Синтез белка в мышцах
Содержание
Синтез белка в мышцах
Хотите знать секрет роста мышц?
Белковый Баланс (в нашем конкретном случае, скелетной мускулатуры) = Синтез Белка минус Распад Белка
Сделайте так, чтобы увеличить синтез белка в мышцах, и вы сможете добиться роста мышц.
Восстановление мышц
Вы должны есть правильно, чтобы восстанавливать мышечную ткань после того, как она частично разрушилась в зале. В обычных условиях скелетная мускулатура имеет высокую интенсивность обмена - около 1-2% мышечных белков синтезируются и распадаются ежедневно.
Как тренировки, так и питание являются мощными активаторами синтеза белка, хотя эффект питания довольно краткосрочен. У тренировок больший эффект; синтез белка после тренировки остается повышенным в течение 24 часов.
Но проблема в том, что тренировки также активируют распад мышечных белков. Без правильного питания в правильное время, любое потенциальное увеличение мышечной массы засчет повышения интенсивности синтеза белка может оказаться невозможным из-за распада белков.
Вы можете увидеть, как это работает, на рисунке ниже. Без стимуляции тренировками синтез мышечных белков (MPS) и их распад (MPB) уравнивают друг друга.
Но если мы добавим интенсивную тренировку с правильным питанием в нужное время, то всё поменяется, синтез белка активируется, а распад белка затормозится. Как результат мы будем иметь увеличение количества мышечного белка.
Основа синтеза белка: mTOR
Чтобы разобраться в синтезе белка, важно познакомиться с mTOR. Исследования говорят нам о том, что когда Вы заставляете мышцу справляться с тяжелыми нагрузками, основным ответом является активация синтеза белка. Активация синтеза белка, в свою очередь, контролируется цепью реакций фосфорилирования, организуемой белком mammalian target of rapamycin (протеинкиназа серин-треониновой специфичности, дословный перевод - мишень рапамицина у млекопитающих), для краткости mTOR.
mTOR является, пожалуй, наиболее важным в клетке сигнальным комплексом, обеспечивающим рост мышц. Это дирижер синтеза белка в клетке, и есть прямая зависимость между ростом мышц и активацией mTOR: чем больше тренировки активируют mTOR, тем больше новых белков для восстановления и роста мышц производится механизмом синтеза белка.
mTOR активируется тремя вещами:
- механические нагрузки (тяжелые тренировки)
- факторы роста (IGF, гормон роста, инсулин и т.п.)
- аминокислоты (особенно лейцин)
«Анаболическое окно»
Итак, что же может дать нам питание, помимо простой замены разрушенной во время тренировок части мышц тем же количеством мышечной ткани?
Вам следует воспользоваться анаболическим окном. Чтоб стать как можно больше и сильнее, Вы должны пользоваться этими окнами для максимального эффекта. А теперь время обсудить, что именно нам есть и когда.
Существуют три периода, когда возможно повысить доступность белка/аминокислот для увеличенного вследствие тренировок синтеза белка:
- перед тренировкой: за час до того, как Вы начнете заниматься
- во время тренировки
- после тренировки: в течение двух часов после окончания тренировок
А теперь вопрос на миллион - какой из этих трех периодов самый подходящий, чтоб получить максимальный рост мышц после тренировки? Ученые, занимающиеся этим вопросом, провели исследования, результаты которых показаны на картинке.
Вывод такой: питание после тренировки усиливает резкое увеличение синтеза белка, обусловленное тренировкой, больше, чем питание до тренировки. Это важная информация, но нам еще есть, что добавить.
Перед тренировкой
Во время тренировки АТФ используется как топливо для мышечных сокращений, что увеличивает уровень АМФ (аденозинмонофосфат или лишенный двух фосфатных групп). Это активирует белок, называемый АМФ-киназа. АМФ-киназа снижает синтез белка за счет ингибирования mTOR.
Подумайте вот о чем - если mTOR является пусковым механизмом для синтеза белка, следовательно АМФ-киназа его блокирует. И хотя было показано, что питание перед тренировкой не повышает синтез белка по сравнению с тренировкой без него, тем не менее прием аминокислот перед тренировкой блокирует опосредованное АМФ-киназой ингибирование mTOR.
Возьмите на заметку: не забывайте о питании перед тренировкой. Оно предохранит Вас от снижения интенсивности синтеза белка во время тренировки.
Во время тренировки
Ученые также сравнили влияние на синтез белка питания во время тренировки и после тренировки. Результаты этих исследований аналогичны исследованиям о питании перед тренировкой в том, что прием белка во время тренировки хоть и повышает синтез белка, но делает это намного слабее, чем питание после тренировки.
И хотя прием аминокислот во время тренировок оказывает небольшой эффект на синтез белка, это влияет на выработку инсулина. Это важно, потому что инсулин - мощный ингибитор разрушения белка. Это также предоставляет нам хорошую возможность включить углеводы в питание во время тренировки. Прием углеводов снизит разрушение белка, а также затормозит обусловленное АМФ-киназой ингибирование mTOR.
Возьмите на заметку: прием углеводов во время тренировки не только тормозит разрушение белка, но и поддерживает синтез белка на необходимом уровне.
После тренировки
Прием пищи после тренировки наиболее важен для увеличения синтеза белка. В течение нескольких часов после тренировки мышечные клетки готовы к синтезу белка, но это будет происходить только при правильном питании.
Чтобы наращивать больше мышц, нам нужен белок, и, как было доказано, время потребления белка и что вы именно едите в послетренировочный период контролируют увеличение синтеза белка, которое идет сразу после тренировки.
Важно, что активация синтеза белка в краткосрочной перспективе в конечном счете определяет ответ наших мышц на тренировки в долгосрочной перспективе. Это означает, что не только интенсивные тренировки, но и правильное питание в правильный период времени, нужны для того, чтобы максимально активировать синтеза белка.
Окно «открывается» ненадолго, и Ваш успех в долгосрочной перспективе может пострадать, в случае если Вы не обеспечили организм белком в течение двух часов после тренировки. Попадите в это окно правильно, и Вы намного быстрее будете становиться больше и сильнее, а если пропустите, можете и вообще не спрогрессировать.
Были проведены исследования о том, какой точно тип питания нужен для того, чтоб максимально активировать синтез белка. Специфику мы обсудим позже, но важно знать, что только незаменимые аминокислоты, как было доказано, активируют синтез белка, самой важной аминокислотой, в частности, является лейцин, который играет самую важную роль в запуске механизмов синтеза белка.
Также из научной литературы ясно то, что углеводы не нужны для активации синтеза белка после тренировки. Правда есть другие причины включать углеводы в питание после тренировок, но этого мы коснемся позже.
Итак, сколько же белка?
Было бы здорово, если бы мы могли просто съедать 1000 грамм белка или аминокислот перед, во время или после тренировки, и расти столько, сколько мы хотим.К сожалению, в лучшем случае бОльшая часть из этих 1000 грамм превратится в триглицериды и уйдет в жир.
Белки действуют синергично тренировкам, они стимулируют синтез белка. Но так же как есть верхний предел того, после скольки упражнений мы сможем продуктивно восстановиться, есть верхний предел того, сколько белка мы можем съесть, чтоб максимально увеличить синтез белка.
Эту тему изучали много раз, но количества белка или аминокислот, используемых в исследованиях, не применимы к реальной жизни. Ученые редко включали тренировки (а тем более интенсивные тренировки, как у большинства спортсменов) в свои исследования, поэтому сложно экстраполировать результаты на реальность и дать конкретные рекомендации по поводу того, сколько требуется белка.
Например, одно исследование показало, что сывороточный белок максимально увеличивает синтез белка после тренировки при приеме 20г белка, в то время как бОльшие количества не увеличивают синтез белка сильнее. Аналогичные исследования о дозе белка и ответе на нее были нацелены на то, чтобы определить необходимое количество лейцина.
Важно понимать, что тяжелые тренировки той интенсивности, которую практикуют наши читатели, вероятно, активируют синтез белка в большей степени, чем те данные, которые используются учеными в лаборатории. Поэтому, вполне возможно, что для большинства из спортсменов необходимо больше 20г белка, чтобы достичь максимального эффекта.
Итак, какое же оптимальное количество и когда его следует потреблять? Мы можем предложить Вам наши рекомендации, но разумеется для каждого из Вас очень важно поэкспериментировать и подобрать оптимальную формулу, основанную на индивидуальных особенностях.
Об углеводах
В научной литературе было убедительно показано, что инсулин не нужен для того, чтоб запускать синтез белка, индуцированный тренировкой, - необходим только лейцин. Это позволяет предположить нам, что углеводы не так уж важны.
Сначала это было для меня сюрпризом, ведь инсулин является мощным активатором синтеза белка. Инсулин дополнительно (помимо потребляемых аминокислот и нагрузок) активирует mTOR.
Хотя инсулин не необходим для увеличения синтеза белка в первые часы после тренировки, есть другие важные моменты. Например, инсулин является мощным ингибитором разрушения мышечных белков.
Исследования показали, что как местная гиперинсулинемия (повышение содержания инсулина в крови), так и прием углеводов тормозит распад белка, а на синтез белка практически не влияет. Когда более тщательно изучали период после тренировки, то обнаружили, что потребление глюкозы после тренировки оказывает мощный ингибирующий эффект на распад белка, хотя, опять же, на сам синтез белка никак не влияет.
Это не значит, что мы должны исключить углеводы (ведь они не влияют на синтез белка), они повышают уровень инсулина, что очень важно. Мышцы готовы повышать интенсивность синтеза белка в течение 24 часов после тренировки, но резкий скачок скорости синтеза белка, который возникает в результате тренировок или приема аминокислот, продолжается всего несколько часов.
Механические нагрузки во время тренировок, прием аминокислот, инсулин и факторы роста, все они активируют mTOR, но пути этой активации различны, и если несколько путей активации mTORвключены одновременно, мы, возможно, сможем получить синергетический эффект.
Установлено, что физические нагрузки и лейцин (или все незаменимые аминокислоты) синергически усиливают синтез белка. Таким же образом инсулин может способствовать увеличению интенсивности синтеза, включив mTORчерез свой специфический путь.
Хотя некоторые исследования, обращая внимание конкретно на влияние тренировок на синтез белка, показали, что добавление углеводов к аминокислотам не дает никакого дополнительного эффекта по усилению синтеза белка, если аминокислот достаточное количество, все же Вам следует задуматься над тем, насколько экспериментальная модель применима в реальном мире.
Более поздние исследования при рассмотрении более общих моделей синтеза белка показывают, что комбинация инсулин+аминокислоты может иметь синергически положительный эффект на синтез белка засчет большей активации mTOR.
Рассматривая все эти работы вместе, можно с уверенностью сказать, что инсулин не повышает синтез белка после тренировок, но он может участвовать в удлинении периода ускоренного синтеза белка в первые часы после тренировки.
Разумеется, если инсулин способен продлить или усилить «взрыв» синтеза белка после тренировки, то употребление углеводов после тренировки даст Вам огромное преимущество.
Заключение
Исследования и литература это основа научного метода, но это всё не будет иметь никакого смысла, если мы не сможем воспользоваться полученной информацией на практике.
И вот как воплотить всё это в жизнь.
Перед тренировкой (за 30-60 минут).
- источник белка
30-50г легко доступного протеина. Обычная пища это, конечно, хорошо, но она будет перевариваться дольше, поэтому лучше использовать спортивное питание.
- источник углеводов: необязательно, но если у Вас намечается тяжелая тренировка, лучше включить их
25-75г углеводов с низким или средним гликемическим индексом. Например, тарелка каши с ягодами.
Во время тренировки.
- источник белка
10-20г BCAA или 20-30г сывороточного белка
- источник углеводов: не обязательно
35-50г углеводов с высоким гликемическим индексом. Увеличение уровня инсулина в ответ на потребление углеводов синергично с аминокислотами увеличивает синтез белка, а также тормозит его разрушение.
После тренировки (в течение 60 минут после окончания).
- источник белка
30-50г быстроусвояемых белков
- источник углеводов: не обязательно, но настоятельно рекомендую, если Вы не сушитесь
25-75г углеводов среднего или низкого гликемического индекса. Если Вашей основной задачей является набор массы, то можно включить в питание 50-100г углеводов с средним или высоким ГИ.
Заключение.
Различные питательные вещества обладают мощным эффектом на синтез белка, и употребляя их в правильном количестве и в нужное время, Вы сделаете прорыв в Вашем тренировочном процессе. Конечно нет никакой идеальной схемы, подходящей каждому, всё зависит от индивидуальных особенностей метаболизма, чувствительности к инсулину, телосложения, целей, которые Вы хотите достичь. Изложенная стратегия основана на самых новых научных исследованиях, и Вы можете легко «подогнать» ее под собственные нужды и особенности. Используйте ее в качестве шаблона, и это поможет Вам максимально увеличить синтез белка, а следовательно - стать больше и сильнее!
Перевод: Цацулин Борис.
Научные статьи и материалы
Baar K, Esser K. Phosphorylation of p70(S6k) correlates with increased skeletal muscle mass following resistance exercise. Am J Physiol 1999;276:C120-C127.
Beelen M, Koopman R, Gijsen AP, Vandereyt H, Kies AK, Kuipers H, et al. Protein coingestion stimulates muscle protein synthesis during resistance-type exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab 2008;295:E70-E77.
Biolo G, Tipton KD, Klein S, Wolfe RR. An abundant supply of amino acids enhances the metabolic effect of exercise on muscle protein. Am J Physiol 1997;273:E122-E129.
Biolo G, Declan Fleming RY, Wolfe RR. Physiologic hyperinsulinemia stimulates protein synthesis and enhances transport of selected amino acids in human skeletal muscle. J Clin Invest 1995;95:811-9.
Biolo G, Williams BD, Fleming RY, Wolfe RR. Insulin action on muscle protein kinetics and amino acid transport during recovery after resistance exercise. Diabetes 1999;48:949-57.
Borsheim E, Aarsland A, Wolfe RR. Effect of an amino acid, protein, and carbohydrate mixture on net muscle protein balance after resistance exercise. Int J Sport Nutr Exerc Metab 2004;14:255-71.
Burd NA, Tang JE, Moore DR, Phillips SM. Exercise training and protein metabolism: influences of contraction, protein intake, and sex-based differences. J Appl Physiol 2009;106:1692-701.
Carraro F, Stuart CA, Hartl WH, Rosenblatt J, Wolfe RR. Effect of exercise and recovery on muscle protein synthesis in human subjects. Am J Physiol 1990;259:E470-E476.
Chesley A, MacDougall JD, Tarnopolsky MA, Atkinson SA, Smith K. Changes in human muscle protein synthesis after resistance exercise. J Appl Physiol 1992;73:1383-8.
Chow LS, Albright RC, Bigelow ML, Toffolo G, Cobelli C, Nair KS. Mechanism of insulin's anabolic effect on muscle: measurements of muscle protein synthesis and breakdown using aminoacyl-tRNA and other surrogate measures. Am J Physiol Endocrinol Metab 2006;291:E729-E736.
Cuthbertson D, Smith K, Babraj J, Leese G, Waddell T, Atherton P, et al. Anabolic signaling deficits underlie amino acid resistance of wasting, aging muscle. FASEB J 2005;19:422-4.
Dennis MD, Baum JI, Kimball SR, Jefferson LS. Mechanisms involved in the coordinate regulation of mTORC1 by insulin and amino acids. J Biol Chem 2011;286:8287-96.
Dreyer HC, Fujita S, Cadenas JG, Chinkes DL, Volpi E, Rasmussen BB. Resistance exercise increases AMPK activity and reduces 4E-BP1 phosphorylation and protein synthesis in human skeletal muscle. J Physiol 2006;576:613-24.
Drummond MJ, Dreyer HC, Fry CS, Glynn EL, Rasmussen BB. Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling. J Appl Physiol 2009;106:1374-84.
Drummond MJ, Dreyer HC, Pennings B, Fry CS, Dhanani S, Dillon EL, et al. Skeletal muscle protein anabolic response to resistance exercise and essential amino acids is delayed with aging. J Appl Physiol 2008;104:1452-61.
Fryburg DA, Jahn LA, Hill SA, Oliveras DM, Barrett EJ. Insulin and insulin-like growth factor-I enhance human skeletal muscle protein anabolism during hyperaminoacidemia by different mechanisms. J Clin Invest 1995;96:1722-9.
Fujita S, Dreyer HC, Drummond MJ, Glynn EL, Cadenas JG, Yoshizawa F, et al. Nutrient signalling in the regulation of human muscle protein synthesis. J Physiol 2007;582:813-23.
Fujita S, Dreyer HC, Drummond MJ, Glynn EL, Volpi E, Rasmussen BB. Essential amino acid and carbohydrate ingestion before resistance exercise does not enhance postexercise muscle protein synthesis. J Appl Physiol 2009;106:1730-9.
Hardie DG, Sakamoto K. AMPK: a key sensor of fuel and energy status in skeletal muscle. Physiology (Bethesda ) 2006;21:48-60.
Hartman JW, Tang JE, Wilkinson SB, Tarnopolsky MA, Lawrence RL, Fullerton AV, et al. Consumption of fat-free fluid milk after resistance exercise promotes greater lean mass accretion than does consumption of soy or carbohydrate in young, novice, male weightlifters. Am J Clin Nutr 2007;86:373-81.
Moore DR, Robinson MJ, Fry JL, Tang JE, Glover EI, Wilkinson SB, et al. Ingested protein dose response of muscle and albumin protein synthesis after resistance exercise in young men. Am J Clin Nutr 2009;89:161-8.
MacDougall JD, Gibala MJ, Tarnopolsky MA, MacDonald JR, Interisano SA, Yarasheski KE. The time course for elevated muscle protein synthesis following heavy resistance exercise. Can J Appl Physiol 1995;20:480-6.
Miller BF, Olesen JL, Hansen M, Dossing S, Crameri RM, Welling RJ, et al. Coordinated collagen and muscle protein synthesis in human patella tendon and quadriceps muscle after exercise. J Physiol 2005;567:1021-33.
Phillips SM, Tipton KD, Aarsland A, Wolf SE, Wolfe RR. Mixed muscle protein synthesis and breakdown after resistance exercise in humans. Am J Physiol 1997;273:E99-107.
Proud CG. Regulation of protein synthesis by insulin. Biochem Soc Trans 2006;34:213-6.
Terzis G, Georgiadis G, Stratakos G, Vogiatzis I, Kavouras S, Manta P, et al. Resistance exercise-induced increase in muscle mass correlates with p70S6 kinase phosphorylation in human subjects. Eur J Appl Physiol 2008;102:145-52.
Tipton KD, Ferrando AA, Phillips SM, Doyle D, Jr., Wolfe RR. Postexercise net protein synthesis in human muscle from orally administered amino acids. Am J Physiol 1999;276:E628-E634.
Welle S, Thornton C, Statt M, McHenry B. Postprandial myofibrillar and whole body protein synthesis in young and old human subjects. Am J Physiol 1994;267:E599-E604.
Wong TS, Booth FW. Protein metabolism in rat gastrocnemius muscle after stimulated chronic concentric exercise. J Appl Physiol 1990;69:1709-17.
Wong TS, Booth FW. Protein metabolism in rat tibialis anterior muscle after stimulated chronic eccentric exercise. J Appl Physiol 1990;69:1718-24.
Roy BD, Tarnopolsky MA, MacDougall JD, Fowles J, Yarasheski KE. Effect of glucose supplement timing on protein metabolism after resistance training. J Appl Physiol 1997;82:1882-8.
