron ke siricytochrome untuk menyediakan tenaga bagi menggalakkan penghasilan A!6 di dalammitokondria.
6roses
ini
memerlukan
setiap
elemen
di
dalam
rantaian
pengangkutanelektron melalui satu siri tindak balas pengoksidaanpengurangan. "ekiranya cytochrometerakhir terus berada dalam bentuk pengurangannya, ia tidak akan mampu menerimalebih
banyak
elektrondan
rantaian
pengangkutan
elektron
akan terhenti.
Walaubagaimanapun, apabila terdapatnya oksigen, cytochrome terakhir akan dioksidakan olehoksigen. )ksigen, yang didapati dari gas
yang diambil
kita,
membolehkan
pengangkutanelektron untuk terus berfungsi sebagai penerima elektron terakhir di dalam rantaianpengangkutan
elektron.
2a
akan
mengoksidakan
cytochrome
terakhir
dan
membolehkanpengangkutan elektron dan o>idati5e phosphorylation untuk diteruskan. "ebagai langkahterakhir di dalam rantaian pengangkutan elektron, oksigen menerima dua elektron yangmelalui sepanjang rantaian pengangkutan elektron bukan dari +A(& atau A(&.*olekul oksigen yang dikurangkan ini bergabung dengan dua proton hidrogen untukmembentuk air.
"eperti yang sudah diutarakan, +A(& dan A(& berbe4a di dalam jumlah A!6yang boleh
dihasilkan
dari
setiap
molekul.
"etiap
+A(&
terhasil
di
dalam
mitokondriamendermakan dua elektron ke sistem pengangkutan elektron pada pengepam
protonpertama. 6roton ini kemudian dihantar ke pengepam proton kedua dan ketiga sehinggaprotonproton ini akhirnya melalui sepanjang oksigen. 6engepam proton pertama dankedua
menghantar
empat
proton setiap,
manakala
pengepam
elektron ketiga
menghantardua proton, menghasilkan jumlah sebanyak sepuluh. (isebabkan empat protondiperlukan untuk menghasilkan dan menghantar satu A!6 dari mitokondria kesitoplasma, jumlah penghasilan A!6 dari satu molekul +A(& ialah .C A!6 D10 protonH9 proton setiap A!6 L .C A!6E. A!6 tidak wujud dalam bentuk separuh
dan
pecahanperpuluhan pada A!6 hanya sekadar menerangkan nombor purata molekul A!6 yangdihasilkan oleh setiap +A(&.
Berbanding dengan +A(&, setiap molekul A(& menghasilkan A!6 yangkurang kerana elektron dari A(& didermakan kemudian ke dalam rantaianpengangkutan elektron berbanding +A(&. )leh itu, elektron dari A(& hanya mengaktifkan pengepam proton pertama dan ketika. 'erana pengepam proton yangpertama telah dilalui, elektron dari A(& menghasilkan pengepaman enam elektronDempat dari pengepam kedua dan dua dari pengepam ketigaE. 'erana empat protondiperlukan untuk menghasilkan dan membawa satu A!6 dari mitokondria ke sitoplasma,jumlah penghasilan A!6 dari satu molekul A( ialah 1.C A!6.
60ma>,5oma>,cardio5askular,bruce protokol,muscle strength...
