Биохимические основы жизнедеятельности человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биохимические основы жизнедеятельности человека



1. Пути образования глицерина в организме Окисление глицерина в тканях. Схема процесса и энергетический эффект

Переваривание жира в организме человека происходит в тонком кишечнике. Жиры предварительно с помощью желчных кислот превращается в эмульсию. В процессе эмульгирования крупные капли жира превращаются в мелкие, что значительно увеличивает их суммарную поверхность. Ферменты сока поджелудочной железы - липазы, являясь белками, не могут проникать внутрь капель жира и расщепляют только молекулы жира, находящиеся на поверхности.

Поэтому увеличение общей поверхности капель жира за счет эмульгирования значительно повышает эффективность действия этого фермента.

Под действием липазы жир путем гидролиза расщепляется до глицерина и жирных кислот.

Глицерин легко переходит в фосфоглицериновый альдегид. Это вещество является также промежуточным продуктом углеводов в поэтому легко вовлекается в углеводный обмен.

Окисление глицерина, энергобаланс.

Глицерин в клетке подвергается фосфорилированию с участием фермента глицеролкиназы.

Образующийся глицерол-3-фосфат может использоваться на анаболические реакции (синтез ТАГ, ФЛ,а также глюкозы) и окисляться.

Окисление начинается с участием НАД по a-углеродному атому. Восстановленные ДГ-азы окисляются в цепи БО, энергия БО используется в ОФ для образования АТФ.

При полном окислении глицерина в чистом виде запасается 20 или 22 АТФ:

1) гликолиз - 2 АТФ;

2) окислительное декарбоксилирование ПВК - 3 АТФ;

3) АУК идет в ЦТК, энергобаланс окисления АУК - 12 АТФ;

4) в цитоплазме образуются 2 молекулы цитозольных НАДН2, которые окисляются с использованием челночных механизмов, при использовании глицерофосфатного механизма образуется 4 АТФ, при использовании малатного механизма образуется 6 АТФ.

Всего образуется 21 или 23 АТФ, одна АТФ затрачивается на фосфорилирование глицерина, значит в чистом виде запасается 20 или 22 АТФ.

При окислении глицерина из ФГА может образовываться ДОАФ, который кроме гликолиза используется для образования плазмологенов и тромбоцитарного активирующего фактора.



2. Энергетический эффект биологического окисления, покажите сопряжение окисления с фосфорилированием

Основу энергетического обмена в живой клетке составляют окислительно-восстановительные реакции, совокупность которых называется биологическое окисление. Энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности, поступает в организм человека в составе питательных веществ. Прежде чем превратиться в топливо для клеток организма, эти вещества должны подвергнуться значительным превращениям. Распад питательных веществ в организме называется энергетический обмен (катаболизм) и в нем выделяют три основных этапа: подготовительный, этап универсализации и цикл Кребса.

На подготовительном этапе сложные молекулы углеводов, жиров и белков распадаются до простых структурных мономеров:

- белки - до 20 аминокислот;

- сложные углеводы - до моносахаридов, в основном глюкозы;

- жиры - до глицерина и жирных кислот.

На этом этапе выделяется незначительное количество энергии: при распаде белков и углеводов - 0,6% потенциальной энергии, при распаде жиров - около 1%. Это происходит в системе органов пищеварения под воздействием пищеварительных ферментов. Энергия рассеивается в виде тепла.

Метаболиты подготовительного этапа (мономеры) током крови заносятся из кишечника в клетки тканей и там участвуют в процессах универсализации (2-й этап), превращаясь в низкомолекулярные карбоновые кислоты.

Основными из них являются пировиноградная кислота (ПВК) и активная форма уксусной кислоты Ацетил ~ Коэнзим А (Ацетил ~ КоА). На этом этапе выделяется примерно 13 энергии, запасенной в молекулах питательных веществ, небольшая часть которой запасается организмом.

На третьем этапе в цикле Кребса от субстратов (органических кислот) с помощью ферментов - дегидрогеназ отнимаются атомы водорода, которые передаются в дыхательную цепь. Водород является основным носителем энергии в живой клетке. В результате этого Ацетил ~ КоА превращается в СО2, Н2О и энергию. В цикле Кребса выделяется 23 энергии, запасенной в молекулах питательных веществ, большая часть этой энергии запасается организмом.

Химизм цикла Кребса заключается в следующем. Ацетил ~ КоА соединяется со щавелево-уксусной кислотой, превращаясь в лимонную кислоту. Затем следует ряд ферментативных реакций, в которых лимонная кислота последовательно превращается в другие органические кислоты (изолимонную, a-кетоглутаровую, янтарную, яблочную). Яблочная кислота затем превращается в щавелево-уксусную. Таким образом, щавелево-уксусная кислота проводит Ацетил ~ КоА через ряд химических реакций, превращая его в СО2, Н2О и 12 АТФ, а сама при этом остается без изменений. Молекулы АТФ образуются в цикле Кребса в четырех реакциях окислительного фосфорилирования (три - с участием НАД и одна - с участием ФАД-дегидрогеназ), что приводит к образованию 11 молекул АТФ, и одной реакции субстратного фосфорилирования, что приводит к синтезу одной молекулы АТФ. Цикл Кребса работает в митохондриях клеток в аэробных условиях.

3. Синтез белков в тканях. Покажите роль АТФ и нуклеиновых кислот

Белки - высокомолекулярные, азотсодержащие органические соединения, молекулы которых построены из 20 б - аминокислот. Необходимые для обеспечения процессов жизнедеятельности белки поступают в организм с пищей. Под действием пепсина молекулы белков расщепляются на фрагменты, которые называются высокомолекулярные пептиды. Последние поступают в тонкий кишечник, где их дальнейшее переваривание происходит в слабощелочной среде рН - 7,8-8,0 под действием ферментов сока поджелудочной железы и кишечных соков (трипсин, химотрипсин, пептидазы). При этом высокомолекулярные пептиды превращаются в низкомолекулярные пептиды, а затем в свободные аминокислоты. Аминокислоты и некоторое количество низкомолекулярных пептидов всасываются кишечными ворсинками по типу активного транспорта, то есть с затратами энергии. Некоторое количество всосавшихся аминокислот уже в клетках кишечной стенки включается в синтез специфических белков, большая же их часть поступает в кровь (~95%) и в лимфу. Кровь приносит аминокислоты в печень, где идет активный синтез белка. Аминокислоты, не использованные в печени, поступают в большой круг кровообращения. Аминокислоты, циркулирующие в крови, составляют фонд свободных аминокислот и используются для синтеза и обновления белков тканей, синтеза ферментов, ряда гормонов и других активных веществ или же включаются в процессы окисления с образованием конечных продуктов и энергии.

Большая часть свободных аминокислот используется для синтеза белков.

Это энергозатратный процесс, который происходит при обязательном участии нуклеиновых кислот. Ферментативные реакции биосинтеза белка можно разделить на три этапа:

Первый - транскрипция (переписывание). Это перенос информации о структуре необходимого в организме белка с гена, находящегося на молекуле ДНК в ядре клетки, на информационную РНК (иРНК).

Второй - рекогниция (распознавание). Суть этого этапа состоит в доставке транспортными РНК (тРНК) соответствующих аминокислот к месту контакта иРНК с рибосомой.

Третий - трансляция (сборка белковой молекулы). Движение рибосомы по иРНК совместно с работой тРНК способствует образованию полипептидной цепочки - первичной структуре молекулы будущего белка.

Все реакции биосинтеза белка происходят на основе принципа комплементарности.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) - универсальный источник и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ в среднем составляет 0,04% (от сырой массы клетки), наибольшее количество АТФ (0,2-0,5%) содержится в скелетных мышцах.

АТФ состоит из остатков:

1) азотистого основания (аденина);

2) моносахарида (рибозы);

3) трех фосфорных кислот.

Поскольку АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты, она относится к рибонуклеозидтрифосфатам.

Для большинства видов работ, происходящих в клетках, используется энергия гидролиза АТФ. При этом при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении второго остатка фосфорной кислоты - в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту). Выход свободной энергии при отщеплении как концевого, так и второго остатков фосфорной кислоты составляет по 30,6 кДж. Отщепление третьей фосфатной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Связи между концевым и вторым, вторым и первым остатками фосфорной кислоты называются макроэргическими (высокоэнергетическими).

Запасы АТФ постоянно пополняются. В клетках всех организмов синтез АТФ происходит в процессе фосфорилирования, т. е., присоединения фосфорной кислоты к АДФ. Фосфорилирование происходит с разной интенсивностью при дыхании (митохондрии), гликолизе (цитоплазма), фотосинтезе (хлоропласты).

АТФ является основным связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии, и процессами, протекающими с затратами энергии. Кроме этого, АТФ наряду с другими рибонуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, УТФ) является субстратом для синтеза РНК. Нуклеиновые кислоты биополимеры, мономером которых является нуклеотид. Они входят в состав хромосом, обеспечивают передачу наследственных признаков и управляют жизнью клетки. Нуклеиновые кислоты бывают двух видов это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Нуклеотид сложное химическое вещество. Он состоит из трех компонентов: азотистого основания, остатков сахара и фосфорной кислоты.

Роль ДНК заключается в том, что она кодирует в себе все свойства организма. В ДНК закодирован порядок (последовательность) аминокислот во всех белках организма. Это генетический код. Три нуклеотида в первой цепи ДНК кодируют одну аминокислоту.

Молекулы ДНК хранят сведения о строении белков и передают их потомкам из поколения в поколение. То есть, они являются носителями наследственной информации. ДНК достается нам от родителей, через хромосомы половых клеток.

Чтобы при размножении клеток и организмов потомкам досталось нужное количество ДНК (хромосом), необходим процесс удвоения ДНК -репликация. РНК отличается от ДНК не только одним типом азотистых оснований (вместо тимина урацил) и сахаром (вместо дезоксирибозы рибоза). Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью. РНК находится в основном в цитоплазме клезуя пептидные связи. Соединенные в нужном порядке и количестве аминокислоты и есть белок.

4. Креатинфосфокиназная реакции ресинтеза АТФ

Выделение энергии из молекул энергетических веществ обеспечивают катаболические реакции, которые могут протекать как с участием кислорода, так и без него.

В связи с этим организм человека в зависимости от особенностей мышечной работы может использовать для ее энергообеспечения как аэробные, так и анаэробные пути ресинтеза АТФ.

В скелетных мышцах человека в анаэробных условиях выявлены три пути ресинтеза АТФ:

- креатинфосфокинезный (алактатный);

- гликолитический (лактатный);

- миокиназный (аварийный).

В аэробных условиях ресинтез АТФ происходит в реакции окислительного фосфорелирования, или иначе эту реакцию называют "тканевое дыхание".

Для количественной оценки процессов энергообразования используются следующие основные критерии: мощность, емкость, подвижность и эффективность.

Мощность отражает скорость освобождения энергии в метаболических процессах.

Мощность - количество энергии, выделенное за единицу времени (кДж/кг/мин).

Метаболическая емкость отражает размеры доступных для использования субстратных фондов или общий объем метаболических изменений в организме, происшедших за время выполнения упражнений.

Метаболическую емкость можно охарактеризовать "временем", в течение которого обеспечивается ресинтез АТФ за счет данной реакции.

Подвижность отражает максимальную степень высвобождения энергии в метаболических процессах при мышечной деятельности. Подвижность - это время достижения максимальной активности, т.е скорость, с которой процесс меняет свою интенсивность при изменении характера работы.

Эффективность определяет, в какой степени высвобождаемая в метаболических процессах энергия используется для выполнения специфической мышечной работы.

Эффективность - это отношение количества энергии, затраченной на выполнение работы, к общему количеству освободившейся энергии и выражается в процентах (%). Креатинфосфокиназный (алактатный) механизм - первый и самый подвижный путь ресинтеза АТФ. Он развивается за 2 сек от начала работы и протекает по схеме:

АТФ и креатинфосфат расположены в мышечном волокне недалеко друг от друга и вблизи от сократительных элементов мышечного волокна. Креатинфосфат связан с актином и мембранами SR. С актином связан и фермент, регулирующий данную реакцию - креатинфосфокиназа, который чувствителен к изменениям рН среды. Максимум активности он проявляет при слабощелочной среде и угнетается в кислой; активируется ионами Са2+ и креатином, последнее особенно важно, т. к., предупреждает падение скорости реакции по ход работы.

Наивысшей скорости креатинфосфокиназная реакция достигает уже через 2 секунды после начала работы. Пусковым сигналом является повышение концентрации АДФ в клетке.

Этот путь ресинтеза АТФ максимально эффективен, т. к., до 80% выделенной энергии может быть использовано на выполнение мышечной работы.

Однако запасы креатинфосфата в мышцах невелики (примерно 15 мм/кг сырой ткани мышц или около 0, 75%) и их хватает у нетренированного человека на 10-15 сек работы.

Замечено, что с помощью скоростных упражнений можно увеличить количество креатинфосфата в мышцах, примерно в 1,5-2,0 раза от исходного.

Креатинфосфокиназная реакция - биохимическая основа локальной мышечной выносливости, она играет ведущую роль в энергообеспечении кратковременных упражнений максимальной мощности, а также при переходе от состояния покоя к работе.

Необходимо отметить, что креатинфосфат при скоростно- силовых нагрузках обеспечивает креатинкиназный ресинтез АТФ в саркоплазме мышечной клетки, а при выполнении работы умеренной мощности является переносчиком богатых энергией фосфатных групп из митохондрий к миофибридлам. Ресинтез АТФ из креатинфосфата - реакция обратимая, обратный ее ход наблюдается в аэробных условиях при достаточно высоком содержании АТФ в мышце. Это происходит в период отдыха, а также, возможно при выполнении длительной аэробной работы.

В анаэробных условиях работоспособность - это совокупность функциональных свойств человека, позволяющих совершать работу в условиях неадекватного снабжения организма кислородом. Анаэробная работа выполняется в кратковременных упражнениях максимальной мощности. Она зависит от возможностей креатинкиназного и гликолитических путей ресинтеза АТФ, от количества креатинфосфата и гликогена в мышцах, а также от способности организма компенсировать изменения происходящие во внутренней среде, прежде всего, от мощности буферных систем организма.

5. Биохимическая характеристика основ и методов развития двигательного качества «выносливость». Роль общей выносливости в тренировочном процессе

Выносливость - важнейшее двигательное качество, от уровня развития которого во многом зависят достижения атлета. Выносливость можно определить как время работы с заданной мощностью до появления утомления.

В соответствии с характером выполняемой работы выделяют общую и специальную выносливость. Общая выносливость отражает способность спортсмена выполнять неспецифические нагрузки. Специальная выносливость характеризует выполнение физических нагрузок, специфических для определенного вида спорта и требующих технической, тактической и психологической подготовки спортсмена.

Первостепенное значение для проявления выносливости имеет уровень развития молекулярных механизмов образования АТФ - непосредственного источника энергии для обеспечения мышечного сокращения и расслабления.

В зависимости от способа энергообеспечения выполняемой работы выделяют алактатную, лактатную и аэробную выносливость.

Алактатная выносливость характеризуется наибольшим временем работы в зоне максимальной мощности. В зависимости от вида нагрузки можно выделить скоростную, скорости силовую алактатную выносливость. Главным источником энергии при мышечной работе максимальной мощности является креатинфосфатная реакция. Поэтому развитие алактатной выносливости обусловлено внутримышечными запасами креатинфосфата.

Биохимическая оценка алактатной выносливости может быть дана путем определения суточного выделения с мочой креатинина. Этот показатель характеризует общие запасы в организме креатинфосфата. Рост алактатной выносливости обычно сопровождается увеличением суточного выделения креатинина. Другим критерием, характеризующим развитие алактатной выносливости, является алактатный кислородный долг, измеренный после завершения работы максимальной мощности.

Лактатная выносливость характеризует выполнение физических нагрузок в зоне субмаксимальной мощности.

Основным источником энергии при работе с такой мощностью служит анаэробный распад мышечного гликогена до молочной кислоты, называемый гликолизом. Другим фактором, определяющим лактатную выносливость, является резистентность мышечных клеток и всего организма в целом к возрастанию кислотности вследствие накопления лактата в мышцах и в крови.

Исходя из такой зависимости тренировки, направленные на развитие лактатной выносливости, строятся так, чтобы обеспечить выполнение двух задач.

Во-первых, за счет выполняемых физических нагрузок в мышцах должно увеличиваться содержание гликогена. Во-вторых, тренировочные занятия должны привести к возникновению резистентности к накоплению лактата и повышению кислотности.

В зависимости от характера применяемых нагрузок можно преимущественно развивать силовой или скоростной компонент лактатной выносливости.

В спортивной практике очень часто алактатную и лактатную выносливость объединяют в анаэробную.

Аэробная выносливость проявляется при выполнении продолжительных упражнений умеренной мощности, которые главным образом обеспечиваются энергией за счет аэробного окисления.

Аэробная выносливость определяется тремя главнейшими факторами: запасами в организме доступных источников энергии, доставкой кислорода в работающие мышцы и развитием в работающих мышцах митохондриального окисления.

В качестве источников энергии обычно используются углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела и аминокислоты. Вследствие большой продолжительности аэробной работы эти энергетические субстраты доставляются в мышцы кровью, так как собственные энергетические ресурсы мышечных клеток расходуются в начале работы.

В обеспечении мышц источниками энергии существенная роль принадлежит печени. Именно здесь во время выполнения длительных нагрузок происходит распад гликогена до глюкозы, которая затем с током крови поступает в скелетные мышцы и другие органы, участвующие в обеспечении мышечной деятельности. Другой процесс, протекающий в печени во время работы, окисление жирных кислот, сопровождающееся образованием кетоновых тел, которые также являются важными источниками энергии. Кроме того, в печени во время работы протекают и другие химические процессы, способствующие выполнению мышечной работы. Доставка кислорода в мышцы осуществляется кардиореспираторной системой.

Развитие аэробной выносливости в значительной мере определяется также состоянием нервно-гормональной регуляции. Ведущую роль в этой регуляции выполняют надпочечники, выделяющие в кровь катехолстины и глюкокортикоиды - гормоны, вызывающие перестройку организма, направленную на создание оптимальных условий для мышечной деятельности. Для проявления аэробной выносливости важна способность надпочечников в течение длительного времени поддерживать в кровяном русле повышенную концентрацию этих гормонов.

Внутримышечными факторами, ответственными за аэробную выносливость, являются размер и количество митохондрий - внутриклеточных структур, в которых при участии кислорода происходит синтез АТФ, а также содержание миоглобина - мышечного белка, обеспечивающего внутри мышечных волокон перенос кислорода к митохондриям.

Аэробная выносливость в отличие от анаэробной менее специфична. Это обусловлено тем, что ее в большой мере лимитируют различные не мышечные факторы: функциональное состояние кардиореспираторной системы, печени и нервно-гормональной регуляции, кислородная емкость крови, запасы в организме легкодоступных источников энергии. Поэтому спортсмен, имеющий хороший уровень аэробной выносливости, может проявить ее не только в том виде деятельности, где он прошел специализированную подготовку, но и в других видах аэробной работы. Многофакторность аэробной выносливости требует применения комплекса разнообразных тренировочных средств, поскольку каждое конкретное занятие, вызывая достаточно разностороннее воздействие на организм, все же преимущественно совершенствует одну какую-либо сторону функциональных возможностей. В итоге, тренировки, направленные на развитие аэробной выносливости, должны обеспечить повышение работоспособности кардиореспираторной системы, способствовать увеличению количества эритроцитов в крови и содержанию в них гемоглобина, росту концентрации миоглобина в мышечных клетках, лучшему обеспечению работающих органов энергетическими субстратами.

С этой целью применяются различные варианты повторной и интервальной тренировки, а также непрерывная длительная работа равномерной или переменной мощности.

В качестве примера построения тренировочных занятий, направленных на развитие аэробной выносливости, можно привести так называемую циркуляторную интервальную тренировку. Этот метод заключается в чередовании кратковременных упражнений небольшой интенсивности и длительностью от 30 до 90 с интервалами отдыха такой же продолжительности.

Такая работа стимулирует аэробное энергообеспечение мышечной деятельности и приводит к улучшению показателей кардиореспираторной системы.

Для повышения содержания в мышцах миоглобина может быть использована миоглобиновая интервальная тренировка. Спортсменам предлагаются очень короткие нагрузки средней интенсивности, чередуемые с такими же короткими промежутками отдыха. Выполняемые кратковременные нагрузки в основном обеспечиваются кислородом, который депонирован в мышечных клетках в форме комплекса с миоглобином. Короткий отдых между упражнениями достаточен для восполнения запасов кислорода.

Для увеличения кислородной емкости крови, а также для повышения концентрации миоглобина хороший эффект дают тренировки в условиях среднегорья.

Особенностью развития аэробной выносливости является возможность использования неспецифических упражнений, и в первую очередь подвижных игр, что позволяет сделать тренировочный процесс разнообразным и интересным. На практике для оценки аэробной выносливости часто используются два показателя: максимальное потребление кислорода анаэробного обмена.

МПК является интегральным показателем, характеризующим в целом аэробное энергообразование в организме. Между значением МПК и аэробной выносливостью существует четкая корреляция: нагрузку одинаковой интенсивности дольше могут выполнять спортсмены с большей величиной МПК. Под влиянием тренировки МПК может возрасти на 40% и более.

ПАНО также характеризует энергообеспечение мышечной работы за счет аэробного синтеза АТФ. При низких значениях ПАНО в организме слабо развито аэробное энергообеспечение, и поэтому даже при выполнении нагрузок невысокой интенсивности организм вынужден включать анаэробный способ получения АТФ - гликолиз, ведущий, как уже отмечалось, к образованию лактата и росту кислотности. В условиях повышенной кислотности снижается активность ферментов аэробного синтеза АТФ, ухудшается доставка кислорода к митохондриям, Что в итоге сокращает продолжительность работы.

Важную информацию для оценки аэробной выносливости можно Получить путем определения содержания и соотношения в крови основных энергетических субстратов в ходе выполнения продолжительной работы. У нетренированных людей между содержанием в крови глюкозы и продуктов мобилизации жира существуют реципрокные отношения. Высокая концентрация глюкозы в крови препятствует мобилизации жира из депо. Поэтому у нетренированных людей повышение содержания в крови жирных кислот, глицерина и кетоновых тел наблюдается только на фоне снижения концентрации глюкозы. У спортсменов, хорошо тренированных в аэробном режиме, мощная мобилизация жира отмечается на фоне не только нормального, но и повышенного содержания глюкозы в крови. Повышенная утилизация жира и кетоновых тел позволяет организму не только сохранить углеводы печени и крови, но и замедлить расходование мышечного гликогена, снижение концентрации которого является одним из факторов развития утомления. В заключение необходимо отметить, что все компоненты выносливости наряду с рассмотренными выше энергетическими и структурными факторами в значительной мере зависят от технической, тактической и психологической подготовки. Хорошая техническая подготовка, правильно избранная тактика позволяет спортсмену экономно и рационально использовать энергетические резервы и тем самым дольше сохранять работоспособность. За счет высокой мотивации, большой силы воли спортсмен может продолжать выполнение работы даже в условиях наступления в организме значительных биохимических и функциональных сдвигов.

6. Химический состав мышечной ткани

В мышечной ткани человека содержится 72-80% воды и 20-28% сухого остатка от массы мышцы.

Вода входит в состав большинства клеточных структур и служит растворителем для многих веществ. Большую часть сухого остатка образуют белки и другие органические соединения.

Среди белков мышечной ткани выделяют три основные группы: саркоплазматические белки, на долю которых приходится около 35%, миофибриллярные белки, составляющие около 45%, и белки стромы, количество которых достигает 20%.

Миофибриллярные белки включают сократительные белки миозин, актин и актомиозин, а также регуляторные белки тропомиозин, тропонин и альфа- и бета- актины. Миофибриллярные белки обеспечивают сократительную функцию мышц.

Миозин является одним из основных сократительных белков мышц, составляющий около 55% от общего количества мышечных белков. Из него состоят толстые нити (филаменты) миофибрилл. Актин - второй сократительный белок мышц, который составляет основу тонких нитей. Известны две его формы - глобулярный G-актин и фибриллярный F-актин.

Обе формы актина не обладают ферментативной активностью. Каждая молекула G-актина способна связывать один ион кальция, который играет важную роль в инициировании сокращения. Тропомиозин - это структурный белок актиновой нити, представляющий собой вытянутую в виде тяжа молекулу. Тропонин является регуляторным белком актиновой нити. Тропонин С (ТнС) - это кальцийсвязывающий белок, структура и функции которого подобны широко распространенному в природе белку кальмодулину.

Саркоплазматические белки растворимы в воде и слабых солевых растворах. Основную массу их составляют белки-ферменты, локализованные главным образом в митохондриях и катализирующие процессы окислительного фосфорилирования, а также многие гликолиза, азотистого и липидного обменов, находящиеся в саркоплазме. К этой группе относится также белок миоглобин, который связывает кислород с большим сродством, чем гемоглобин, и депонирует молекулярный кислород в мышцах. В последнее время открыта группа саркоплазматических белков парвальбуминов, которые способны связывать ионы кальция, однако их физиологическая роль остается невыясненной.

Белки мышечной стромы в скелетной мышце представлены в основном коллагеном и эластином, которые входят в состав сарколеммы и Z-линий миофибрилл. Эти белки обладают эластичностью, большой упругостью, что имеет существенное значение для процесса сокращения и расслабления мышцы. В состав сухого остатка мышц наряду с белками входят и другие вещества, среди которых выделяют азотсодержащие, без азотистые экстрактивные вещества и минеральные вещества.

К азотсодержащим веществам скелетных мышц относятся АТФ и продукты ее расщепления - АДФ и АМФ, а также креатинфосфат, креатин, креатинин, карнозин, ансерин, свободные аминокислоты.

АТФ, содержащаяся в количестве 0,25-0,40%, и креатинфосфат, количество которого колеблется в пределах 0,4-1,0%, являются источниками мышечного сокращения. Продукты их распада - АДФ, АМФ и креатин - оказывают регулирующее воздействие на обмен веществ в мышцах. Карнозин является дипептидом и участвует в переносе фосфатных трупп, стимулирует работу ионных насосов, увеличивает амплитуду мышечного сокращения, которые снижаются при утомлении и этим способствует восстановлению работоспособности. Карнитин участвует в переносе жирных кислот - важных энергетических источников - через мембраны митохондрий и тем самым способствует их окислению и энергообразованию.

В состав различных клеточных мембран мышечной ткани входят ряд азотсодержащих фосфолипидов: фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (кефалин) и другие. Фосфолипиды участвуют в обменных процессах, являясь поставщиками холина и жирных кислот - субстратов тканевого дыхания. Другие азотсодержащие вещества - мочевина, мочевая кислота, пуриновые основания (аденин, гуанин) - являются промежуточные или конечными продуктами азотистого обмена и встречаются в мышцах в небольших количествах.

К без азотистым соединениям мышечной ткани относится гликоген, который находится в саркоплазме в свободном состоянии или связанном с белками состоянии и используется в мышцах как основной энергетический субстрат при напряженной работе. Количество его зависит от пищевого рациона и степени тренированности и колеблется от 0,3 до 3,0% общей массы мышц. При тренировке увеличивается главным образом количество свободного гликогена.

Из липидов в мышечной ткани обнаруживаются триглицериды в виде капелек жира, а также холестерин.

Минеральные вещества составляют 1-1,5% общей массы мышцы. Состав их многообразен. Основными катионами являются натрий, калий, магний и кальций.

Катионы калия сосредоточены в основном внутри мышечных волокон, а натрия - преимущественно в межклеточной жидкости. Они участвуют в процессах возбуждения мышц, запуске их сокращения.

В мышечной ткани содержится ряд микроэлементов: кобальт, железо, никель, бор, цинк и другие. Они являются структурными компонентами сложных белковых молекул, либо активаторами ферментов. Все минеральные вещества играют важную роль в регуляции различных биохимических процессов в мышцах.

Для выполнения работы мышца должна быть обеспечена энергией. Мышечными энергоносителями являются, главным образом, фосфатные соединения, обладающие большими энергетическими запасами (аденозинтрифосфат, креатинфосфат), углеводы (глюкоза, гликоген) и жиры.

Белки как энергоносители играют второстепенную роль, однако для увеличения объема, роста мышцы они имеют первостепенное значение. Лишь в редких случаях (голодание, предельные и продолжительные нагрузки) белки в виде аминокислот могут принимать участие в энергетическом обмене веществ.

В мышце накапливаются богатые энергией фосфаты соединения, гликоген и жиры.

Гликоген и жиры откладываются также в печени и в подкожной жировой клетчатке.

В человеке на 1 кг., мышечной массы приходится от 3,5 до 7,5 моль аденозинтрифосфата (АТФ) и 16-28 моль креатин-фосфата (КФ). Это соответствует собственным энергетическим резервам организма в АТФ - около 5 кдж (1,2 ккал) и в КФ - приблизительно 15 кдж (3,6 ккал).

Энергетические резервы, хранящиеся в организме в форме гликогена, составляют у нетренированного человека около 7500 кдж (1800 ккал, 450 г), у тренированного - до 13000 кдж (31 ккал, 750 г). Из этого количества на гликоген печени приходится около 2600 кдж (620 ккал, 150 г). Мышечный гликоген представляет собой энергетический резерв, быстро включающийся в энергообразование.

И в энергетическом отношении он эффективней, так как его не надо транспортировать к работающей мышце сначала по кровеносному руслу, а затем, как через шлюз, пропускать через оболочку клетки. Далее следует учитывать тот факт, что мышечное волокно относительно легко принимает подаваемую ей по кровеносному руслу глюкозу и накапливает ее в форме гликогена, но очень неохотно, лишь в небольших количествах, возвращает в кровоток гликоген для потребления его другими, интенсивно работающими мышцами.

Кроме того, гликоген печени лишь частично может быть использован для мышечной деятельности, так как жизненно важные функции головного мозга также должны постоянно обеспечиваться питанием глюкозой, доставляемой по кровеносным сосудам.

По этой причине разнообразные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению гликогена печени и тем самым снижению уровня сахара в крови, довольно постоянному в нормальных условиях (80-90 мг глюкозы на 100 мл крови).

Жировой запас, насчитывающий от 125000 до более чем 400000 кдж (от 30000 до более чем 100000 ккал), является практически неиссякаемым источником энергии при выполнении продолжительной спортивной работы небольшой интенсивности.

7. Биохимические изменения, происходящие в обмене веществ в период срочного и отставленного восстановления организма

«Срочное» восстановление начинается сразу после окончания работы и продолжается до 1,5 часа. В это время происходит оплата 02 - долга, прекращается избыточное выделение углекислого газа, характеризующего работу бикарбонатной буферной системы по устранению молочной кислоты, нормализуется активная реакция внутренней среды организма. Последовательно в головном мозге, сердечной и скелетных мышцах происходит ресинтез креатинфосфата и гликогена. Для синтеза последнего активно используется молочная кислота, накопившаяся при гликолизе во время работы. Частично устраняется разобщение дыхания с фосфорилированием.

«Отставленное» восстановление распространяется на многие часы отдыха после работы. Порой оно длится от 2-3 до 6-8 суток в зависимости от характера мышечной деятельности. Суть отставленного восстановления заключается в усилении процессов пластического обмена, восстановлении ионного и эндокринного равновесия. Израсходованные вещества не только восстанавливаются до исходного уровня, но и превышают его. Компенсируется гликоген в мышцах и печени, интенсивно синтезируются белки клеток (после силовых упражнений - миофибриллярные, после длительных - митохондриальные). После предельных нагрузок биосинтез белка завершается на 7-8 сутки после работы, о чем свидетельствует повышенный уровень мочевины в крови.

Синтетические процессы обеспечиваются энергией за счет мобилизации липидов из жировых депо. Поэтому через 2-3 и более часов после работы концентрация свободных жирных кислот и глицерина в крови продолжает нарастать, причем скорость мобилизации липидов тем больше, чем меньше в крови молочной кислоты и свободной глюкозы, которые стимулируют синтез, а не расщепление жира. На стадии отставленного восстановления может устанавливаться равновесие между скоростью мобилизации нейтральных жиров из депо и скоростью биосинтеза различных липидов в других органах. альдегид биохимический фермент



Список литературы

1. Биохимические основы жизнедеятельности человека. - М.: ВЛАДОС, 2005.

2. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия: Учеб. для вузов. - М.: Дрофа, 2004.

3. Михайлов С.С. Спортивная биохимия. Учебник для вузов и колледжей физической культуры. М.: Сов. спорт, 2009.

4. Проскурина И.К. Биохимия. Учебное пособие для вузов: специальность - Физическая культура - M.: Владос, 2001.

5. Черемисинов В.Н. Биохимия. - Учебное пособие для вузов: специальность - Физическая культура - M.: 2009.

Размещено на Allbest.ru

...