- •Спортивная Биохимия
- •Химическое строение организма человека
- •Превращение макромолекул
- •Регуляция обмена вешеств
- •Источники энергии
- •Типы реакций биологического окисления.
- •Цикл лимонной кислоты — центральный путь аэробного окисления питательных веществ
- •Дыхательная цепь
- •Вода и ее роль в организме
- •Обмен Углеводов
- •Обмен жиров
- •Обмен белков
- •Регуляция обмена
- •Биохимия мышц
- •Биохимия сокращения
Спортивная Биохимия
При физических нагрузках изменяются обмен веществ и энергии, а также механизмы их регуляции, что составляет основу метаболической адаптации организма к воздействующим нагрузкам (тренировкам). Изучение приспособительных изменений обмена веществ позволяет познать особенности адаптации организма к физическим нагрузкам, выбрать эффективные средства, методы восстановления и повышения физической работоспособности.
Химическое строение организма человека
В состав организма человека входят органические и неорганические вещества. Вода составляет около 60 % массы тела, а минеральные вещества — в среднем 4 %. Органические вещества представлены в основном белками (18 %), жирами (15 %) и углеводами (2—3 %).
В состав организма человека из 110 известных химических элементов входит в основном 24. В зависимости от количества в организме химические элементы делятся на основные, макро- , микро- и ультра-микроэлементы. К основным относятся кислород, углерод, водород и азот, составляющие примерно 98 % общей массы тела. К макроэлементам относятся элементы, содержание которых в организме составляет не менее 0,1 % массы тела (Са, Р, S, К, Cl, Na, Mg). К микроэлементам относятся такие элементы, содержание которых составляет не менее 0,001 % общей массы тела (Си, Si, Mn, Со и др.). Если содержание химического элемента в организме меньше 0,001 % массы тела, то он относится к ультрамикроэлементам. В биохимии используется классификация органических веществ, в основу которой положены выполняемые ими биологические функции в организме. Выделяют четыре основных класса органических веществ: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.
Превращение макромолекул
Процессы роста и развития, самообновление всех клеточных структур, энергообеспечение функций, постоянство внутренней среды, приспособление к воздействующим факторам среды, в том числе к физическим нагрузкам, а также другие процессы жизнедеятельности обеспечивает обмен веществ. Под обменом веществ, или метаболизмом понимают строго упорядоченную систему биохимических и физиологических процессов, которые обеспечивают поступление питательных и других веществ в организм, их усвоение, превращение внутри клеток, а также выведение образовавшихся продуктов обмена во внешнюю среду.
Особенностью обменных процессов живого организма является их большая скорость, которая обеспечивается биологическими катализаторами — ферментами. В клетках существуют целые комплексы ферментов, действие которых часто взаимосвязано таким образом, что продукт одной ферментативной реакции является исходным веществом (субстратом) другого фермента. Таким образом создаются сложные метаболические пути превращения различных веществ, приводящие к распаду сложных веществ до простых или образованию сложных белковых и других молекул.
Метаболический путь — это последовательность химических реакций, в ходе которых происходит постепенное превращение веществ с участием многих ферментов до соответствующих конечных продуктов. Различают линейные и циклические метаболические пути. Вещества, которые образуются в ходе метаболических реакций, называются метаболитами. Объединение химических реакций в метаболические циклы создает условия для саморегуляции метаболического пути конечным продуктом реакции, взаимосвязи и интеграции обмена веществ различных классов. Центральным метаболическим путем в организме человека является аэробный путь окисления глюкозы, который включает постепенный распад молекулы глюкозы до пировиноградной кислоты, а затем до ацетил-КоА с последующим окислением в цикле лимонной кислоты до конечных продуктов обмена СО2 и Н2О. На нем сходятся многие другие пути превращения питательных веществ, которые сопровождаются выделением свободной энергии.
В обмене веществ выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса — анаболизм и катаболизм.
Анаболизм (ассимиляция) — это процессы синтеза сложных химических веществ из простых молекул. В процессе анаболизма образуются нуклеиновые кислоты, белки и другие макромолекулы организма. Анаболические реакции протекают с использованием химической энергии в виде АТФ или НАДН2.
Катаболизм (диссимиляция) — это процессы распада сложных веществ в клетках организма до более простых или до образования низкомолекулярных конечных продуктов распада (СО2, Н2О, NH3 и др.) и выведения их из организма. Катаболические реакции сопровождаются выделением свободной энергии, которая заключена в сложных молекулах органических веществ. Часть этой энергии превращается в химическую форму энергии (АТФ, НАДН2 и др.) и запасается в клетках организма. Большая часть энергии рассеивается в виде тепла.
Скорость и сбалансированность анаболических и катаболических процессов зависят от многих факторов и прежде всего от возраста и двигательной активности человека. Нарушение сбалансированности анаболических и катаболических процессов наблюдается при ряде заболеваний, неправильном питании, воздействии неблагоприятных факторов среды, чрезмерных физических нагрузках, неправильной организации тренировочного процесса.
Под воздействием физических нагрузок повышается общая интенсивность обмена веществ, особенно усиливаются катаболические процессы в скелетных мышцах и других тканях организма. Они обеспечивают энергией работающие мышцы. Скорость анаболизма при этом из-за дефицита энергии снижается. В период отдыха после выполненной работы напряженно функционируют оба процесса. Их сбалансированность наступает после восстановления процессов биосинтеза белка, которые в зависимости от вида выполненной физической работы могут длиться от 12 до 24 ч. В период восстановления после физических нагрузок наблюдается избыточное накопление отдельных энергетических субстратов и белковых соединений, что называется процессом сверхвосстановления. Такая приспособляемость обмена веществ создает условия для повышения функциональных возможностей организма, совершенствования его физических способностей в процессе спортивней тренировки.
Для обмена веществ характерна многостадийность происходящих процессов. Распад питательных веществ в клетках организма и извлечение из них энергии происходят постепенно, включая три основных этапа: подготовительный, этап универсализации и этап окислительного распада. На подготовительном этапе сложные молекулы углеводов, жиров и белков распадаются до простых структурных мономеров: белки — до 20 разных аминокислот, сложные углеводы — до моносахаридов, в основном глюкозы, жиры — до глицерина и жирных кислот. На этом этапе выделяется незначительное количество энергии. Такой распад питательных веществ происходит в системе пищеварения под действием пищеварительных ферментов и в различных тканях под действием внутритканевых ферментов. Образовавшиеся различные вещества на этапе универсализации превращаются в единое вещество — ацетил-КоА, который является активной формой уксусной кислоты. Ацетил-КоА играет главную роль в метаболизме углеводов, жиров и белков, так как объединяет пути превращения различных органических веществ. На этом этапе распада высвобождается 1/3 потенциальной энергии, заключенной в окисляемых веществах. Этап окисления питательных веществ является конечным метаболическим путем распада всех питательных веществ. Он включает цикл лимонной кислоты, систему терминального окисления {дыхательная цепь) и процесс окислительного фосфорилирования, которые протекают на мембранах митохондрий. В процессе сложных окислительных превращений ацетил-КоА распадается до конечных продуктов СО2 и Н2О. При этом выделяется около 2/3 заключенной в питательных веществах энергии. Часть энергии выделяется в виде тепла, а другая ее часть накапливается в химических связях молекул АТФ, образующихся в процессе окислительного фосфорилирования — присоединения фосфорной кислоты к АДФ.