Основи спортивної біохімії. Вирішено особливості біохімічних показників крові у висококваліфікованих спортсменів. Ультратонка будова м'язової клітини

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Коледж фізичної культури

КУРС ЛЕКЦІЙ

ОСНОВИ БІОХІМІЇ СПОРТУ

Кучерявий Всеволод Володимирович

Тема 1. Будова білків та ферментативний каталіз.

Тема 6. Обмін білків

РОЗДІЛ 3. ВОДНО-МІНЕРАЛЬНИЙ ОБМІН. Вітаміни. ГОРМОНИ

Тема 7. Обмін води та солей. Вітаміни

Тема 8. Гормони біохімія сечі та крові

ЧАСТИНА 2. ОСНОВИ СПОРТИВНОЇ БІОХІМІЇ

РОЗДІЛ 4. БІОХІМІЯ М'ЯЗОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Тема 9. Біохімія м'язового скорочення

Тема 10. Енергетичне забезпечення м'язового скорочення

РОЗДІЛ 5. ЗАГАЛЬНА БІОХІМІЯ СПОРТИВНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Тема 11. Біохімічні зрушення під час м'язової роботи

Тема 12. Біохімічні механізми втоми

Тема 13. Відновлення з погляду біохімії

Тема 14. Загальні біохімічні закономірності адаптації до м'язової роботи

РОЗДІЛ 6. СПОРТИВНА РОБІТНІСТЬ І БІОХІМІЯ

Тема 15. Біохімічні засади працездатності

Тема 16. Біохімічні засоби підвищення працездатності

ДОДАТОК 1. Питання іспиту з біохімії

ЧАСТИНА 1. ОСНОВИ ЗАГАЛЬНОЇ БІОХІМІЇ

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАБОЛІЗМУ

Тема 1. Будова білків та ферментативний каталіз

1. Біологічна роль білків

2. Будова молекули білка

3. Класифікація білків

5. Будова ферментів

Вступ. Чим займається біохімія?

Біохімія вивчає хімічні процеси, які у живих системах. Інакше висловлюючись, біохімія вивчає хімію життя. Наука ця щодо молода. Вона народилася у 20 столітті. Умовно курс біохімії можна поділити на три частини.

Загальна біохімія займається загальними закономірностями хімічного складу та обміну речовин різних живих істот від найдрібніших мікроорганізмів та кінчаючи людиною. Виявилося, що це закономірності багато в чому повторюються.

Приватна біохімія займається особливостями хімічних процесів, які у окремих груп живих істот. Наприклад, біохімічні процеси в рослин, тварин, грибів та мікроорганізмів мають свої особливості, причому, у ряді випадків дуже суттєві.

Функціональна біохімія займається особливостями біохімічних процесів які у окремих організмах, що з особливостями їх життя. Напрямок функціональної біохімії, що досліджує вплив фізичних вправна організм спортсмена називається біохімією спорту чи спортивної біохімією.

Розвиток фізичної культури та спорту вимагає від спортсменів та тренерів гарних знань у галузі біохімії. Це пов'язано з тим, що без розуміння того, як працює організм на хімічному, молекулярному рівні важко сподіватися на успіх сучасному спорті. Багато методик тренування та відновлення базуються у наш час саме на глибокому розумінні того, як працює організм на субклітинному та молекулярному рівні. Без глибокого розуміння біохімічних процесів неможливо боротися і допінгом – злом, що може занапастити спорт.

1. Біологічна роль білків

Роль білків в організмі важко переоцінити. Саме тому наш курс починається з опису ролі та будови саме цього класу біоорганічних сполук. Білки в організмі виконують такі функції.

1. Структурна чи пластична функція. Білки є універсальним будівельним матеріалом, З якого складаються практично всі структури живих клітин. Наприклад, в людини білки становлять близько 1/6 від маси тіла. Причому, у тренованих людей із добре розвиненими м'язами ця цифра може бути й вищою.

2. Каталітична функція. Багато білків, які називаються ферментами або ензимами, виконують у живих системах функцію каталізаторів, тобто змінюють швидкості протікання хімічних реакцій (про що докладно буде сказано нижче)

3. Коротка функція. Саме білкові молекули є основою всіх форм руху живих систем. М'язове скорочення = це, перш за все робота білків.

4. Регуляторна функція. В основі цієї функції лежить здатність білкових молекул реагувати і з кислотами та основами, які називаються в хімії амфотерністю. Білки беруть участь у створенні гомеостазу організму. Багато білків є гормонами.

5. Рецепторна функція. В основі цієї функції лежить здатність білків реагувати на зміни умов внутрішнього середовища організму. Різні рецептори в організмі, чутливі до температури, тиску, освітленості є білками. Рецептори гормонів – це також білки.

6. Транспортна функція. Білкові молекули мають великий розмір, добре розчиняються у воді, що дозволяє їм легко переміщатися водними розчинами і переносити різні речовини. Наприклад, гемоглобін переносить гази, альбуміни крові переносять жири та жирні кислоти.

7. Захисна функція. Білки захищають організм, насамперед, беручи участь у створенні імунітету.

8. Енергетична функція. Білки не є головними учасниками енергетичного обміну, але все ж таки до 10% добової потреби організму в енергії забезпечують саме вони. У той же час, це занадто цінний продукт, щоб використовувати його як джерело енергії. Тому білки використовуються як джерело енергії тільки після вуглеводів та жирів.

2. Будова молекули білка

Білки - це високомолекулярні азотовмісні сполуки, що складаються з амінокислот. До складу білків входять сотні залишків амінокислот. Однак усі білки, незалежно від походження, утворюються 20 видами амінокислот. Ці 20 амінокислот називають, тому протеїногенними.

Амінокислоти містять карбоксильну групу COOH та аміногрупу NH2. Щоправда, деякі білки все ж таки містять у дуже малих кількостях амінокислоти, що не входять до складу протеїногенних. Такі амінокислоти називають мінорними. Вони утворюються із протеїногенних амінокислот після завершення синтезу білкових молекул.

Амінокислоти з'єднуються один з одним пептидним зв'язком, утворюючи довгі нерозгалужені ланцюги – поліпептиди. Пептидний зв'язок виникає при взаємодії карбоксильної групи однієї амінокислоти та аміногрупи іншої з виділенням води. Пептидні зв'язки мають високу міцність, їх утворюють всі амінокислоти. Саме ці зв'язки утворюють перший рівень організації білкової молекули - первинну структуру білка. Первинна структура - це послідовність амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга білка.

Вторинна структура білка є спіральною структурою, утворену, головним чином, за рахунок водневих зв'язків.

Третинна структура білка є глобулом або клубочком, в яку згортається вторинна спіраль в деяких білках. У освіті глобули беруть участь різні міжмолекулярні сили, насамперед дисульфідні містки. Оскільки дисульфідні зв'язки утворюються амінокислотами, що містять сірку, то глобулярні білки зазвичай містять багато сірки.

Деякі білки утворюють четвертинну структуру, що складається з кількох глобул, званих тоді субодиницями. Наприклад, молекула гемоглобіну складається з чотирьох субодиниць, що виконують єдину функцію.

Усі структурні рівні молекули білка залежить від первинної структури. Зміни у первинній структурі ведуть змін на інших рівнях організації білка.

3. Класифікація білків

Класифікація білків базується на їхньому хімічному складі. Відповідно до цієї класифікації білки бувають прості та складні. Прості білки складаються тільки з амінокислот, тобто одного або декількох поліпептидів. До простих білків, що є в організмі людини, належать альбуміни, глобуліни, гістони, білки опорних тканин.

У молекулі складного білка, крім амінокислот, є ще неамінокислотна частина, звана простетичної групою. Залежно від будови цієї групи виділяють такі складні білки, як фосфопротеїди (містять фосфорну кислоту), нуклеопротеїди (містять нуклеїнову кислоту), глікопротеїди (містять вуглевод), ліпопротеїди (містять ліпоїд) та інші.

Відповідно до класифікації, що базується на просторовій формі білків, білки поділяються на фібрилярні та глобулярні.

Фібрилярні білки складаються зі спіралей, тобто переважно з вторинної структури. Молекули глобулярних білків мають кулясту та еліпсоїдну форму.

Прикладом фібрилярних білків є колаген - найпоширеніший білок у тілі людини. Перед цього білка припадає 25 - 30% від загальної кількості білків організму. Колаген має високу міцність і еластичність. Він входить до складу судин м'язів, сухожиль, хрящів, кісток, стінки судин.

Прикладом глобулярних білків є альбуміни та глобуліни плазми крові.

4. Фізико-хімічні властивості білків

Однією з головних особливостей білків є їхня велика молекулярна маса, яка коливається в діапазоні від 6000 до декількох мільйонів дальтонів.

Іншою важливою фізико-хімічною властивістю білків є їхня амфотерність, тобто наявність, як кислотних, так і основних властивостей. Амфотерність пов'язана з наявністю у складі деяких амінокислот вільних карбоксильних груп, тобто кислотних, та аміногруп, тобто лужних. Це призводить до того, що в кислому середовищі білки виявляють лужні властивості, а в лужному середовищі – кислотні. Проте за певних умов білки виявляють нейтральні властивості. Значення рН, у якому білки виявляють нейтральні властивості, називається изоэлектрической точкою. Ізоелектрична точка для кожного білка індивідуальна. Білки за цим показником ділять на два великі класи - кислі та лужні, тому що ізоелектрична точка може бути зсунута або в одну або в інший бік.

Ще одна важлива властивість білкових молекул – це розчинність. Незважаючи на великий розмір молекул білки досить добре розчиняються у воді. Причому розчини білків у питній воді дуже стійкі. Першою причиною розчинності білків є наявність на поверхні молекул білків заряду, завдяки чому білкові молекули практично не утворюють нерозчинні у воді агрегати. Другою причиною стійкості білкових розчинів є наявність у білкової молекули гідратної (водної) оболонки. Гідратна оболонка відокремлює білки одна від одної.

Третя важлива фізико-хімічна властивість білків - це висолення, тобто здатність випадати в осад під дією водовіднімних засобів. Висолення - процес оборотний. Ця здатність переходити в розчин, то виходити з нього дуже важлива для прояву багатьох життєвих властивостей.

Зрештою, найважливішою властивістю білків є його здатність до денатурації. Денатурація – це втрата білком нативності. Коли ми робимо яєчню на сковороді, ми отримуємо необоротну денатурацію білка. Денатурація полягає у постійному або тимчасовому порушенні вторинної та третинної структури білка, але при цьому первинна структура зберігається. Крім температури (понад 50 градусів) денатурацію можуть викликати інші фізичні фактори: випромінювання, ультразвук, вібрація, сильні кислоти та луги. Денатурація може бути оборотною та незворотною. При невеликих впливах руйнування вторинної та третинної структур білка відбувається незначне. Тому білок за відсутності денатуруючого може відновити свою структуру. Процес зворотної денатурації називається ренатурація. Однак при тривалому та сильному впливі ренатурація стає неможливою, а денатурація, таким чином, необоротною.

5. Будова ферментів

Ферменти чи ензими – це білки, що виконують в організмі каталітичні функції. Каталіз передбачає, як прискорення, і уповільнення хімічних реакцій.

Ферменти практично завжди прискорюють хімічні реакції в організмі, причому, прискорюють у десятки та сотні разів. У інших реакцій, що проходять під контролем ферментів, швидкість їх відсутність падає майже до нуля.

Ділянка ферменту, який бере участь у каталізі, називається активним центом. Він може бути по-різному організований у ферментів, що мають лише третинну та четвертинну структуру. У складних білків в освіті активного центу беруть участь, як правило, усі субодиниці, а також їх простетичні групи.

В активному центрі виділяють дві ділянки - адсорбційну та каталітичну.

Адсорбційна ділянка – це центр зв'язування. Він за своєю будовою відповідає структурі речовин, що реагують, званих в біохімії субстратами. Кажуть, що субстрати та адсорбційний центр ферменту збігаються як ключ і замок. Більшість ферментів один активний центр, але бувають ферменти, мають кілька активних центрів.

Треба сказати, що у ферментативної реакції бере участь як активний центр ферменту, а й інші його частини. Загальна конформація ферменту відіграє у його активності. Тому зміна навіть однієї амінокислоти в частині молекули, яка не має відношення безпосередньо до активного центру, може сильно вплинути на активність ферменту і навіть звести її до нуля. Завдяки зміні конформації ферменту відбувається «пристосування» його активного центру до структури субстратів, що у прискорюваної ферментом реакції.

6. Механізм впливу ферментів. Специфіка

Слід пам'ятати, що з здійсненні каталітичної функції, сам каталізатор не змінює своєї хімічної природи. Це твердження є справедливим і для ферментів.

У будь-якій каталітичній реакції, що здійснюється ферментами, розрізняють три стадії.

1. Утворення фермент-субстратного комплексу. На цій стадії активний центр ферменту, що зв'язується з субстратами за рахунок слабких зв'язків, зазвичай водневих. Особливістю цього етапу є повна оборотність, оскільки фермент-субстратний комплекс легко може розпадатися на фермент та субстрати. На цій стадії виникає сприятлива орієнтація молекул субстратів, що сприяє прискоренню взаємодії.

2. Ця стадія відбувається за участю каталітичної ділянки активного центру. Сутність цього етапу полягає у зниженні енергії активації та прискоренні реакції між субстратами. Результатом цього етапу є створення нового продукту.

3. На цій стадії відбувається відокремлення готового продукту від активного центру зі звільненням ферменту, який знову готовий для здійснення своєї функції.

У клітині ферменти, що каталізують багатостадійні процеси, часто об'єднуються в комплекси, звані мультиферментними системами. Найчастіше ці комплекси вбудовані у біомембрани або пов'язані з органоїдами клітин. Таке поєднання ферментів робить їхню роботу більш ефективною.

У деяких випадках білки-ферменти містять небілкові компоненти, що беруть участь у каталізі. Такі небілкові елементи називають коферментами. Більшість коферментів у складі містять вітаміни.

Найважливішою властивістю ферментів є їхня висока специфічність. У біохімії існує правило: одна реакція – один фермент. Розрізняють два види специфічності: специфічність дії та специфічність субстратна.

Специфічність дії – це здатність ферменту каталізувати лише один певний тип хімічної реакції. Якщо субстрат може вступати у різні реакції, то кожної реакції потрібен свій фермент.

Субстратна специфічність - це здатність ферменту діяти лише певні субстрати.

Субстратна специфічність буває абсолютна та відносна.

При абсолютній специфічності фермент каталізує перетворення лише одного субстрату.

За відносної - може бути група схожих субстратів.

7. Від чого залежить швидкість ферментаційних реакцій?

У основі хімічних реакцій лежить енергія активації. Якщо енергія активації висока, речовини не можуть вступити в реакцію або швидкість їх взаємодії буде низькою. Ферменти знижують поріг активації енергії.

Швидкість ферментативних реакцій істотно залежить від багатьох факторів. До них відносяться концентрації речовин учасників ферментативної реакції, а також умови середовища, в яких відбувається реакція.

Показано, що чим вища концентрація ферменту, тим вища швидкість реакції. Це пояснюється тим, що концентрація ферменту набагато нижча від концентрації субстрату.

При низьких концентраціях субстрату швидкість проходження реакції прямо пропорційна концентрації субстратів. Однак у міру зростання концентрації субстрату вона починає сповільнюватися і, нарешті досягнувши максимальної швидкості, перестає зростати. Це з тим, що з збільшення концентрації субстрату кількість вільних активних центів стає обмежуючим чинником.

Температура впливає ферментативні реакції своєрідно. Справа в тому, що ферменти – це білки, а це означає, що при високих температурах (вище 80 градусів) вони повністю втрачають активність. Тож ферментативних реакцій існує поняття температурного оптимуму. Таким оптимумом більшості ферментів є температура тіла 37 - 40 градусів. За низьких температур ферменти також неактивні.

Ще одним фактором, що визначає активність ферментів, є рН середовища. Тут для кожного ферменту існує рН-оптимум. Наприклад ферменти шлункового соку мають рН-оптимум у кислому середовищі (рН - 1,0 до 2,0), а ферменти підшлункової залози віддають перевагу лужному середовищу (рН - 9,0 - 10,0).

Крім зазначених вище чинників швидкість ферментативних реакцій надають різні речовини - інгібітори і активатори.

Інгібітори - це найчастіше низькомолекулярні речовини, що гальмують швидкість реакції. Інгібітор зв'язується з ферментом, заважаючи йому здійснювати свою функцію.

Активатори – речовини, що вибірково підвищують швидкість ферментативних реакцій.

Гормони можуть бути і активаторами, і інгібіторами ферментів.

Швидкість ферментативних реакцій залежить і від інших чинників:

· Зміни швидкості синтезу ферментів;

· . модифікації ферментів;

· Зміна конформації ферменту

8. Класифікація та номенклатура ферментів

Сучасна класифікація ферментів виходить з характеристиці хімічної реакції, катализируемой ферментом. Розрізняють шість основних класів ферментів.

1. Оксидоредуктази – ферменти, що каталізують окисно-відновні реакції. Схематично це виглядає так:

2. Трансферази – ферменти, що каталізують перенесення хімічних угруповань з однієї молекули на іншу

AВ + З > А + ВС

3. Гідролази – ферменти, що розщеплюють хімічні зв'язки шляхом приєднання води, тобто гідролізу.

АВ + Н2О >А - Н + В - ВІН

4. Ліази - ферменти, що каталізують розщеплення хімічних зв'язків без приєднання води:

5. Ізомерази - ферменти, що каталізують ізомерні перетворення, тобто перенесення окремих хімічних груп у межах однієї молекули:

6. Синтетази - ферменти, що каталізують реакції синтезу, що відбуваються за рахунок енергії АТФ:

АТФ + Н2О > АДФ + H3PO4

Кожен клас у свою чергу поділяється на підкласи, а ті на підпідкласи.

Назва ферменту, як правило, складається з двох частин. Перша частина відображає назву субстрату, перетворення якого каталізується цим ферментом. Друга частина назви має закінчення «азу», вказує на природу реакції. Наприклад, фермент, що відщеплює від молочної кислоти (лактату) атоми водню, називається лактатдегідрогеназа. А фермент, що каталізує ізомеризацію глюкозо-6-фосфату у фруктозо-6-фосфат називається глюкозофосфатизомераза. Фермент, що бере участь у синтезі глікогену, називається глікогенсинтетаза.

Тема 2. Етапи метаболізму та біологічне окислення

3. Тканинне дихання

1. Загальна характеристикаобміну речовин

Обмін речовин та енергії - це обов'язкова умоваіснування живих організмів.

Організм із зовнішнього середовища отримує енергію та будівельні речовини, потім ці речовини переробляються і, нарешті, непотрібні продукти переробки виділяються з організму у навколишнє середовище. Таким чином, обмін речовин може бути представлений у вигляді трьох процесів.

1. Травлення - це процес, під час якого харчові речовини, як правило високомолекулярні і для організму чужорідні, під дією травних ферментів розщеплюються і перетворюються на прості сполуки - універсальні для всіх живих організмів. Білки, наприклад, розпадаються на амінокислоти такі самі як амінокислоти самого організму. З вуглеводів їжі утворюється універсальний моносахарид – глюкоза. Тому кінцеві продукти травлення можуть вводитися у внутрішнє середовище організму та використовуватися клітинами для різноманітних цілей.

2. Метаболізм – це сукупність хімічних реакцій, що протікає у внутрішньому середовищі організму. Щоправда, іноді слово "метаболізм" розуміють як синонім обміну речовин.

3. Виділення – це процес видалення відпрацьованих речовин із організму. Цей процес відбувається як на останніх етапах травлення, так і в ході метаболізму. В останньому випадку у виділенні бере участь кров та спеціальні органи виділення продуктів розпаду азотистих речовин – нирки.

Розглянемо, проте, докладніше власне метаболізм.

Метаболізм включає два процеси, які є двома його нерозривними сторонами: катаболізм і анаболізм.

Катаболізм - це процеси розщеплення речовин, результатом яких є вилучення енергії та отримання молекул меншого розміру. Кінцевими продуктами катаболізму є вуглекислий газ, вода, аміак.

Катаболізм в організмі людини та більшості живих істот характеризується такими особливостями.

· У процесі катаболізму переважають реакції окиснення.

· Катаболізм протікає із споживанням кисню.

· У процесі катаболізму виділяється енергія, приблизно половина якої акумулюється у формі молекул аденозинтрифосфату (АТФ). Значна частина енергії виділяється у вигляді тепла.

Анаболізм – це реакції синтезу. Для цих процесів характерні такі особливості.

· Анаболізм – це, головним чином, реакції відновлення.

· У процесі анаболізму відбувається споживання водню.

· Джерелом енергії для реакцій анаболізму служить АТФ.

2. Будова та біологічна роль АТФ

Аденозинтрифосфат або скорочено АТФ – це універсальна енергетична речовина організму. АТФ – нуклеотид, до складу молекули якого входять азотисту основу – аденін, вуглевод – рибоза та три залишки фосфорної кислоти.

Особливістю молекули АТФ є те, що другий і третій залишки фосфорної кислоти приєднуються зв'язком, багатим на енергію, інакше званим макроергічним зв'язком. Часто сполуки, що мають макроергічний зв'язок (а ми зіткнемося з ними в процесі вивчення предмета), позначаються терміном «макроерги» або макроергічні речовини.

Будова АТФ можна відобразити схемою

Аденін-рибоза – Ф.К. – Ф.К. – Ф.К.

аденозин

При використанні АТФ як джерело енергії зазвичай відбувається відщеплення шляхом гідролізу останнього залишку фосфорної кислоти.

АТФ + Н2О > АДФ + Н3РО4 + енергія

У фізіологічних умовах, тобто за умов, що є в живій клітині, розщеплення молячи АТФ супроводжується виділенням 10 – 12 ккал енергії (43 – 50 кДж).

Головними споживачами енергії АТФ в організмі є

· Реакції синтезу;

· М'язова діяльність;

· Транспорт молекул та іонів через мембрани.

Таким чином, біологічна роль АТФ полягає в тому, що ця речовина в організмі є свого роду еквівалентом ЄВРО або долара в економіці. Основним постачальником АТФ у клітині є тканинне дихання - завершальний етап катаболізму, що протікає у мітохондріях більшості клітин організму.

3. Тканинне дихання

Тканинне дихання - це основний спосіб отримання АТФ, що використовується абсолютною більшістю клітин організму.

У процесі тканинного дихання від речовини, що окислюється, віднімаються два атоми водню і з дихального ланцюга, що складається з ферментів і коферментів, передаються на молекулярний кисень, що доставляється кров'ю з повітря в усі тканини організму. В результаті приєднання атомів кисню та водню утворюється вода. За рахунок енергії, що виділяється при русі електронів, з дихального ланцюга, в мітохондріях здійснюється синтез АТФ з АДФ та фосфорної кислоти. Зазвичай синтез трьох молекул АТФ супроводжується утворенням однієї молекули води.

Як субстрат окиснення в тканинному диханні використовуються різноманітні проміжні продукти розпаду вуглеводів, жирів та білків. Однак найчастіше піддаються окисленню проміжні продукти циклу лимонної кислоти, званого інакше циклом трикарбонових кислот або циклом Кребса (ізолімонна, альфа-кетоглутарова, янтарна, яблучна кислоти – це субстрати циклу трикарбонових кислот). Цикл лимонної кислоти - це завершальний етап катаболізму, в ході якого відбувається окислення залишку оцтової кислоти, що входить до ацетилкоферменту А до вуглекислого газу і води. У свою чергу ацетилкофермент А – універсальна речовина організму, в яку при своєму розпаді перетворюються головні органічні речовини – білки, жири та вуглеводи. Тканинне дихання – це складний ферментативний процес. Ферменти тканинного дихання поділяються на три групи: нікотинамідні дегідрогенази, флавінові дегідрогенази та цитохроми. Ці ферменти і становлять дихальний ланцюг.

Нікотинамідні дегідрогенази віднімають два атоми водню у окислюваного субстрату і приєднують його до молекули коферменту НАД (нікотинамідаденіндінуклеотид) При цьому НАД переходить у свою відновлену форму НАД.Н2.

Флавінові дегідрогенази відщеплюють два атоми водню від НАД.Н2 і тимчасово приєднують до ФМН (флавінмононуклеотид). Це кофермент, до складу якого входить вітамін В2. Потім відбувається передача двох атомів водню флавін, який у свою чергу передає ці атоми на цитохроми.

Цитохроми – це ферменти, що містять у своєму складі іони тривалентного заліза, які, приєднуючи водень, переходять у двовалентну форму. Цитохромів кілька, і вони позначаються латинськими літерами a, a-3 b, c. Цитохроми передають водень на молекулярний кисень і утворюється вода.

Під час руху дихальним ланцюгом виділяється енергія, яка акумулюється у вигляді молекул АТФ. Цей процес називається окисним або дихальним фосфорилуванням. За добу в організмі утворюється не менше 40 кг АТФ. Особливо інтенсивно ці процеси йдуть у м'язах при фізичній роботі.

4. Анаеробне, мікросомальне та вільнорадикальне окиснення

У деяких випадках відібрання атома водню від окислюваних речовин відбувається в цитоплазмі. Ці процеси відбуваються без кисню. Тому акцептори водню тут інші. Найчастіше водень приєднує піровиноградна кислота, що виникає при розпаді вуглеводів та амінокислот. Пировиноградна кислота може приєднати водень і в такий спосіб перетворитися на лактат чи молочну кислоту. Такий процес, що відбувається, зокрема у м'язах при нестачі кисню, називається анаеробним окисненням або гліколізом. За рахунок енергії, що виділяється при цьому, в цитоплазмі також йде утворення АТФ. Процес утворення АТФ у цитоплазмі отримав назву анаеробного або субстратного фосфорилування. Цей процес набагато менш ефективний, ніж тканинне дихання.

У деяких випадках при окисленні атоми кисню включаються в молекули речовин, що окислюються. Таке окиснення протікає на мембранах ендоплазматичної мережі та називається мікросомальне окиснення. За рахунок включення кисню субстрату, що окислюється, виникає гідроксильна група (-ОН). Тому цей процес часто називають гідроксилювання. У цьому процесі активну участь бере аскорбінова кислота чи вітамін С.

Біологічна роль цього процесу пов'язані з синтезом АТФ. Вона полягає у наступному.

1. Включаються атоми кисню в речовини, що синтезуються.

2. Знешкоджуються різні токсичні речовини, оскільки включення атома кисню в молекулу отрути зменшує токсичність цієї отрути, робить її водорозчинною, і полегшують ниркам її виведення.

У поодиноких випадках кисень, що надходить з повітря в організм, перетворюється на активні форми (О2, НО2, НО+, Н2 О2 та ін.), які називаються вільними радикалами або оксидантами.

Вільні радикали кисню викликають реакції окиснення, що зачіпають білки, жири, нуклеїнові кислоти. Це окиснення отримало назву вільнорадикальне окиснення.

Особливий вплив цей процес надає жирні кислоти. Перекисне окиснення ліпідів (ПОЛ) допомагає оновленню ліпідного шару біологічних мембран.

Вільнорадикальне окиснення може завдавати шкоди, якщо відбувається занадто інтенсивно. Тому в організмі існує спеціальна антиоксидантна система, найважливішою частиною якої є вітамін Е (токоферол).

РОЗДІЛ 2. МЕТАБОЛІЗМ ОКРЕМИХ ГРУП РЕЧОВИН

Тема 3. Будова та обмін вуглеводів

3. Шляхи катаболізму вуглеводів. Гексозодифосфатний шлях розщеплення глюкози

1. Загальна характеристика та класифікація вуглеводів. Функції вуглеводів в організмі

Вуглеводи становлять понад 80% всіх органічних сполук біосфери Землі.

Виняткову роль енергетичному обміні біосфери грає глюкоза. Саме цей вуглевод утворюється у процесі фотосинтезу. І саме глюкоза запускає енергетичний обмін у нашому організмі.

Вуглеводи поділяються на три основні класи: моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Моносахариди або прості цукри не піддаються гідролізу і отримати з них простіші вуглеводи неможливо. До моносахаридів відносяться: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза та інші.

Олігосахариди складаються з кількох моносахаридів, з'єднаних ковалентними зв'язками. При гідролізі вони розпадаються на які входять у яких моносахариды. Прикладом олігосахаридів можуть бути дисахариди, що складаються з двох молекул моносахаридів. Найбільш поширені дисахариди сахароза (харчовий або очеретяний цукор), що складається із залишків глюкози та фруктози, лактоза (молочний цукор), що складається із залишків глюкози та галактози.

Полісахариди є довгими нерозгалуженими ланцюгами. Включають сотні та тисячі моносахаридних залишків. Найбільш відомі з них – крохмаль, целюлоза, глікоген – складаються із залишків глюкози.

Функції вуглеводів в організмі дуже різноманітні.

1. Енергетична.

2. Структурна функція (входять до складу клітинних структур).

3. Захисна (синтез імунних тіл у відповідь антигени).

4. Антизгортальна (гепарин).

5. Гомеостатична (підтримка водно-сольового обміну)

6. Механічна (входять до складу сполучних та опорних тканин).

2. Будова та біологічна роль глюкози та глікогену. Синтез та розпад глікогену

Емпірична формула глюкози С6Н12О6. Вона може мати різні просторові форми. В організмі людини глюкоза зазвичай знаходиться в циклічній формі:

Вільна глюкоза в організмі людини в основному знаходиться в крові, де її вміст досить постійно коливається в діапазоні від 3,9 до 6,1 ммоль/л.

Глюкоза є основним джерелом енергії в організмі.

Іншим вуглеводом типовим в людини є глікоген. Складається глікоген із сильно розгалужених молекул великого розміру, що містять десятки тисяч залишків глюкози Емпірична формула глікогену: (С6 Н12 О5)n де n число залишків глюкози.

Основні запаси глікогену зосереджені у печінці та м'язах.

Глікоген є запасною формою глюкози.

У нормі з їжею надходить 400 – 500 г вуглеводів. Це головним чином крохмаль, клітковина, сахароза, лактоза, глікоген. Перетравлення вуглеводів відбувається у різних частинах травного тракту, починаючи з ротової порожнини. Здійснюють його ферменти амілази. Єдиний вуглевод, який не розщеплюється в нашому організмі – це клітковина. Решта розщеплюються до глюкози, фруктози, галактози і.т. д. і залучаються до процесів катаболізму, Значна частина глюкози перетворюється на печінки на глікоген. Між їдою частина глікогену в печінці перетворюється на глюкозу, яка надходить у кров.

Глюкоза, яка використовується для синтезу глікогену, попередньо активується. Потім після низки перетворень утворює глікоген. У цьому вся процес бере участь нуклеотид УТФ (уридинтрифосфат), який за будовою нагадує АТФ. У результаті реакцій утворюється проміжне з'єднання - уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза). Саме це з'єднання утворює молекули глікогену, вступаючи в реакцію з так званою затравкою. Затравкою служать наявні в печінці молекули глікогену.

Реакції утвору глікогену забезпечуються енергією молекулами АТФ. Синтез глікогену пришвидшується інсуліном гормоном.

Розпад глікогену в печінці здійснюється у зворотному порядку і зрештою утворюється глюкоза та фосфорна кислота. Цей процес прискорюється гормонами глюкагоном та адреналіном. Розпад глікогену у м'язах стимулює гормон адреналін, який виділяється у кров під час м'язової роботи. При цьому в м'язах не утворюється вільна глюкоза і шлях розщеплення глікогену дещо інший.

3. Катаболізм вуглеводів. Гексозодифосфатний шлях розщеплення глюкози

Катаболізм глюкози здійснюється двома шляхами.

· Основна частина вуглеводів (до 95%) піддається розпаду по гексозодинофосфатному шляху. Саме цей шлях є основним джерелом енергії для організму.

· Решта глюкози розщеплюється через гексозомонофосфатний шлях.

ГДФ-шлях може протікати за умов відсутності кисню - анаеробно й у присутності кисню, тобто у аеробних умовах. Це дуже складний ланцюг послідовних реакцій, кінцевим результатом якого є утворення вуглекислого газу та води. Цей процес можна розбити на три етапи, що послідовно йдуть один за одним.

Перший етап, званий гліколізом, відбувається у цитоплазмі клітин. Кінцевим продуктом цього етапу є піровиноградна кислота.

1. Реакція полягає в тому, що глюкоза перетворюється на глюкозо-6фосфат.

Глюкоза + АТФ > глюкоза-6-фосфат + АДФ

2. Глюкоза-6-фосфат перетворюється на фруктозо-6-фосфат

3. Фруктозо-6-фосфат перетворюється на фрутозо-1.6-фосфат

5. Потім з фосфогліцеринового альдегіду утворюється 1.3дифосфогліцерат

6. 1.3дифосфогліцерат переходить в3-фосфогліцерат,

7. який переходить в 2-фосфогліцерат, а потім

8 у фосфопіруват, а той

9 піруват (піровиноградна кислота).

Загальне рівняння гліколізу виглядає так:

Глюкоза + О2 + 8АДФ + 8 Н3РО4 > 2 Піруват + 2Н2О + 8 АТФ

Перший етап розпаду вуглеводів практично оборотний. З пірувату, а також з лактату (молочна кислота), що виникає в анаеробних умовах, може синтезуватися глюкоза, а з неї глікоген.

Другий та третій етапи ГДФ-шляху протікають у мітохондріях. Ці етапи потребують присутності кисню. У ході другого етапу від піровиноградної кислоти відщеплюється вуглекислий газ та два атоми водню. Відщеплені атоми водню з дихального ланцюга передаються на кисень з одночасним синтезом АТФ. З пірувату ж утворюється оцтова кислота. Вона приєднується до особливої ​​речовини, кофермент А. Ця речовина є переносником залишків кислот. Результатом цього процесу є утворення речовини ацетилкофермент А. Ця речовина має високу хімічну активність.

Ацетилкофермент А піддається подальшому окиснення в циклі трикарбонових кислот. І це є третій етап. Першою реакцією циклу є взаємодія ацетилкоферменту А зі щавлево-оцтовою кислотою з утворенням лимонної кислоти. Тому ці реакції називають циклом лимонної кислоти. Утворюючи ряд проміжних трикарбонових кислот лимонна кислота знову перетворюється на щавлево-оцтову і цикл повторюється. Результатом цих реакцій є утворення відщепленого водню, які, пройшовши по дихальному ланцюгу (див. попередню лекцію), утворює з киснем воду. В результаті всіх цих реакцій утворюється 36 молекул АТФ. У сумі ГДФ-шлях дає 38 молекул АТФ у перерахунку одну молекулу глюкози

Глюкоза + 6 О2 + 38 АДФ + 38 Н3 РО4 > 6СО2 + 6 Н2О +38 АТФ

Розщеплення глікогену додає до цього рівняння ще одну молекулу АТФ,

При нестачі кисню аеробний шлях переривається утворенням пірувату, який перетворюється на лактат. Внаслідок таких перетворень утворюється лише дві молекули АТФ.

4. Гексозомонофосфатний шлях розпаду вуглеводів

Як уже підкреслювалося вище, ГМФ-шлях розпаду вуглеводів - побічний. Даний шлях зустрічається в надниркових залозах, еритроцитах, жировій тканині, печінці і протікає в цитоплазмі клітин.

ГМФ-шлях розпаду глюкози має анаболічне призначення та забезпечує різні реакції синтезу рибозою та воднем.

ГМФ-шлях можна розділити на два етапи, причому перший етап протікає обов'язково, а другий не завжди.

Перший етап починається з переходу глюкози в активну форму глюкозо-6-фосфат, від якого потім відщеплюється молекула вуглекислого газу та дві пари атомів водню, що приєдналися до коферменту НАДФ (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат). Кінцевим продуктом першого етапу є рібозо-5-фосфат.

НАДФ.Н2, що утворився в результаті першого етапу постачає атоми водню в різні процеси синтезу, зокрема для синтезу жирних кислотта холестерину. Рибозо-5-фосфат використовується для синтезу нуклеотидів, з яких утворюються нуклеїнові кислоти і коферменти.

Другий етап протікає тоді, коли рибозо-5фосфат повністю не витрачаються для синтезу. Невикористані молекули цієї речовини вступають у взаємодії один з одним, у ході яких вони обмінюються групами атомів і як проміжні продукти з'являються моносахариди з різним числом атомів вуглецю, такі як тріози, пентози, тетрози, гексози. Зрештою з шести молекул рибозо-5-фосфату утворюється 5 молекул глюкозо-6-фосфату.

Таким чином, другий етап робить цей спосіб розпаду глюкози циклічним, тому його називають пентозним циклом.

Пентозний цикл - це резервний шлях енергетичного обміну, який часом може висуватися на перші ролі.

Тема 4. Будова та обмін жирів та ліпоїдів

3. Катаболізм жирів

4. Синтез жирів

1. Хімічна будова та біологічна роль жирів та ліпоїдів

Жири або ліпіди - це група різноманітних за будовою речовин, що мають однакові фізико-хімічні властивості: вони не розчиняються у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (бензол, толуол, бензин, гексан та ін.)

Жири поділяються на дві групи - власне жири чи ліпіди та жироподібні речовини чи ліпоїди.

Молекула жиру складається з гліцерину та трьох залишків жирних кислот, з'єднаних складноефірним зв'язком. Це так звані справжні жири чи тригліцериди.

Жирні кислоти, що входять до складу жирів поділяються на граничні та ненасичені. Перші не мають подвійних зв'язків і називаються ще насиченими, а другі мають подвійні зв'язки та називаються ненасиченими. Є ще поліненасичені жирні кислоти, що мають два і більше подвійні зв'язки. Такі жирні кислоти в організмі людини не синтезуються і повинні обов'язково надходити з їжею, оскільки є для синтезу деяких важливих ліпоїдів. Що більше подвійних зв'язків, то нижче температура плавлення жиру. Ненасичені жирні кислоти роблять жири рідкішими. Їх багато міститься в олії.

Жири різного походження відрізняються набором жирних кислот, що входять до їхнього складу.

Жири нерозчинні у воді. Проте, у присутності спеціальних речовин - емульгаторів - жири при змішуванні з водою утворюють стійку суміш - емульсію. Приклад емульсії – молоко, а приклад емульгатора – мила – натрієві солі жирних кислот. В організмі людини в ролі емульгаторів виступають жовчні кислоти та деякі білки.

В організмі тварин та людини можна виділити три класи ліпоїдів.

1. Фосфоліпіди, що складаються з жирних кислот, спирту та обов'язково фосфорної кислоти.

2. Гліколіпіди, що складаються з жирної кислоти, спирту та якогось простого вуглеводу, найчастіше галактози.

3. Стероїди, що містять складне стеранове кільце.

Значення жирів та стероїдів в організмі дуже велике.

· Жири є важливим джерелом енергії. З одного грама жиру організм витягує близько 9ккал енергії, що у 2 разу більше, ніж із 1 р вуглеводів.

· Жири захищають організм від переохолодження та механічних впливів (наприклад ударів).

· Жирні кислоти та ліпоїди входять до складу багатьох гормонів.

· Ліпоїди є найважливішими компонентами клітинних мембран.

· Під впливом УФ-випромінювання з ліпоїду – холестерину утворюється вітамін D.

2. Перетравлення та всмоктування жирів

У добовому раціоні зазвичай міститься 80-100 г жирів. Перетравлення жиру в організмі людини відбувається у тонкому кишечнику. Жири попередньо за допомогою жовчних кислот перетворюється на емульсію. У процесі емульгування великі краплі жиру перетворюються на дрібні, що значно збільшує їхню сумарну поверхню. Ферменти соку підшлункової залози - ліпази, будучи білками, що неспроможні проникати всередину крапель жиру і розщеплюють лише молекули жиру, що є лежить на поверхні. Тому збільшення загальної поверхні крапель жиру з допомогою емульгування значно підвищує ефективність цього ферменту. Під дією ліпази жир шляхом гідролізу розщеплюється до гліцерину та жирних кислот.

Оскільки в їжі є різноманітні жири, то в результаті їх перетравлення утворюється велика кількість різновидів жирних кислот.

Продукти розщеплення жиру всмоктуються слизовою оболонкою тонкого кишечника. Гліцерин розчинний у воді, тому його всмоктування відбувається легко. Жирні кислоти, нерозчинні у воді, всмоктуються у вигляді комплексів з жовчними кислотами (комплекси, що складаються з жирних і жовчних кислот, називаються холеїновими кислотами) У клітинах тонкої кишки холеїнові кислоти розпадаються на жирні та жовчні кислоти. Жовчні кислоти зі стінки тонкого кишечника надходять у печінку і потім знову виділяються у порожнину тонкого кишечника.

Звільнені жирні кислоти в клітинах стінки тонкого кишечника знову з'єднуються з гліцерином, у результаті знову утворюється молекула жиру. Але цей процес вступають лише жирні кислоти, які входять до складу жиру людини. Отже, синтезується людський жир. Така перебудова харчових жирних кислот у власні жири називається ресинтезом жиру.

Ресинтезовані жири по лімфатичних судинах минаючи печінку надходять у велике коло кровообігу і відкладаються в запас у жирових депо. Головні жирові депо організму розташовуються в підшкірній жировій клітковині, великому і малому сальниках, при нирковій капсулі.

3. Катаболізм жирів

Використання жиру як джерело енергії починається з його виходу з жирових депо у кров'яне русло. Цей процес називається мобілізацією жиру. Мобілізація жиру прискорюється під дією симпатичної нервової системи та гормону адреналіну.

У печінці відбувається гідроліз жиру до гліцерину та жирних кислот.

Гліцерин легко переходить у фосфогліцериновий альдегід. Ця речовина є також проміжним продуктом вуглеводів, тому легко втягується в вуглеводний обмін.

Жирні кислоти з'єднуються з коферментом А та утворюють з'єднання ацилкофермент А (ацил-КоА). ці процеси відбуваються у цитоплазмі. Далі ацил-КоА передає жирну кислоту корнетину. Корнетин переносить жирну кислоту всередину мітохондрії і знову віддає її коферменту А, але цього разу мітохондріальному. У мітохондріях окиснення жирних кислот проходить у два етапи.

Перший етап - окислення. Окисленню піддається вуглецевий атом жирної кислоти, що у положенні «бета». Від жирної кислоти, пов'язаної з КоА, двічі відщеплюється по два атоми водню, які потім дихальним ланцюгом передаються на молекулярний кисень. Через війну утворюється вода і утворюється п'ять молекул АТФ. Цей процес повторюється багаторазово, поки жирна кислота повністю не перетвориться на ацетил-КоА.

Другий етап окислення - цикл трикарбонових кислот, в якому відбувається подальше окислення залишку оцтової кислоти, що входить в ацетилкофермент А, до вуглекислого газу та води. При окисленні однієї молекули ацетилкоферменту виділяється до 12 молекул АТФ. Таким чином, окислення жирних кислот до вуглекислого газу та води дає велику кількість енергії. Наприклад, із однієї молекули пальмітинової кислоти (С15 Н31СООН) утворюється 130 молекул АТФ. Проте, з особливостей будови жирних кислот (надто багато атомів вуглецю проти киснем) їх окислення істотно утруднено проти вуглеводами. Тому жир забезпечує організм енергією під час роботи середньої потужності, зате тривалої. Звідси висновок, щоб спалювати жир, потрібно здійснювати роботу середньої потужності, але тривалу.

Схема бета-окислення

При тривалих фізичних навантаженнях та надмірному утворенні ацетилкоферменту А відбувається реакція конденсації оцтової кислоти з утворенням кетонових тіл. У м'язах, нирках і міокарді ці тіла знову переходять в ацетилкофермент А. Таким чином, кетонові тіла відіграють важливу роль при тривалих спортивних тренуваннях. Однак при перетренуванні вони можуть утворювати в крові ацетон, який виділяється з потом, сечею і повітрям, що видихається.

Активація синтезу кетонових тіл під час голодування. Точкові лінії – швидкість метаболічних шляхів знижена; суцільні лінії – швидкість метаболічних шляхів підвищена. При голодуванні внаслідок дії глюкагону активуються ліполіз у жировій тканині та 3-окислення у печінці. Кількість оксалоацетату в мітохондріях зменшується, тому що він, відновившись до малата, виходить у цитозоль, де знову перетворюється на оксалоацетат і використовується в глюконеогенезі. В результаті швидкість реакцій ЦТК знижується і, відповідно, уповільнюється окиснення ацетил-КоА. Концентрація ацетил-КоА у мітохондріях збільшується, та активується синтез кетонових тіл. Синтез кетонових тіл збільшується також при цукровому діабеті

4. Синтез жирів

Синтезуються жири з гліцерину та жирних кислот

Гліцерин в організмі виникає при розпаді жиру (харчового та власного), а також легко утворюються з вуглеводів.

Жирні кислоти синтезуються з ацетилкоферменту А. Ацетилкофермент А – універсальний метаболіт. Для його синтезу необхідні водень та енергія АТФ. Водень виходить з НАДФ.Н2. В організмі синтезуються лише насичені та мононасичені (мають одну подвійну зв'язок) жирні кислоти. Жирні кислоти, що мають два і більше подвійні зв'язки в молекулі, звані полінасичені, в організмі не синтезуються і повинні надходити з їжею. Для синтезу жиру можуть бути використані жирні кислоти – продукти гідролізу харчового та власного жирів.

Всі учасники синтезу жиру повинні бути в активному вигляді: гліцерин у формі гліцерофосфату, а жирні кислоти у формі ацетилкоферменту А. Синтез жиру здійснюється у цитоплазмі клітин (переважно жирової тканини, печінки, тонкої кишки). Шляхи синтезу жирів представлені у схемі.

Слід зазначити, що гліцерин та жирні кислоти можуть бути одержані з вуглеводів. Тому при надмірному споживанні їх на тлі малорухливого способу життя розвивається ожиріння.

Тема 5. Будова та обмін нуклеїнових кислот

1. Будова мононуклеотидів

3. Перетравлення нуклеїнових кислот. Катаболізм

4. Синтез нуклеотидів

5. Синтез нуклеїнових кислот

1. Будова мононуклеотидів

За своєю будовою нуклеїнові кислоти є полінуклеотидами, що складаються з мононуклеотидів або нуклеотидів.

Нуклеотид складна органічна сполука, що складається з трьох частин: азотистої основи, вуглеводу та залишків фосфорної кислоти.

Азотисті основи – це гетероциклічні органічні сполуки, що відносяться до двох класів – пурини та піримідини. З пуринів до складу нуклеїнових кислот входять аденін та гуанін

А з піримідинів цитозин, тимін(ДНК) та урацил(РНК).

Вуглеводом, що входить до складу нуклеотидів, може бути рибоза (РНК) і дезоксирибоза (ДНК)

Азотиста основа, пов'язана з вуглеводом, називається нуклеозидом.

Фосфорна кислота приєднується ефірним зв'язком до п'ятого атома вуглецю рибози або дезоксирибози. Нуклеотиди, що входять до складу нуклеїнових кислот, мають один залишок фосфорної кислоти і називаються мононуклеотидами. Однак у клітці зустрічаються ді- та тринуклеотиди.

Наприклад, нуклеотид, що складається з аденіну, рибози та одного залишку фосфорної кислоти називається аденозинмонофосфат або АМФ, а з цитозину та одного залишку фосфорної кислоти цитозинмонофосфат або ЦМФ.

2. Будова нуклеїнових кислот

З погляду хімії нуклеїнові кислоти - нерегулярні полімери, що складаються з досить складно влаштованих мономерів, які називаються нуклеотидами.

Нуклеїнових кислот у клітинах зустрічається два класи - ДНК та РНК. ДНК – дезоксирибонуклеїнова кислота, а РНК – рибонуклеїнова кислота.

Структура ДНК дуже складна та своєрідна. Кожен нуклеотид, з якого складається ДНК, складається із залишків цукру дезоксирибози, залишку фосфорної кислоти та азотистої основи. Азотистих основ чотири різновиди: аденін, гуанін, цитозин, і тимін. Нуклеотиди з'єднані у довгі ланцюги за допомогою фосфорно-діефірних зв'язків.

У 1953 році дослідники Джеймс Вотсон і Френсіс Крік запропонували модель, яка пояснювала будову молекули ДНК. Згідно з їхньою теорією ДНК складається з двох спіральних ланцюгів, з'єднаних водневими зв'язками. Азотисті основи обох ланцюгів знаходяться всередині спіралі та утворюють водневі зв'язки. Ці зв'язки з'єднують ланцюги ДНК не випадково, а за принципом комплементарності або відповідності. Суть цього принципу в наступному, якщо в одному ланцюгу стоїть тимін, то в протилежному ланцюгу йому відповідає аденін, а проти гуаніну завжди стоїть цитозин. Це означає, що з подвоєнні ДНК кожному з її ланцюгів може бути добудована інша, і замість однієї молекули вийдуть відразу дві.

Принцип комплементарності є основою всіх процесів що з реалізацією генетичної інформації: реплікації ДНК (подвоєння ДНК), транскрипції (синтезу РНК на ДНК матрицях), і трансляції (біосинтезу білка з урахуванням матриць РНК).

На схемах нижче продемонстровано структуру ДНК та принцип комплементарності.

Структура ДНК

Принцип комплементарності

Крім ДНК у клітинах зустрічаються три різновиди РНК: інформаційні (і-РНК), транспортні (т-РНК) та рибосомні (р-РНК). Усі вони відрізняються від ДНК рядом особливостей. По-перше, замість азотистої основи тиміну вони містять урацил. По-друге, замість цукру дезоксирибози вони містять рибозу. По-третє, вони зазвичай односпіральні.

3. Перетравлення та всмоктування нуклеїнових кислот. Катаболізм

З їжею на добу до організму надходить близько 1 г нуклеїнових кислот.

Перетравлення нуклеїнових кислот відбувається у тонкому кишечнику. Спочатку, що з їжею надійшли нуклеїнові кислоти під впливом ферментів панкреатичного соку - нуклеаз - перетворюються на мононуклеотиди. Потім під впливом ферментів тонкого кишечника від мононуклеотидів відщеплюється фосфорна кислота, і утворюються нуклеозиди. Частина нуклеозидів розщеплюється потім на азотисту основу та вуглевод.

Продукти перетравлення нуклеїнових кислот надходять у кров, а потім у печінку та інші органи.

Подібні документи

Результат розщеплення та функції білків, жирів та вуглеводів. Склад білків та їх вміст у харчових продуктах. Механізми регулювання білкового та жирового обміну. Роль вуглеводів у організмі. Співвідношення білків, жирів та вуглеводів у повноцінному раціоні.

презентація , доданий 28.11.2013


Специфічні властивості, структура та основні функції, продукти розпаду жирів, білків та вуглеводів. Перетравлення та всмоктування жирів в організмі. Розщеплення складних вуглеводів їжі. Опції регулювання вуглеводного обміну. Роль печінки обміну речовин.

курсова робота , доданий 12.11.2014


Функції обміну речовин в організмі: забезпечення органів та систем енергією, що виробляється при розщепленні харчових речовин; перетворення молекул харчових продуктів на будівельні блоки; утворення нуклеїнових кислот, ліпідів, вуглеводів та інших компонентів.

реферат, доданий 20.01.2009


Обмін білків, ліпідів та вуглеводів. Типи харчування людини: всеїдність, роздільне та низьковуглеводне харчування, вегетаріанство, сироїдіння. Роль білків у обміні речовин. Нестача жирів в організмі. Зміни в організмі внаслідок зміни типу харчування.

курсова робота , доданий 02.02.2014


Клітина як елементарна одиниця будови та життєдіяльності організмів. Молекулярна маса білків, методи визначення. Класифікація білків за ступенем складності. Види нуклеїнових кислот, їхня біологічна роль. Вітаміни в харчуванні людини та тварин.

контрольна робота , доданий 17.10.2015


Значення для організму білків, жирів та вуглеводів, води та мінеральних солей. Білковий, вуглеводний, жировий обмін людини. Норми харчування. Вітаміни, їх роль обміні речовин. Основні авітамінози. Роль мінеральних речовин у харчуванні людини.

контрольна робота , доданий 24.01.2009


Роль та значення білків, жирів та вуглеводів для нормального перебігу всіх життєво важливих процесів. Склад, структура та ключові властивості білків, жирів та вуглеводів, їх найважливіші завдання та функції в організмі. Основні джерела даних харчових речовин.

презентація , доданий 11.04.2013


Обмін речовин та енергії як основна функція організму, його основні фази та протікаючі процеси – асиміляції та дисиміляції. Роль білків в організмі, механізм їхнього обміну. Обмін води, вітамінів, жирів, вуглеводів. Регуляція теплоутворення та тепловіддачі.

реферат, доданий 08.08.2009


Інсулін та глюкагон як регулятори депонування та мобілізації вуглеводів та жирів. Синтез та секреція інсуліну. Порушення метаболізму вуглеводів та ліпідів при цукровому діабеті. Коматозні стани як наслідок порушення обміну жирів при цукровому діабеті.

курсова робота , доданий 25.05.2009


Перетворення хімічної енергії на механічну роботу чи силу як основна функція м'язів, їх механічні властивості. Застосування закону Гука щодо малих напруг та деформацій. Механізм м'язового скорочення. Ферментативні властивості актоміозину.

Біохімічні дослідження у спортивній практиці проводяться або самостійно, або входять у комплексний медико-біологічний контроль підготовки спортсменів високої кваліфікації.

ОСНОВНІ ЗАДАЧІ БІОХІМІЧНОГО КОНТРОЛЮ:

Оцінка рівня загальної та спеціальної тренованості спортсмена (необхідно відзначити, що біохімічні дослідження більш ефективні для характеристики загальної тренованості, тобто. фізичної підготовкиспортсмена. Спеціальна тренованість значною мірою залежить від технічної, тактичної та психологічної підготовки спортсмена).

Оцінка відповідності застосовуваних тренувальних навантажень функціональному стану спортсмена, виявлення перетренованості.

Контроль протікання відновлення після тренування.

Оцінка ефективності нових методів та засобів розвитку швидкісно-силових якостей, підвищення витривалості, прискорення відновлення та ін.

Оцінка стану здоров'я спортсмена; виявлення початкових симптомів захворювань.

МЕТОДИ БІОХІМІЧНОГО КОНТРОЛЮ

Особливістю проведення біохімічних досліджень у спорті є їхнє поєднання з фізичним навантаженням. Це зумовлено тим, що в стані спокою біохімічні параметри тренованого спортсмена знаходяться в межах норми і не відрізняються від аналогічних показників здорової людини.

Проте характер і вираженість які виникають під впливом фізичного навантаження біохімічних зрушень істотно залежать від рівня тренованості та функціонального стану спортсмена. Тому при проведенні біохімічних досліджень у спорті проби для аналізу (наприклад, крові або сечі) беруть до тестуючого фізичного навантаження, під час її виконання, після її завершення та в різні терміни відновлення.

Фізичні навантаження, що використовуються для тестування, можна розділити на два типи: стандартні та максимальні.

Стандартні фізичні навантаження є строго дозованими. Їхні параметри визначені заздалегідь. При проведенні біохімічного контролю в групі спортсменів (наприклад, гравців однієї команди, членів однієї спортивної секції тощо) ці навантаження повинні бути доступними для всіх піддослідних і добре відтворюваними.

Як такі навантаження можуть використовуватися Гарвардський степ-тест, робота на велоергометрі та інших тренажерах, біг на тредбане. При використанні Гарвардського степ-тесту (підйом на лаву висотою 50 см для чоловіків і 40 см - для жінок) заздалегідь задаються висота лави, частота сходження (висота лави і темп виконання навантаження обумовлюють потужність виконуваної роботи) і час виконання цього тесту.

При виконанні стандартної роботи на велоергометрі та інших тренажерах задається зусилля, з яким проводиться обертання педалей, або маса обтяження, темп виконання навантаження (у разі вело-тренажера – частота обертання педалей) та тривалість навантаження.

При роботі на тредбані («біжить доріжка») регламентуються кут нахилу доріжки, швидкість руху стрічки та час, що відводиться на виконання навантаження.

В якості стандартної роботи можна також використовувати циклічні вправи, такі як біг, спортивна ходьба, веслування, плавання, біг на лижах, їзда на велосипеді, біг на ковзанах і т. п., що виконуються всіма випробуваними з однаковою швидкістю протягом заздалегідь встановленого часу або на одній і тій самій дистанції.

З усіх описаних стандартних навантажень все ж більш краща робота на велотренажері, так як в цьому випадку обсяг виконаної роботи може бути визначений з великою точністю і мало залежить від маси тіла піддослідних.

При оцінці рівня тренованості за допомогою стандартних навантажень бажано підбирати групи спортсменів приблизно однаковою кваліфікації.

Стандартне навантаження також може бути використане для оцінки ефективності тренувань одного спортсмена. З цією метою біохімічні дослідження даного спортсмена проводяться на різних етапах тренувального процесуз використанням одних і тих же стандартних навантажень.

Максимальні, або граничні, фізичні навантаження (робота «ущерб») немає заздалегідь заданого обсягу. Вони можуть виконуватися з заданою інтенсивністю протягом максимального часу, можливого для кожного випробуваного, або протягом заданого часу, або на певній дистанції з максимально можливою потужністю. У цих випадках обсяг навантаження визначається тренованістю спортсмена.

Як максимальні навантаження можна використовувати описані вище Гарвардський степ-тест, велоергометричну пробу, біг на тред-бані, що виконуються «до відмови». «Відмовою» слід вважати зниження заданого темпу (частоти сходження на лаву або обертання педалів, швидкості бігу на тредбані).

Роботою «до відмови» також є змагальні навантаження в ряді видів спорту (наприклад, гімнастичні та легкоатлетичні вправи, спортивна ходьба, веслування, плавання, велогонки, біг на лижах і ковзанах).

Стандартні та максимальні навантаження можуть бути безперервними, ступінчастими та інтервальними.

Для оцінки загальної тренованості (загальної фізичної підготовки - ОФП) зазвичай використовуються стандартні навантаження, неспецифічні для даного виду спорту (для виключення впливу технічної та тактичної підготовки обстежуваних спортсменів). Прикладом такого неспецифічного навантаження може бути велоергометричний тест.

Оцінка спеціальної тренованості проводиться найчастіше із застосуванням вправ, властивих відповідній спортивній спеціалізації.

Потужність тестуючих навантажень (стандартних та максимальних) визначається завданнями біохімічного контролю.

Для оцінки анаеробної працездатності використовуються навантаження в зоні максимальної та субмаксимальної потужності. Аеробні можливості спортсмена визначаються за допомогою навантажень у зоні великої та помірної потужності.

ЗАГАЛЬНА НАПРЯМОК БІОХІМІЧНИХ ДВИГУКІВ В ОРГАНІЗМІ ПІСЛЯ ВИКОНАННЯ СТАНДАРТНИХ І МАКСИМАЛЬНИХ НАВАНТАЖЕНЬ У ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД РІВНЯ ТРЕНУВАНОСТІ

Біохімічні зрушення, що виникають після виконання стандартного навантаження, зазвичай тим більше, чим нижчий рівень тренованості спортсмена. Тому однакова за обсягом стандартна робота викликає виражені біохімічні зміни у слабо підготовлених піддослідних і мало впливає на біохімічні показники добре тренованих атлетів.

Наприклад, значне збільшення вмісту в крові лактату після стандартного навантаження вказує на низькі можливості аеробної енергоутворення, внаслідок чого м'язам довелося для енергозабезпечення виконуваної роботи значною мірою використовувати гліколітичний ресинтез АТФ. У спортсменів з високим рівнем тренованості добре розвинене аеробне енерго-забезпечення (тканинне дихання), і воно при виконанні стандартного навантаження є основним джерелом енергії, у зв'язку з чим потреба у гліколітичному способі утворення АТФ мала, що в результаті проявляється лише незначним підвищенням у крові концентрації лактату.

Водневий показник (рН);

Лужний резерв крові;

Концентрація білків плазми;

Концентрація глюкози;

Концентрація лактату;

Концентрація жиру та жирних кислот;

Концентрація сечовини.

Біологічне значення перерахованих біохімічних показників, їх величини у спокої, а також їх зміна під впливом фізичних навантажень описано вище в розділах 12 «Біохімія крові» та 16 «Біохімічні зрушення в організмі при м'язовій роботі».

Необхідно ще раз підкреслити, що при інтерпретації результатів біохімічних досліджень потрібно обов'язково враховувати характер виконаної фізичної роботи.

Сеча

У зв'язку з можливістю інфікування при взяття крові (наприклад, зараження гепатитом або СНІДом) останнім часом об'єктом біохімічного контролю у спорті стає сеча.

Для проведення біохімічних досліджень може бути використана добова сеча (тобто сеча, зібрана протягом доби), а також порції сечі, отримані до і після виконання фізичних навантажень.

У добовій сечі зазвичай визначають креатиніновий коефіцієнт - виділення креатиніну з сечею за добу з розрахунку на 1 кг маси тіла. У чоловіків виділення креатиніну коливається в межах 18-32 мг/добу-кг, у жінок – 10-25 мг/добу-кг. Креатиніновий коефіцієнт характеризує запаси креатинфосфату в м'язах та корелює з м'язовою масою. Тому величина креатинінового коефіцієнта дозволяє оцінити можливості креатинфосфатного ресинтезу АТФ та ступінь розвитку мускулатури. За цим показником можна також оцінити динаміку збільшення запасів креатин-фосфату і наростання м'язової маси в окремих спортсменів у ході тренувального процесу.

Для проведення біохімічного аналізу також використовуються порції сечі, взяті до і після навантаження. У цьому випадку безпосередньо перед виконанням тестуючих навантажень випробувані повинні повністю спорожнити сечовий міхур, а збір сечі після навантаження здійснюється через 15-30 хв після її виконання. Для оцінки перебігу відновлювальних процесів можуть бути досліджені порції сечі, отримані наступного ранку після виконання тестуючого навантаження.

Дослідження, виконані на кафедрі біохімії СПбДАФК ім. П.Ф. Лесгафта, виявили чітку кореляцію між змінами біо-хімічних показників крові та сечі, викликаними фізичною роботою, причому в сечі спостерігалося більш високе зростання цих показників. Як приклад на рис. 22 наведено дані про вплив велоергометричного навантаження в зоні великої потужності на показники вільно-радикального окиснення - дієнові кон'югати, ТБК-залежні продукти, шифові основи (див. розділ 17 «Молекулярні механізми втоми) і рівень лакта.

До навантаження

Після навантаження

Мочадієнові ТБК-залежні шифові основи лактаткон'югати продукти (умл. од./л) (мкмоль/л) (умл. од./мл) (ммоль/л) Мал. 22. Зміна біохімічних показників крові та сечі під впливом велоергометричного навантаження Як видно з малюнка, для всіх досліджених показників, крім шифових основ, значно більші зрушення під впливом фізичного навантаження виявляються у сечі. Наприклад, рівень лактату в крові підвищився трохи більш ніж у 2 рази, тоді як у сечі відзначається збільшення вмісту лактату в 11 разів.

Ця відмінність може бути обумовлена ​​тим, що в сечі під час виконання фізичних навантажень відбувається поступове накопичення (кумулювання) хімічних сполук, що надходять з крові, що призводить після завершення роботи до значного підвищення їх вмісту в сечі. Крім того, фізичні навантаження викликають не тільки зміну вмісту в сечі її інгредієнтів, але і призводять до появи в ній речовин, відсутніх у стані спокою, - так званих патологічних компонентів (див. розділ 16 «Біохімічні зрушення в організмі при м'язовій роботі»).

У спортивній практиці при проведенні аналізу сечі, отриманої до та після виконання тестуючих навантажень, зазвичай визначаються такі фізико-хімічні та хімічні показники:

Об'єм (діурез);

Щільність (питома вага);

Кислотність (рН);

Сухий залишок;

Сечовина;

Показники вільнорадикального окиснення (дієнові кон'югати, ТБК-залежні продукти, шиффові основи);

Патологічні складові (білок, глюкоза, кетонові тіла).

Перераховані біохімічні показники сечі були докладно розглянуті в розділах 13 «Біохімія нирок і сечі» та 16 «Біохімічні зрушення в організмі при м'язовій роботі». При оцінці виявлених змін у порціях сечі після виконання тестуючих навантажень необхідно виходити з їх характеру. У добре підготовлених спортсменів стандартні навантаження призводять до незначної зміни фізико-хімічних властивостей і хімічного складу сечі. У малотренованих, навпаки, ці зрушення дуже суттєві. Після виконання максимальних навантажень більш виражені зміни показників сечі виявляються у спортивних змін високої кваліфікації.

Окремо слід зупинитися на особливостях екскреції сечовини з сечею після завершення м'язової роботи. У літературі наводяться дані як про збільшення, так і про зниження виділення сечовини після фізичного навантаження. Ця суперечливість обумовлена ​​різним часом забору проб сечі. На кафедрі біохімії СПбДАФК ім. П.Ф. Лісгафт докладно вивчена динаміка екскреції сечовини після виконання стандартних навантажень великої потужності. Виявилося, що в порціях сечі, взятих для аналізу через 15-30 хв після виконання навантаження, вміст сечовини зазвичай знижений у порівнянні з її екскрецією до початку роботи, причому це більш виражено у слабо підготовлених піддослідних.

Виявлене явище можна пояснити тим, що при виконанні роботи погіршується екскреторна функція нирок (в розділі 16 «Біохімічні зрушення в організмі при м'язовій роботі» зазначалося, що при виконанні тривалої фізичної роботи рівень сечовини в крові може збільшуватися в кілька разів , що є свідченням зменшення почечной екскреції). У порціях сечі, взятих вранці наступного дня після виконання навантаження, виявляється підвищений порівняно з рівнем спокою вміст сечовини.

Тут також простежується залежність виділення сечовини від рівня тренованості: у малотренованих екскретуються великі кількості сечовини, а у спортсменів високої кваліфікації її зміст лише незначно перевищує доробочий рівень. Останнім часом при аналізі сечі все більше застосування знаходять методи експрес-діагностики. Ці дуже прості методи (в основному з використанням індикаторного паперу) дозволяють в будь-яких умовах оперативно проводити дослідження сечі, причому це можуть робити не тільки фахівці-біохіміки, але і тренери і самі спорт-зміни.

За допомогою експрес-методів можна швидко визначити в порціях сечі концентрацію сечовини, наявність білка, глюкози, кетонових тіл, виміряти величину рН. Недоліком експрес-контролю є низька чутливість використовуваних методик. До методів експрес-контролю можна також віднести кольорову осадкову реакцію за Я.А. Кімбаровського (ЦОРК). Ця реакція проводиться наступним чином: до порції сечі додається розчин азотнокислого срібла. При подальшому нагріванні випадає забарвлений осад.

Інтенсивність реакції Кімбаровського виражається в умовних одиницях, виходячи з кольору та насиченості забарвлення отриманого осаду, з використанням спеціальної кольорової шкали. Величини ЦОРК корелюють із глибиною біохімічних та фізіологічних зрушень, що виникають під впливом фізичного навантаження, у тому числі зі зміною вмісту сечовини в крові. Тому за допомогою ЦОРК можна побічно судити про концентрацію сечовини в крові.

При вивченні теми «Біохімія харчування спортсмена» студент має знати :

1. Основні засади харчування спортсмена;
2. Чинники, що визначають цінність продуктів.

Вміти:

1. Складати раціон харчування відповідно до етапу тренувального процесу;
2. Грамотно застосовувати біологічні активні добавки до їжі підвищення спортивної результативності.

Володіти:

Базовими поняттями теми (харчування, раціон, калорійність, вітаміни, основний обмін, добові енерговитрати).

харчування - це надходження їжі в організм, перетворення її в системі травлення, всмоктування в кров основних компонентів їжі та засвоєння їх тканинами організму. Для досягнення високих спортивних результатів потрібна правильна програмахарчування, яка має враховувати специфіку виду спорту, стать, вік спортсмена, а також умови тренування та графік тренувального процесу.

Правильне харчування спортсмена сприяє підвищенню фізичної працездатності, прискорення відновлення, адаптації до навантажень, зняття стресу тощо. Раціональне харчування передбачає дотримання принципу: кількість енергії, що надійшла, має відповідати кількості витраченої енергії.

Їжа містить безліч хімічних сполук, як органічних, і мінеральних. У їжі крім корисних, можуть бути і непотрібні організму речовини, і навіть шкідливі йому. Головну частку органічних речовин становлять білки, жири, вуглеводи. Частина органічних речовин – вітаміни, які потрібні організму в невеликих концентраціях.

Харчові речовини можуть бути замінними та незамінними. Замінні – ті, які можуть утворюватися в організмі інших речовин. Наприклад, жири можуть утворитися з вуглеводів, вуглеводи – з амінокислот, деякі амінокислоти – з інших амінокислот та вуглеводів. Незамінні харчові речовини в організмі не синтезуються і тому обов'язково мають надходити з їжею.

До незамінних амінокислот відносяться: валін, лейцин, ізолейцин, треонін, метіонін, фенілаланін, триптофан, лізин. Якщо організм не надходить хоча б одна незамінна амінокислота, то зупиняються процеси біосинтезу білка. Зміст цих амінокислот визначає харчову цінність будь-якого білка. Харчова цінність висока, якщо білок містить усі незамінні амінокислоти у необхідних людині пропорціях. Такій вимозі задовольняють багато білків тварин. У рослинних білках часто відзначається нестача метіоніну, триптофану, лізину.

Найважливіша проблема харчування – задоволення потреб людини у білку, що складається з потреби у загальному азоті та незамінних амінокислотах. Вдале поєднання продуктів рослинного та тваринного походження дозволяє повністю задовольнити потребу організму у білку.

Білкова недостатність харчування веде до серйозних порушень роботи організму. Знижуються процеси оновлення тканин, синтез ферментів та гормонів білково-пептидної природи, знижується імунітет. У дітей можуть спостерігатися порушення у фізичному та розумовому розвитку.

Незамінні жирні кислоти. Більшість жирних кислот, необхідні людині, може синтезуватися в організмі з вуглеводів. До незамінних відносяться лінолева і ліноленова кислоти. Лінолева кислота є попередником арахідонової кислоти, з якої синтезуються тканинні гормони – простагландини. Сукупність перерахованих вище кислот називають вітаміном F. Основними харчовими джерелами поліненасичених жирних кислот є рослинні олії. На особливу увагу заслуговують фосфоліпіди, які беруть участь у побудові клітинних мембран. Фосфоліпіди містяться в нерафінованих рослинних оліях, жовтку яєць. У продуктах рослинного та тваринного походження містяться стерини, найважливішим з яких вважається холестерин. З холестерину в організмі синтезуються жовчні кислоти, статеві гормони, крім того, він є попередником вітаміну Д. Близько 20-30% холестерину надходить із їжею, а основна частина його синтезується в організмі людини. Найбільш багаті на холестерин яйця, сири, вершкове масло, субпродукти.

Різке зменшення надходження жирів з їжею може призвести до несприятливих явищ: дистрофії, ослаблення імунітету, зменшення жиророзчинних вітамінів, погіршення стану та функцій клітинних мембран.

Вітаміни – найважливіша група незамінних харчових речовин. Відомо близько двох десятків вітамінів. Виходячи з розчинності, їх ділять на водорозчинні та жиророзчинні. До жиророзчинних відносяться А, Д, Е, К; решта – до водорозчинних. Крім вітамінів, є група речовин, які за механізмом участі в обміні речовин не відносять до вітамінів. Це так звані вітаміноподібні речовини. Стан, у якому в організмі знижений рівень вітамінів, називається гіповітаміноз, надмірне споживання вітамінів – гіпервітаміноз.

Багато спортсменів використовують не лише природні продукти харчування, а й спеціальні – так звані ергогенні речовини, що підвищують рівень фізичної працездатності, як правило, ергогенні речовини – це біологічно активні речовини, що впливають на процеси енергоутворення чи механізми їх регуляції. Найчастіше вживаними є: карнітин, креатин, креатинфосфат та фосфати, а також деякі органічні кислоти.

Харчування допомагає підвищити фізичну працездатність, прискорити процеси відновлення, покращити механізми адаптації до систематичних фізичних навантажень, зняти стресу та ін. Тому важливо враховувати вид спорту, також етапи підготовки чи змагань, умови їх проведення. Таким чином, при складанні раціону спортсмена необхідно враховувати:

· Енерговитрати спортсменів;

· Компонентний склад раціону;

· Підбір продуктів підвищеної біологічної цінності;

· Вживання спортсменами вітамінів;

· Погіршення роботи травної системи при фізичному навантаженні та ін.

Калорійністьдобового раціону людини змінюється в залежності від кількості енергії, що витрачається. При недостатньому надходженні енергії з їжею організм витрачає запасні речовини, головним чином жири та складні вуглеводиа при тривалому починає розщеплювати ще й білки, що призводить до зменшення маси тіла, атрофії м'язів, анемії, затримки росту, зниження фізичної працездатності.

При надмірному надходженні енергії зменшується її витрата, тому частина вуглеводів та жирів відкладається у тканинах у вигляді жиру, що може призвести до ожиріння.

Добові енерговитрати організму людини включають:

· основний обмін (мінімальна кількість енергії, необхідна для підтримки основних функцій організму та процесів біосинтезу в стані відносного спокою),

· специфічне - динамічна дія їжі, або енерговитрати на травлення та всмоктування їжі (при змішаному харчуванні - в середньому 10-15% добової витрати енергії),

· енерговитрати на різні види діяльності.

Основний обмін залежить від:

· Віку;

· Маси тіла;

· Зовнішніх умов;

· Індивідуальних особливостей людини.

У середньому у дорослого чоловіка з масою тіла 65 кг він становить 1600-1800 ккал, а в жінок з масою тіла 55 кг – 1300-1400 ккал. Діти розрахунку одиницю маси тіла основний обмін в 1,5 разу вище, ніж в дорослих, а літніх людей, відповідно, нижче.

Середні величини енерговитрат спортсменів представлені у таблиці 1.

Таблиця 1.

Добова потреба спортсмена в енергії (ккал)

Харчування під час змагань та на дистанції має низку особливостей. Перед стартом дуже важливо підвищити в організмі рівень вуглеводів та вітамінів. Вирішити це завдання дозволяє вживання невеликої кількості напоїв, що містять глюкозу, сахарозу та ін речовини.

Якщо спортсмен має дуже тривале навантаження, то на дистанції забезпечується харчування спортсмена. Харчування має відповідати таким вимогам:

• швидко заповнювати запас енергії;
• усувати почуття спраги та сухості у роті;
• не підвищувати діурез;
• має бути звичним на смак;
• не повинно обтяжувати ШКТ.

Питання для самоперевірки

1. Дайте поняття "Живлення спортсмена".
2. Чим визначається цінність продуктів?
3. Які складові визначають добові енерговитрати людини?
4. Від чого залежить величина основного обміну?
5. Обґрунтуйте різну калорійність харчового раціону у різних видах спорту.
6. У чому полягають особливості харчування на дистанції та перед стартом?

Висновок

Вивчення біохімії м'язової діяльності дозволяє тренеру та спортсмену побудувати спортивне тренування на високому науково-методичному рівні з урахуванням біохімічних закономірностей розвитку адаптації до фізичних навантажень.

Розвиток спортивних якостей передбачає знання механізмів енергоосвіти та енергозабезпечення м'язової діяльності. Весь стресовий вплив у спорті вищих досягнень необхідно певним чином коригувати, щоб не допустити розвитку перетренування.

Кожен спортсмен, володіючи необхідними знаннями з анатомії, фізіології та біохімії спорту, здатний грамотно організувати свою діяльність, прискорити процеси відновлення, підвищити рівень працездатності.

Варіанти контрольних робіт для студентів заочної форми навчання

Варіант 1.

1. Біохімічний склад живих організмів. Поняття про макро-, мікро-, ультрамікроелементи.
2. Стероїдні гормони. Механізм дії. Особливості застосування стероїдів у спортивній практиці.
3. Гліколіз та його регуляція при м'язовій діяльності.

Варіант 2.

1. Загальна характеристика амінокислот. Характеристики, класифікація, біологічне значення.
2. Біоенергетика м'язової діяльності. Аеробні та анаеробні механізми ресинтезу АТФ.
3. Динаміка біохімічних процесів під час відпочинку після м'язової роботи.

Варіант 3.

1. Білки. Класифікація. Характеристики, структура, елементний склад, біологічна роль.
2. Енергія у клітці. Біологічна роль макроергічних сполук.
3. Біохімічна характеристика втоми. Особливості розвитку втоми при виконанні вправ різної потужності та тривалості.

Варіант 4.

1. Ферменти. Класифікація ферментів. Механізм впливу ферментів в організмі.
2. Обмін речовин у організмі. Види, етапи та регуляція обміну речовин.
3. Транспорт кисню та його споживання при м'язовій діяльності. Поняття про кисневий борг і кисневий дефіцит.

Варіант 5.

1. Біосинтез білка та фактори, що впливають на швидкість цього процесу
2. Обмін води та мінеральних речовин при м'язовій діяльності
3. Основні засади харчування спортсмена. Роль та співвідношення білків, жирів, вуглеводів у харчовому раціоні спортсмена.

Варіант 6.

1. Загальна характеристика вуглеводів та його класифікація. Біологічна роль вуглеводів.
2. Ресинтез АТФ та його особливості при виконанні вправ різної потужності та тривалості.
3. Структура та функції м'язового волокна. Хімічний склад м'язової тканини

Варіант 7.

1. Загальна характеристика ліпідів. Класифікація ліпідів. Біологічна роль ліпідів.
2. Перетворення енергії у живих організмах. Біологічне окиснення як основний механізм визволення енергії у живих організмах.
3. Тренування. Закономірність біохімічної перебудови м'язів під впливом тренування.

Варіант 8.

1. Пептидні гормони. Структура, механізм дії.
2. Обмін ліпідів. Порушення ліпідного обміну. Вплив м'язової діяльності на обмін ліпідів.
3. Допінг-контроль та вплив допінгів на організм людини.

Варіант 9.

1. Загальна характеристика вітамінів. Роль вітамінів у харчуванні людини. Вітаміноподібні речовини. Антивітаміни.
2. Вільне окиснення. Парне окислення. Окисне фосфорилювання.
3. Закономірності розвитку адаптації за фізичних навантажень. Принципи тренування.

Варіант10.

1. Характеристика жиророзчинних вітамінів.
2. Біологічне окиснення. Типи окисних реакцій (пряме приєднання кисню, відщеплення водню, перенесення електронів, дихальний ланцюг)
3. Біохімічна характеристика процесів відновлення при м'язовій діяльності

Варіант 11.

1. Характеристика водорозчинних вітамінів.
2. Взаємозв'язок та регуляція процесів обміну речовин.
3. Біохімічні засади методів швидкісно-силової підготовки спортсменів.

Варіант 12.

1. Обмін вуглеводів в організмі за м'язової діяльності.
2. Найважливіші білки м'язів. Молекулярна будова міофібрилу.
3. Біохімія швидкісно-силових якостей спортсмена. Методи швидкісно-силової підготовки.

Варіант 13.

1. Обмін білків, азотистий баланс. Залежність швидкості обмінних процесіввід віку, статі, м'язової активності.
2. Адаптація та тренувальний ефект. Специфічність та оборотність адаптації.
3. Біохімічна характеристика тренованого організму. Біохімічні процеси в організмі під час перетренування.

Варіант 14.

1. Використання особливостей перебігу відновлювальних процесів під час побудови спортивного тренування.
2. Чинники, що лімітують спортивну працездатність. Аеробна та анаеробна працездатність спортсменів.
3. Молекулярний механізм м'язового скорочення.

Варіант 15.

1. Біохімічні фактори витривалості. Методи тренування, що сприяють розвитку витривалості.
2. Явище надвідновлення (суперкомпенсації). Використання особливостей відновлювальних процесів під час побудови тренування.
3. Біохімічні зміни в різних органах та тканинах при м'язовій роботі.

Варіант 16.

1. Поняття про алактатний, гліколітичний та аеробний компоненти витривалості.
2. Біохімічний контроль у спорті.
3. Особливості харчування спортсмена.

У рамках вивчення курсу «Біохімія» студенти, які навчаються на заочному відділенні, великий обсяг інформації освоюють самостійно. Вони вчаться аналізувати матеріал, опановувати змістом, виявляти особливості по проблемі, що вивчається, давати оцінку явищам, використовувати отримані знання на практиці, вміти порівнювати, співвідносити, зіставляти.

Виконання контрольної роботи з біохімії спорту вимагає від студентів знання базових (шкільних) курсів біології та хімії, а також розділів біохімії:

1. Статична біохімія, в рамках якої студент отримує уявлення про елементний та молекулярний склад організму людини.
2. Динамічна біохімія, яка вивчає особливості обміну речовин та енергії в організмі людини.

Якість письмової контрольної роботи оцінюється за такими критеріями:

Єдність змісту (чітке формулювання головної ідеї, односпрямованість використовуваного для її розкриття матеріалу);

Чіткість композиції (зв'язок між усіма розділами, частинами);

використання конкретних фактів (для підкріплення основної думки);

Граматична правильність.

Виконуючи роботу, керуйтеся такими правилами:

1. робота оформляється відповідно до вимог, що пред'являються до завдань такого роду;

2. для коментарів викладача залишайте поля ліворуч;

3. сторінки мають бути пронумеровані, заголовки питань та підпунктів чітко виділені відповідно до плану;

4. у тексті обов'язково робіть виноски на використану літературу відповідно до вимог ГОСТу;

5. Список використаної літератури наводиться в кінці роботи в алфавітному порядку; це складова частинароботи, що певною мірою відображає ступінь вивченості проблеми студентом.

Література

Основна:

1. Біохімія / За ред. Меньшикова В.В., Волкова Н.І. - М.: Фізкультура та спорт, 1986.
2. Волков Н.І., Несен Е.М., Осипенко А.А., Корсун С.М. Біохімія м'язової діяльності - Київ: Олімпійська література, 2000.
3. Динамічна біохімія: навчально-методичний посібник для студентів ФФКіС/Упоряд. А.А.Говорухіна. - Сургут: РІО СурДПІ, 2003
4. Статична біохімія: навчально-методичний посібник для студентів ФФКіС/Упоряд. А.А.Говорухіна. - Сургут: РІО СурДПІ, 2002.

Науково-практичний журнал "Медицина екстремальних ситуацій"
№3 (61) / 2017

Ключові слова: спортивна медицина, біохімія, клінічна лабораторія, фізичне навантаження, спорт найвищих досягнень.

Keywords: sports medicine, biochemistry, клінічні laboratory, exercise stress, sport of highest achievements.

Анотація: У статті наведено результати досліджень біохімічних показників крові у висококваліфікованих спортсменів у порівнянні з аналогічними показниками у нетренованих людей на підставі проведеного аналізу російських та зарубіжних досліджень. У роботі представлена ​​характеристика та особливість динаміки результатів основних маркерів функціональних систем. Проведено порівняльний аналіз, показано особливості динаміки біохімічних показників під впливом фізичного навантаження у різних видах спорту. Узагальнено основні засади інтерпретації результатів біохімічного обстеження у спортсменів. На підставі аналізу літературних джерелзроблено висновки, у яких автори підкреслюють значення та актуальність цієї проблематики у сфері спортивної медицини.

Abstract: Ця стаття зображена на результатах літератури біологічних blood параметрів у високо skilled athletes v comparison with similar indicators in untrained people on basis of the analysis of Russian and foreign studies. Папір ілюструє характерні і особливості динаміки результатів основних маркеров функціональних систем. У comparative analyze is carried out, we can see features of dynamics of biochemical indicators depends physical active in various kinds of sports. Основні принципи interpretation результатів biochemical examination in athletes are summarized. Спектри є намальовані на основі аналізу літературних джерел, в яких автори сприяють значенню і відповідності цього топіка в області спорту медицини.

Вступ

Одним із головних завдань лікаря зі спортивної медицини, який працює з висококваліфікованими спортсменами, є оцінка стану їхнього здоров'я, виявлення органічних та функціональних патологічних змін, які можуть розвиватися на тлі регулярних інтенсивних фізичних навантажень. Для оцінки функціонального стану спортсменів та їхнього рівня адаптації до фізичних навантажень проводиться регулярне поглиблене медичне обстеження, в якому вивчають гематологічні показники та біохімічні маркери метаболічних процесів.
Будь-яка фізична робота супроводжується зміною швидкості метаболічних та біохімічних процесів в організмі, працюючих м'язах, внутрішніх органахта крові. Глибина біохімічних змін, що виникають у м'язовій тканині, внутрішніх органах, крові та сечі. фізичного навантаження, залежить від її потужності та тривалості. Умови життя спортсмена суттєво відрізняються від тих, що спостерігаються у людей, які не займаються спортом. Це і дотримання суворого режиму дня, і стресові стани під час змагань, часті роз'їзди, зміна часових поясів та кліматичних зон, підпорядкованість вимогам тренера, і нарешті необхідність систематично виконувати великі фізичні навантаження.
На підставі наказу МОЗ України від 01.03.2016 №134n “Про Порядок організації надання медичної допомоги особам, які займаються фізичною культурою та спортом (у тому числі при підготовці та проведенні фізкультурних заходів та спортивних заходів), включаючи порядок медичного огляду осіб, які бажають пройти спортивну підготовку, займатися фізичною культурою та спортом в організаціях та (або) виконати нормативи випробувань (тестів) Всеросійського фізкультурно-спортивного комплексу "Готов до праці та оборони" систематичний контроль за станом здоров'я осіб, які займаються фізичною культурою та спортом (у тому числі при підготовці та проведенні фізкультурних заходів та спортивних заходів), здійснюється лікарем зі спортивної медицини постійно з метою оперативного контролю за станом їх здоров'я та динаміки адаптації організму до тренувальних та змагальних навантажень та включає попередні та періодичні медичні огляди, у тому числі за поглибленою програмою медичного обстеження, етапні та поточні медичні обстеження, лікарсько-педагогічні спостереження. З Додатка N2 до цього наказу встановлено перелік обов'язкових біохімічних властивостей крові при поглибленому медичному обстеженні (УМО) спортсменів збірних команд РФ.
Традиційно біохімічні маркери були цікаві у спортивній науці визначення рівня працездатності спортсмена чи його перетренованості. В Останніми рокамиприділяється особливу увагудо взаємозв'язку біохімічних показників крові із рівнем інтенсивності фізичних навантажень У спорті найвищих досягнень біохімічні маркери є ключовими параметрами для оцінки впливу фізичних вправ на різні органи та системи спортсмена. Значення чи концентрації біохімічних показників сироватки крові залежить від багатьох чинників. Це і рівень фізичної підготовки спортсмена, рівень його психоемоційної стійкості, вік, стать, і, звичайно, стан здоров'я. Основною проблемою правильної інтерпретації біохімічних показників у спортсменів є відсутність їм референсних значень .
У нашій статті ми спробували виявити, чи відрізняються норми біохімічних показників крові у висококваліфікованих спортсменів від тих самих показників у не тренованих людей, а також виділити найважливіші біохімічні маркери у спортсменів, які необхідно враховувати у роботі лікаря зі спортивної медицини.
Найбільш значущими біохімічними показниками крові у спортсменів на підставі проведеного аналізу російських та зарубіжних досліджень є лактат, креатинфосфокіназа (КФК), креатинін, лактатдегідрогеназа (ЛДГ), сечова кислота, сечовина, BNP, pro-BNP, алпарта , білірубін, міоглабін, тропонін, цистатин С, залізо.

Печінкові показники

В одному з досліджень була визначена концентрація амінотрансфераз (АЛТ, АСТ) та індексу маси тіла (ІМТ) у професійних спортсменівз 7 різних видів спорту (регбі, тріатлон, футбол, плавання, їзда на велосипеді, баскетбол, гірські лижі) до початку тренувань та змагального сезону. Не було виявлено статистично значимих відмінностей у концентраціях між спортсменами та групою контролю (люди, які не займаються професійним спортом), а також не було виявлено достовірних відмінностей у концентраціях АЛТ та АСТ у сироватці крові між спортсменами (бігуни, метачі молота, борці, штангісти) та підібраною за віком групою контролю. Активність АСТ значно збільшується відразу після тренування та знижується до нормальних значень за годину після фізичного навантаження у хокеїстів. . Точна оцінка та інтерпретація концентрації АЛТ та АСТ у висококваліфікованих спортсменів має важливе значення для діагностики патологічних станів та профілактики перетренованості. Проведено дослідження серед футболістів. Середнє значення АСТ до і після тренування були вищими, ніж у групі контролю. Рівень АЛТ залишився у межах норми. Середнє значення ГГТ було вищим за норму тільки після тренування. Що стосується обміну білірубіну його рівні у плазмі крові спортсменів були схожі до та після забігу, незалежно від статі. . Також було виявлено, що у спортсменів підвищення концентрації білірубіну стоїть на другому місці після збільшення АСТ. У дослідженні за участю 10 елітних футболістів зразки крові були взяті наприкінці сезону, після періоду відновлення, а потім після наступної передсезонної підготовки. Середні значення білірубіну значно збільшилися в кінці періоду відновлення, а потім повернулися до початкового рівня перед початком нового сезону.
Лактатдегідрогеназа являє собою каталітичний фермент, який знаходиться в більшості тканин тіла людини, і, зокрема, у серці, печінці, нирках, м'язах, клітинах крові, мозку та легенях. При гострих навантажувальних реакціях відзначається підвищення рівня активності ЛДГ у сироватці крові. Існує зв'язок між рівнем активності ЛДГ та працездатністю організму. Підвищена активність ЛДГ спостерігається у спортсменів у стані спокою та після виконання інтенсивних фізичних навантажень. Результати дослідження виявили зниження активності ЛДГ у стані спокою у спортсменів другої групи, що пов'язано з енергетично більш економним режимом роботи м'язової тканини спортсменів, які тренують швидкісно-силові якості.
Рівні ЛДГ, АСТ і АЛТ були значно вищими після завершення забігу на дистанцію 100 км, ніж у марафонців і значно вищими після забігу на дистанцію 308 км, ніж у марафонців або забігу на 100 км .

М'язові показники

Креатинфосфокіназа використовується як маркер пошкодження м'язових волокон. Концентрація в крові збільшується у відповідь на безперервні м'язові скорочення. У дослідженні за участю легкоатлетів було виявлено, що збільшення креатинкінази під час тренувань залежить від інтенсивності тренування. Хоча концентрації КФК в основному була вивчена в індивідуальних видах спорту, також цікаво оцінити цей параметр у командних видах спорту, які характеризуються важкими та інтенсивними тренуваннямита змаганнями. Регбі вважається одним із найбільш фізично складних командних видів спорту у світі. У дослідженні B. Cunniffe КФК вимірювали у 10 регбістів під час міжнародного турніру. Було виявлено, що значення КФК після гри були значно вищими, ніж значення даного показника перед грою. У дослідженні, проведеному на борцях у Туреччині, було виявлено, що рівень креатинкінази був значно вищим за норму, прийняту для популяції в цілому. Швейцарські вчені провели дослідження, спрямоване вивчення рівня м'язових маркерів в біохімічному аналізі крові елітних гравців флорболу. Було виявлено значне підвищення креатинфосфокінази та міоглобіну після фізичного навантаження. У дослідженні з вивчення маркерів пошкодження м'язів, проведеному у Бразилії серед тенісистів, виявлено невелике збільшення міоглобіну та КФК через 24-48 годин після гри. Однак у зразках крові, взятих відразу після гри, виявлено значне піднесення рівня даних показників.

Серцеві показники

Мозковий натрійуретичний пептид (BNP) синтезується кардіоміоцитами та викидається в кровотік. Розщеплена форма попередника BNP - NT-proBNP також може бути виміряна в крові та є маркером для оцінки та моніторингу патологічних станів серця. Цей гормон, будучи антагоністом ренін-ангіотензинової системи, знижує вплив на стінку міокарда за рахунок натрійуретичного, вазодилатуючого та симпатоїнгуючого ефектів. Також він є регулятором зростання клітин серця. Фізичні навантаження викликають збільшення pro-BNP, тропоніну, але концентрація в сироватці крові рідко буває вище за верхню межу норми, прийнятої для населення в цілому. У 15 гірських марафонців середня концентрація pro-BNP після забігу була більшою, ніж у 2 рази вище за таку до забігу. Pro-BNP вимірювали у 15 спортсменів чоловічої статі, що беруть участь у марафоні в екстремальних умовах (відстань 246 км, температура 5-36°С та вологість 60-85%). Аналіз крові був взятий до початку змагання протягом 15 хвилин після закінчення забігу і через 48 годин. Було виявлено різке збільшення Pro-BNP після марафону проти нормою, але через 48 годин після закінчення забігу концентрація знизилася майже вдвічі. . У спортсменів з гіпертрофією лівого шлуночка підвищення концентрації pro-BNP є симптомом гіпертрофічної кардіоміопатії. Тим не менш, підвищені концентрації маркерів міокарда в сироватці не повинні бути витлумачені як сигнал небезпеки, а швидше, як фізіологічна відповідь на інтенсивну серцеву діяльність. Крім того, значення NT-proBNP повинні бути правильно інтерпретовані з урахуванням швидкості клубочкової фільтрації (СКФ).
Є дані у тому, що рівень КФК-МБ збільшується в хокеїстів. Причому концентрація показника за годину після навантаження нижче, ніж до фізичних вправ.

Ниркові показники

У спортивній медицині рівень креатиніну використовується в оцінці загального стану здоров'я спортсмена, котрій важливу роль грає водно-электролитный баланс. Концентрація креатиніну в сироватці є широко використовуваним і загальноприйнятим показником функції нирок. Вихідних значень креатиніну, специфічних спортсменів, немає. А значення, що використовуються, характерні для популяції в цілому. Проте проводилися дослідження, які свідчать, що концентрація креатиніну в сироватці крові спортсменів вище, ніж у популяції. За результатами проведених досліджень було виявлено, що вид спорту та пов'язані з ними антропометричні дані спортсменів можуть впливати на концентрацію креатиніну у сироватці крові. Рівень креатиніну у велосипедистів стабільний під час сезону змагань, у той час як він може бути змінений у спортсменів, які змагаються в інших видах спорту. Для інтерпретації значень креатиніну також важливо враховувати відмінності у режимі тренувань та спортивних характеристик.
Сечова кислота може бути підвищена за безперервного скорочення м'язів під час інтенсивних фізичних навантажень. У той же час концентрація сечової кислоти у бігунів на довгі дистанції була мінімальною за низької інтенсивності тренувань і найвищої протягом інтенсивної підготовки та під час змагань. Джованні Ломбарді та ін., протягом чотирьох сезонів проводили моніторинг 18 спортсменів – гірськолижників зі збірної Італії. Зразки крові були зібрані до початку навчання, наприкінці тренування, перед початком змагань та до кінця міжнародних змагань. За даними дослідження, тренування високої інтенсивності не призвели до значних змін сечової кислоти у сироватці крові.
Цистатин С є альтернативою креатиніну щодо вивчення динаміки біохімічних показників у спортсменів. Це білок з низькою молекулярною вагою, яка вільно фільтрується клубочками та є якісним маркером екскреторної функції нирок. Цей показник не залежить від віку, статі та індексу маси тіла на відміну від креатиніну. Відмінності між цими двома маркерами були чітко відображені у дослідженні марафонців. Концентрації цистатину С та креатиніну у сироватці крові бігунів були підвищені після марафону на 26% та 46% відповідно. Середнє збільшення цистатину C було вдвічі нижчим порівняно з рівнем креатиніну. Дослідження показали, що значення цистатину С у регбістів були в межах норми, тоді як концентрація креатиніну у багатьох випадках вища, ніж верхні межі норми.

Лактат

Рівень лактату в крові тісно пов'язаний із інтенсивністю фізичного навантаження. За певної інтенсивності фізичного навантаження лактат зростає в геометричній прогресії. Визначення рівня лактату у спортсменів застосовується у всьому світі. Його можна розглядати як поточний «золотий стандарт» для визначення інтенсивності фізичних навантажень та адаптації до них організму спортсмена.
І. П. Сивохін та співавтори проводили дослідження з вивчення динаміки зміни концентрації лактату в периферичній крові спортсменів-важкоатлетів високої кваліфікації. Проведене дослідження показало, що біохімічний контроль за динамікою зміни лактату є чутливим індикатором реакції організму спортсменів на тренувальне навантаження і може використовуватися для управління навчально-тренувальним процесом у важкій атлетиці.
О.П. Петрушова та співавтори проводили дослідження з вивчення механізмів адаптації кислотно-основного балансу крові плавців під час тренувального та змагального процесу. Результати дослідження показали, що до фізичного навантаження рівень лактату у крові спортсменів відповідає фізіологічній нормі, а при виконанні тестового навантаження у крові спортсменів виявлено суттєве збільшення рівня лактату. Також необхідно зазначити, що повернення показників кислотно-основного балансу крові плавців до фізіологічних норм відбувається досить швидко, що вказує на високий рівень тренованості спортсменів.

Залізо

У роботах з вивчення обміну заліза у спортсменів було показано, що інтенсивні фізичні навантаження призводять до збільшення синтезу гепсидину, який, у свою чергу, призводить до блоку всмоктування заліза, порушення перенесення заліза з макрофагів до еритробластів і може спричинити дефіцит заліза.
У зв'язку з величезною функціональною роллю заліза, порушення його обміну у висококваліфікованих спортсменів мають негативні наслідкищодо професійних можливостей. При залізодефіцитних станах вже з ранніх стадій відзначається пригнічення аеробної енергоутворення в клітинах. Очевидно, що комплекс фізіологічних змін, спричинений дефіцитом заліза, може різко обмежити професійні можливості спортсмена та можливість досягнення ним високих спортивних результатів.
Вільне залізо у сироватці крові має високу мінливість залежно від часу доби та індивідуального біологічного ритму спортсмена. Ранкові значення більш ніж удвічі вище значень, виміряних через 12 годин, отже вони можуть бути використані визначення заліза в організмі. Крім того, вільне сироваткове залізо знижується при запальних реакціях та підвищується у випадках гемолізу після забору крові. В даний час вільне залізо є застарілим маркером і повинно використовуватися тільки для розрахунку насичення трансферину або при гострих інтоксикаціях.
При інтерпретації отриманих результатів лікарі використовують нормативні показники, визначені для населення людей, які є висококваліфікованими спортсменами. Вимоги, що пред'являються до організму професійних спортсменів, значно відрізняються від способу життя звичайної людини і полягають не тільки в систематичних інтенсивних фізичних навантаженнях, а й у регулярній психоемоційній напрузі, частій зміні часових поясів та кліматичних зон, певному, часом жорсткому обмеженні харчового режиму в деяких видах спорту. Основні зміни, що розвиваються при систематичному фізичному навантаженні, торкаються опорно-рухової системи, ендокринної та серцево-судинної системи. Для адекватної оцінки функціонування цих систем у професійних спортсменів не коректно використовувати загальнопопуляційні нормативні показники.
Таким чином, розробка та науково-методичне обґрунтування нормативних діапазонів біохімічних та гематологічних параметрів для висококваліфікованих спортсменів є актуальним завданням спортивної медицини. Саме на показниках норми, встановлених для спортсменів, повинні базуватись критерії допуску до занять спортом, обґрунтовуватись тимчасові обмеження та відведення від фізичного навантаження.

Висновки

1. Необхідно пам'ятати, що аланінамінотрансфераза (АЛТ) вивільняється в основному з печінки, а аспартатамінотрансфераза (АСТ) з м'язів під час інтенсивних фізичних навантажень.
2. Рівень загального білірубіну може бути підвищений через постійний гемоліз (еритроцитів), що характерно для інтенсивних фізичних навантажень.
3. Концентрація КФК у сироватці, як правило, збільшується після фізичних навантажень. Неповне відновлення концентрації КФК є ознакою травми чи перетренованості. Концентрація КФК може бути використана для моніторингу повернення до діяльності спортсменів із м'язовою травмою.
4. NT-pro-BNP, маркер руйнування стінки серця, підвищується після тренування. Підвищена концентраціяу сироватці NT-pro-BNP у спортсменів не повинна бути витлумачена як сигнал ушкодження серця, а швидше як ознака адаптації міокарда до фізичних навантажень.
5. Концентрацію креатиніну слід інтерпретувати з урахуванням ІМТ спортсменів та фази змагального сезону. Концентрацію креатиніну, виміряну протягом сезону, слід тлумачити з урахуванням еталонних інтервалів населення загалом. Слід пам'ятати, що значення креатиніну коливаються протягом тренувального сезону.
6. Рівень цистатину є значущою альтернативою рівню креатиніну. Сечова кислота є основним антиоксидантом у крові та збільшується у відповідь на інтенсивні фізичні навантаження.
7. Концентрація сечової кислоти стабільна протягом усього сезону змагання.
8. У спортсменів виявлено високі рівніЛПВЩ у порівнянні з групою контролю. Позитивний вплив фізичних навантажень на ліпідний профіль спортсмена зберігається протягом усього життя, навіть після припинення спортивної кар'єри, якщо колишній спортсменпродовжує фізичні вправи.
9. Моніторинг біохімічних показників у висококваліфікованих спортсменів дозволяє виявляти рівень адаптації різних функціональних систем до фізичних навантажень. Встановлення нормативних референсних значень біохімічних показників у спортсменів високої кваліфікації необхідне ефективної оцінки функціонального стану спортсменів, т.к. в процесі спортивної діяльностіорганізм спортсмена набуває функціональних особливостей, що виходять за рамки популяційних норм. Врахування цих особливостей може підвищити якість медичної допомоги на всіх етапах медико-біологічного забезпечення.

Список літератури:

1. Бутова О.А., Маслов С.В. Адаптація до фізичних навантажень: анаеробний метаболізм м'язової тканини// Вісник Нижегородського університету ім. Н.І. Лобачевського. 2011. №1. З. 123-128.
2. Ганєєва Л.А., Скрипова В.С., Касатова Л.В. та ін Оцінка деяких біохімічних параметрів енергетичного обміну у студентів – легкоатлетів після тривалого навантаження // Учений. зап. Козан. ун-ту. Сер. природ. науки. 2013. Т. 155. Кн. 1. С. 40-49.
3. Нікулін Б.А., Радіонова І. І. Біохімічний контроль у спорті. // Радянський спорт. 2011. С. 9-24.
4. Первушина О.П., Микуляк Н.І. Біомедична хімія. 2014. Т. 60. Випуск 5. С. 591-595.
5. Сивохін І.П., Федоров А.І., Комаров О.В. Питання функціональної підготовки у спорті найвищих досягнень // 2014. Т 2. С. 139-146.
6. Banfi G., Colombini A, Lombardi G., та ін. Metabolic markers in sports medicine // Advances in clinical chemistry. 2012. 56. P. 1-54.
7. Banfi G., Del Fabbro M., Lippi G. Serum creatinine concentration and creatinine-based estimation of glomerular filtration rate in athletes // Sports Medicine. 2009. P. 331-337.
8. Bernstein L., M. Zions, Haq S., et al. Effect of renal function loss on NT-proBNP level variations // Clinical Biochemistry. 2009. 42. P. 1091-1098.
9. Chamera T., Spieszny M., Klocek T., et al. Could biochemical liver profile help to assess metabolic response to aerobic effort in athletes // Journal of Strength and Conditioning Research. 2014. 28 (. P. 2180-2186.
10. Cunniffe B1, Назад AJ, Whitcombe DM, et al. Time course of changes in immuneoendocrine markers following an international rugby game // European Journal of Applied Physiology. 2010. 108 (1). P. 113–22.
11. E. Clénina G., Cordesa M., Huberb A. Iron deficiency in sports – definition, influence on performance and therap // Swiss Sports & Exercise Medicine. 2016. 64 (1). P. 6–18.
12. Fallon K. Clinical utility of screening of biochemical parameters in elite athletes: analysis of 100 cases // British Journal of Sports Medicine. 2008. 42. P. 334-337.
13. Garcia M. Estudio de marcadores bioquímics dinterès en el diagnostic y pronóstico del síndrome coronario agudo // Doctoral Thesis. 2010. P. 24-36.
14. Godon P., Griffet V., Vinsonneau U. та ін. Athlete's heart or hypertrophic cardiomyopathy: usefulness N-terminal pro-brain natriuretic peptide // International Journal of Cardiology. 2009. 137. P. 72-74.
15. Gomes RV, Santos RC, Nosaka K, et al. Muscle damage after a tennis match in young players // Biology of Sport. 2014. P. 27-32.
16. Herklotz R., Huber A. Labordiagnose von Eisenstoffwechselstörungen. Swiss medical forum. 2010. 10. P. 500-507.
17. Kafkas M., TAŞKIRAN C., ŞAHİN KAFKAS A., et al. Acute physiological changes in elite free-style wrestlers за один-день tournament // The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 2016. 56(10). P. 1113–1119.
18. Kyung-A Shin, Ki Deok Park, Jaeki Ahn, et al. Comparison of Changes in Biochemical Markers for Skeletal Muscles, Hepatic Metabolism, and Renal Function after Three Types of Long-distance Running // Observational Study. 2016. V. 95. 1-6.
19. Choi J., Masaratana P., Latunde-Dada G., та ін. Duodenal reductase діяльності і сpleen iron stores є reduced and erythropoiesis є abnormal в Dcytb knockout mice exposed to hypoxic conditions // The journal of nutrition. 2012. 142. P. 1929-1934.
20. Lee H., Park J., Choi I., та ін. Вдосконалені функціональні та структурні властивості високої денності lipoproteins від сходів і листівників compared to throwers and lifters // BMB Reports. 2009. 42. P. 605-610.
21. Lombardi G., Colombini A., Ricci C., та ін. Serum uric acid в top-level alpine skiers over four consecutive competitive seasons // Clinica Chimica Acta. 2010. 411. P. 645-648.
22. Mingels А., Jacobs L., Kleijnen V., et al. Cystatin C a marker для ренал функцій після exercise // International Journal of Sports Medicine. 2009. 30. P. 668-671.
23. Muhsin H., Aynur O., Ilhan O., et al. Effect of Increasing Maximal Aerobic Exercise on Serum Muscles Enzymes in Professional Field Hockey Players // Global Journal of Health Science. 2015. V. 7. №. 3. P. 69-74.
24. Palacios G. Pedrero-Chamizo R. Palacios N. et al. Biomarkers of physical activity and exercise // Nutricion Hospitalaria. 2015. 31. P. 237-244.
25. Reinke S., Karhausen T., Doehner W., et al. Вплив рекорбування і тренування фаз на тілі композиції, периферійна основна функція і імунна система професійних футболістів // PLOS One. 2009. 4. P. 4910.
26. Saraslanidis P., Manetzis C., Tsalis G., et al. Biochemical evaluation of running workouts used in training for the 400-M sprint // Journal of the National Strength and Conditioning Association. 2009. 23. P. 2266-2271.
27. Scharhag J., George K., Shave R., та ін. Exercise-associated increases in cardiac biomarkers // Medicine & Science in Sports & Exercise. 2008. 40. P. 1408-1415.
28. Wedin J., Henriksson A. Postgame elevation of cardiac markers among elite floorball players // Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 2015. P. 495-500.
29. Zielin-ski J., Rychlewski T., Kusy K., et al. Ефект від тривалості тренування на змінах в purine metabolism: longintinal study of competitive long-distance runners // European Journal of Applied Physiology. 2009. 106. P. 867-876.

Інститут фізичної культури (філія)

ФДБОУ ВО «УралГУФК»

Б1.В.10 СПОРТИВНА БІОХІМІЯ

Навчально-методичний посібник

для практичних занять та самостійної роботи студентів,

учнів за напрямом 49.03.01 «Фізична культура»

УДК 577.1 (075)

ББК 28.072 я73

Методичні рекомендації для практичних занять та виконання самостійної роботи студентів з дисципліни «Спортивна біохімія»/.- Уфа: Башкирський інститут фізичної культури (філія) ФДБОУ ВО «УралГУФК», 2015.- 88 с.

Рецензент: канд. біол. наук., доцент кафедри фізичних засобів

реабілітації –

Запропоноване видання складено відповідно до Федерального державного освітнього стандарту вищої освіти з дисципліни «Спортивна біохімія». Призначений для підготовки бакалаврів за напрямом 49.03.01 – «Фізична культура».

У посібнику розглянуто основні теми, пов'язані з вивченням дисципліни «Спортивна біохімія». Зміст кожної теми сприймається як і теоретичному плані, і у плані практичного використання у процесі самостійного вивчення дисципліни. Рекомендована література для більш глибокого опрацювання матеріалу.

© Башкирський інститут фізичної культури (філія) ФДБОУ ВО «УралГУФК»

СОДЕРЖАНІЯ

Самостійна робота студентів 70

Тема 10. Біохімічні засади раціонального харчування

спортсменів 72

1. Введення

Велику питому вагу в сучасній спортивній практиці займають медико-біологічні дисципліни, зокрема біологічна хімія. Ефективне управління процесом тренування неможливо без знання спортивної біохімії та законів регуляції обміну речовин під час виконання фізичних вправ.

Відповідно до вимог, що висуваються до висококваліфікованого фахівця в галузі фізичної культури та спорту, перед студентами, які вивчають курс спортивної біохімії, стоять такі завдання:

Поглиблення знань про медико-біологічні закономірності спортивного тренування, втоми та відновлення після роботи;

Ознайомлення з основними методами біохімічного контролю у спорті;

Ілюстрація основних теоретичних положень конкретними практичними роботами;

Придбання вмінь, необхідних для роботи з науковою літературою, що дозволяють оперативно використовувати інформацію для постановки та вирішення професійних завдань.

Роботу з підготовки до кожного заняття, представленому в даному посібнику, доцільно починати з уважного вивчення лекційного матеріалу та короткого теоретичного запровадження, що пояснює значення виконуваних робіт. Питання до заняття акцентують увагу студентів на ключових розділах теми.

Питання запропонованих варіантів домашнього завдання включають всі розділи відповідної теми, які виконання дозволяє закріпити теоретичний матеріал. Для самоперевірки засвоєння матеріалу в кінці кожної теми наводяться питання програмованого контролю знань у формі тестів з варіантами відповідей, одна з яких правильна.

Додаток містить: перелік ключових термінів зі спортивної біохімії, список скорочень.

Список літератури включає бібліографію, рекомендовану для більш глибокої підготовки на пропоновані теми.

Теми 1, 2.

ХІМІЧНИЙ СКЛАД М'язової тканини.

Ультратонка будова м'язової клітини.

МЕХАНІЗМ М'язового скорочення

На м'язову тканину в організмі людини припадає 40-45% ваги тіла людини. У жінок маса м'язів зазвичай нижче, ніж у чоловіків, з чим пов'язані статеві відмінності у прояві м'язової силита рівня фізичної працездатності. М'язи завдяки скорочувальній функції забезпечують процеси руху. Прояв різних рухових якостей людини, особливо сили та швидкості, залежить від морфологічної будови м'язів, їхнього хімічного складу, особливостей протікання в них біохімічних процесів, а також від регуляторного впливу нервової системи.

М'язове волокно є структурною одиницею скелетних м'язів, являючи собою велику багатоядерну клітину, а точніше – безклітинне утворення – симпласт, що утворюється шляхом злиття в ембріональному періоді безлічі міобластів.

Мембрана м'язової клітини електрозбудлива і називається сарколемою. На сарколеммі знаходяться місця контакту із закінченнями рухових нервів – синапси (нервово-м'язові сполуки). Подібно до інших мембран, сарколемма має вибіркову проникність для різних речовин. Через неї не проходять високомолекулярні речовини, але проходять вода, глюкоза, молочна та піровиноградна кислоти, амінокислоти, кетонові тіла та деякі інші низькомолекулярні сполуки. Сарколемма має також транспортні системи , за допомогою яких підтримується різниця концентрацій іонів Nа+ і K+, а також Cl- всередині клітини та міжклітинної рідини, що призводить до виникнення на її поверхні мембранного потенціалу. Утворення мембранного потенціалу дії під впливом нервового імпульсу – необхідна умова порушення м'язового волокна. На поверхні сарколеми розташовуються звивисті колагенові волокна, що надають їй міцність та еластичність. Внутрішня рідина м'язової клітки називається саркоплазмою. Усередині саркоплазми знаходиться система поздовжніх і поперечних трубочок мембран, бульбашок, що має назву саркоплазматичного ретикулуму (СР). СР регулює концентрацію іонів Са2+ усередині клітини, що безпосередньо пов'язане зі скороченням та розслабленням м'язового волокна. Як у будь-якій активно працюючій клітині, в м'язовому волокні велике число мітохондрій. Близько 80% обсягу волокна займають довгі нитки – міофібрили.

Міофібрили– це скорочувальні елементи, кількість яких у м'язовому волокні може досягати кількох тисяч. Під мікроскопом помітно, що міофібрили мають поперечну смугастість у вигляді чергуються темних і світлих ділянок – дисків. Темні диски відрізняються подвійним променезаломленням і називаються А-дисками (анізотропними), а світлі диски не мають подвійного променезаломлення і називаються I-дисками (ізотропними). У центральній частині диска-А є світла ділянка – Н-зона. У середині диска-I проходить Z-мембрана, яка пронизує все волокно, як би утримуючи та впорядковуючи розташування А- та I-дисків багатьох міофібрил. Ділянка міофібрили між двома Z-мембранами називається саркоміром.Ця найменша функціональна, тобто скоротлива одиниця м'яза. Саркомери йдуть один за одним вздовж міофібрили, повторюючись через кожні 1500-2300 нм. У міофібрилі може бути кілька сотень саркомерів. Від їхньої довжини та кількості в міофібрилі залежать швидкість і сила скорочення м'яза. Більшість м'язових клітин вибудовується так, що їх саркомери розташовуються паралельно один одному, відповідно збігаються А - і I-диски всіх м'язових клітин у волокні, що надає м'язу, що лежить поперечно-смугасту смугастість (рис. 1).

За даними електронної мікроскопії (рис. 1) міофібрилярні структури є агрегатами, що складаються з товстих філаментів близько 14 нм і з розташованих між ними тонких філаментів діаметром 7-8 нм. Товсті філаменти або нитки знаходяться в А-дисках і складаються зі скоротливого міозину. Тонкі нитки перебувають у I-дисках і містять скоротливий білок актин, і навіть регуляторні білки тропоміозин і тропонін. Філаменти (нитки) розташовуються в такий спосіб, що тонкі своїми кінцями входять у проміжки між товстими (рис. 2).

Отже, диски-I складаються лише з тонких ниток, а диски-А – із ниток двох типів. У стані спокою зона Н містить лише товсті філаменти, тому що тонкі туди не доходять. Товсті та тонкі нитки міофібрил взаємодіють між собою у процесі скорочення за допомогою утворення між ними поперечних містків.

Типи м'язових волокон та їх залучення до м'язової діяльності

В скелетних м'язахрозрізняють два основних типи м'язових волокон: повільноскорочені (МС) або червоні та швидкоскорочуючі (БС) або білі, що відрізняються за скоротливими та метаболічними характеристиками (табл. 1).

0 " style="border-collapse:collapse;border:none">