Биохимия и человек

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский Государственный Университет Физической культуры

КАФЕДРА БИОХИМИИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО БИОХИМИИ

БИОХИМИЯ И ЧЕЛОВЕК

СТУДЕНТКА:

ДЫЛЬКО РУСЛАНА ИОСИФОВИЧА

Минск, 2008 год

1. Что такое макроэлементы? Приведите примеры некоторых макроэлементов. Опишите биологическую роль кальция как компонента тканей организма и участника биохимических процессов сокращения мышц

Макроэлементы - химические элементы, содержание каждого из которых в организме человека составляет более 10^-3% от массы тела.

К макроэлементам относятся элементы, содержание которых в организме составляет не менее 0,1% массы тела (Ca, P, S, K, Cl, Na, Mg). Вместе на их долю приходится 99,9% массы тела.

Макроэлементы, которые входят в состав организма человека:

Кальций - химический элемент, играющий очень важную роль в организме: является одним из основных структурных компонентов костей и определяет прочность скелета, ионы Са активируют ферменты креатин фосфор и АТФ мышц, влияют на проницаемость клеточных мембран, участвуют в процессах мышечного сокращения и свертывания крови, снимают возбудимость нервной ткани.

Кальций в организме человека составляет около 40 % общего количества всех минеральных веществ. Он входит в состав костей и зубов, придавая им прочность, депонируется в мембранах скелетных мышц, участвует в запуске сокращения мышц, передаче нервных импульсов, регуляции проницаемости мембран клеток, в процессах свертывания крови, активирует многие обменные процессы, в том числе распад АТФ, способствует усвоению организмом железа и витамина В₁₂. Недостаточное поступление кальция в ткани организма приводит к выходу его из костей, что вызывает снижение их прочности, а также нарушение функции нервной системы, кровообращения, в том числе и мышечной деятельности.

2. Что такое крахмал? В каких отделах системы пищеварения и при участии каких ферментов происходит переваривание крахмала? При какой активной реакции среды и величине рН эти ферменты наиболее активны

Крахмал - резервный полисахарид растении, состоящий из большого числа остатков D-глюкозы (до 300). Он является основным полисахаридом пищи, поставщиком глюкозы в организм человека. Молекулярная масса крахмала большая - от 50 000 до 300 000. По строению он неоднороден и представляет собой смесь спиралевидных цепей амилозы (10-20 %) и разветвленных цепей амилопектина (80-90 %). Остатки глюкозы в амилозе связаны между собой 1,4-гликозидной связью, а в точках ветвления амилопектина - 1,6-гликозидными связями.

Расщепление сложных углеводов пищи начинается в ротовой полости под действием ферментов амилазы слюны. Оптимальная активность этих ферментов проявляется в щелочной среде. Амилаза расщепляет крахмал и гликоген, а мальмаза - мальтозу. При этом образуются более низкомолекулярные углеводы - декстрины, частично - мальтоза и глюкоза (рН в ротовой полости составляет 6,8-7,2).

В желудке расщепление пищи не происходит, так как отсутствуют специфические ферменты гидролеза углеводов, а кислая среда желудочного сока (рН 1,5-2,5) подавляет активность ферментов слюны. В тонком кишечнике происходит основной распад углеводов пищи. В двенадцатиперстной кишке под действием фермента амилазы сока поджелудочной железы сложные углеводы постепенно расщепляются до дисахаридов. Далее дисахариды под действием высоко специфических ферментов мальтозы, фруктозы, галактозы расщепляются до моносахаридов, в основном глюкозы, фруктозы, галактозы (при рН=7,5-9,0).Эти ферменты находятся на щелочной кайме эпителия слизистой оболочки кишечника, поэтому распад углеводов происходит не только в полости кишечника, но и на мембранах клеток слизистой оболочек.

В организм человека поступает большое количество клетчатки (целлюлозы). В тонком кишечнике она не расщепляется, так как отсутствуют ферменты, необходимые для ее гидролиза. Частичное расщепление клетчатки происходит до глюкозы в толстом кишечнике под действием бактериальных ферментов. Образовавшиеся углеводы используются микроорганизмами для своей жизнедеятельности. Микроорганизмы также используют клетчатку для биосинтеза витаминов К В₁₂, фолиевой кислоты. Не расщепившаяся целлюлоза выводится из организма.

3. Что такое ресинтез АТФ? Почему при мышечной деятельности необходим постоянный ресинтез АТФ? Опишите миокиназную реакцию ресинтеза АТФ. Какова ее роль в энергетических процессах

Ресинтез АТФ - быстрое восстановление АТФ из АДФ, Н₃РО₄ и энергии, которая может давать высокоэнергетические вещества или реакции биологического окисления.

В организме человека основным источником энергии, обеспечивающим поддержание необходимой интенсивности обмена веществ, является аденозинтрифосфорная кислота - АТФ.

Роль АТФ в сократительной деятельности мышц чрезвычайно велика:

1. В состоянии покоя с использованием энергии АТФ создается и поддерживается неравновесное (против градиента концентраций) распределение ионов Na⁺ и К⁺ на наружной и внутренней стороне сарколеммы. Это обеспечивает необходимый биопотенциал покоя на мембране и способность волокна воспринимать возбуждение при поступлении нервного импульса.

2. С использованием энергии АТФ осуществляется активный перенос против градиента концентраций ионов Са⁺⁺ в саркоплазматический ретикулум. Благодаря этому в состоянии покоя концентрация ионов Са⁺⁺ в саркоплазме поддерживается на низком уровне (10⁶-10⁹ моль), недостаточном для активирования сократительной системы миофибрилл и образования спаек между миозином и актином. Создание при этом высоких концентраций ионов Са⁺⁺ в саркоплазматическом ретикулуме (10³ моль) подготавливает волокно к восприятию и передаче возбуждения от сарколеммы в глубь клетки к сократительному аппарату миофибрилл.

3. При сокращении мышц АТФ обеспечивает энергией процесс скольжения миофибриллярных нитей при образовании спаек между миозином и актином. При этом химическая энергия АТФ превращается в механическую работу скользящих нитей.

4. При расслаблении волокна с участием АТФ обеспечивается деятельность К⁺, Na⁺ и Са⁺⁺ ионных насосов по восстановлению исходных концентраций этих ионов на сарколемме, в саркоплазме и в саркоплазматическом ретикулуме. Быстрота и эффективность расслабления волокна во многом зависят от быстроты выведения ионов Са⁺⁺ от миофибрилл.

5. В расслабленной мышце АТФ используется для восстановления ее энергетического потенциала, устранения недоокисленных метаболитов, нормализации процессов ассимиляции и диссимиляции. Миокиназная реакция ресинтеза АТФ наиболее активно используется для ресинтеза АТФ в критических ситуациях для организма, когда энерготраты возрастают настолько значительно, что все остальные пути ресинтеза исчерпывают свои потенциальные возможности по восстановлению баланса АТФ. Реакция катализируется мышечным ферментом миокиназой (аденилаткиназой):

Этот путь малоэффективен и очень кратковременен, так как приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ в работающих мышцах: молекулы АМФ легко дезаминируются и подвергаются необратимым превращениям, а обратный ресинтез АМФ в АДФ весьма затруднен. Однако он может оказаться решающим при финальном усилии в поединке боксеров, схватке борцов и других ситуациях спортивного соревнования.

В обычных условиях эта легкообратимая реакция может использоваться в клетке для регулирования оптимальной концентрации АТФ.

Таким образом, организм спортсмена, обладая биохимическими системами ресинтеза АТФ с разнообразными показателями кинетики процессов, способен адаптироваться к различным условиям мышечной деятельности. С повышением уровня тренированности в определенном виде спорта эти возможности значительно расширяются.

4. Определите выносливость как качество мышечной деятельности. Опишите биохимические основы качества выносливости к длительной работе. Какую роль выполняет аэробный компонент выносливости? Какие физические нагрузки и почему способствуют развитию этого качества

Выносливость - способность организма выполнять работу необходимой мощности в течение определенного промежутка времени.

Биохимической основой выносливости к длительной работе является максимальное развитие в процессе тренировки аэробных ферментных систем энергообеспечения организма и значительное увеличение его энергетических запасов, в первую очередь гликогена в печени и мышцах, фосфолипидов.

Соревнования на выносливость относятся в основном к нагрузкам в большой и умеренной зонах мощности. В зоне большой мощности интенсивность работы несколько выше, а ее продолжительность - 7-40 мин (бег на 3-10 км, спортивная ходьба 5-10 км, плавание 800-1500 м, коньки 10000 м и др.). Для работы такой продолжительности в основном хватает внутримышечных источников энергии. Поэтому вместе с аэробными процессами несколько активнее используется и гликолиз. Сочетание гликолиза с аэробным ресинтезом АТФ требует надежного устранения из крови образующегося лактата. Это является одной из особенностей проявления аэробной выносливости для данной зоны мощности. Умеренное же повышение лактата в крови может способствовать диссоциации оксигемоглобина и лучшей отдаче кислорода работающим мышцам.

При нагрузках на выносливость в зоне умеренной мощности работы ее продолжительность может достигать 2-5 ч (спортивная ходьба на 20 и 50 км, марафон, лыжные гонки на 30 и 50 км, биатлон, велогонки на шоссе и др.). Такая продолжительность работы не может обеспечиваться только внутримышечными источниками энергии. Начинают активно использоваться гликоген печени, резервы липидов из жировых депо, жирные кислоты.

Длительная работа приводит к увеличению в крови продуктов липидного обмена (жирных кислот, кетоновых тел). При значительном истощении организма может наблюдаться гипогликемия, а иногда и альбуминурия. Потери воды и минеральных веществ очень велики: спортсмены за одно соревнование могут потерять до 3-5 кг веса. В восстановительном периоде после работы на выносливость происходит усиленное накопление гликогена в мышцах и, особенно, в печени.

При повышении тренированности на выносливость увеличивается активность ферментных систем аэробного энергообеспечения в мышцах, повышается их способность активнее окислять жиры. Причем использование жиров начинается на более ранних этапах работы. Содержание миоглобина возрастает более чем в 1,5 раза.

Столь значительные изменения в системе аэробного энергообеспечения организма сопровождаются повышением относительных величин МПК до 80-90 мл/кг/мин. макроэлемент организм биохимический

Для развития выносливости к длительной работе в качестве основных тренировочных средств используются продолжительные нагрузки, относящиеся к зонам большой и умеренной мощности работы. Умеренная интенсивность работы обеспечивает сохранение аэробных условий энергетики, а значительная продолжительность ее - большие суммарные энергетические затраты организма. Благодаря явлениям компенсации веществ в мышцах и печени создаются большие резервы углеводов. Содержание гликогена может возрастать на 50-70%. Увеличение вне мышечных источников энергии связано и с расходованием липидов. В процессе тренировки на выносливость систематически необходимо выполнять очень большой объем непрерывной аэробной работы продолжительностью 2-4 ч, а иногда и более длительной. Это связано с необходимостью адаптации организма к перестройке энергетического обмена с углеводных источников на липиды. Такая перестройка энергетических процессов обусловлена значительным, практически на 90%, расходованием гликогена печени и мышц через 1,5-2 ч выполнения тренировочной нагрузки. Без предварительной адаптации к подобным условиям во время тренировок успешно преодолеть это состояние на соревнованиях практически невозможно.

Проведение двухразовых тренировочных занятий в день обычно малоэффективно, так как не достигается критическое состояние энергетического обмена или же организм находится в нем недостаточный период времени для стабилизации всех функций в новом режиме работы.

При тренировке выносливости в видах спорта с продолжительностью работы до 1 ч столь большие нагрузки обычно не применяются. Чаще используются переменный и интервальный методы тренировки, позволяющие развивать выносливость на более высоком уровне интенсивности аэробной работы в сочетании с гликолизом. Объем непрерывной работы в зоне умеренной мощности не превышает 1,5-2 ч. При других видах специальной скоростной выносливости наряду с аэробным важную роль играют лактатный (гликолитический) и алактатный (креатин фосфатный) компоненты выносливости. Первый наиболее важен для циклических видов спорта в зоне субмаксимальной мощности, например бег на дистанции 400, 800, 1500 м. Второй - для кратковременных нагрузок в зоне максимальной мощности (бег на 60, 100 и, в известной мере, на 200 м). Методика тренировки строится с учетом особенностей энергетического обмена.

Список использованной литературы

1. Биохимия. Под редакцией В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова. Москва 1986 г.

2. Биохимия. Под редакцией Н.Н Яковлева. Москва 1974 г.

3. Биохимия. Под редакцией Н.Н Яковлева. Москва 1969 г.

4. Пособие по биохимии. А.С. Базулько. Минск.

5. Биохимия мышечной деятельности. Н.И. Волков, Э.Н. Несен, А.А. Осипенко. Киев 2000 г.

Размещено на Allbest.ru