Введение. предмет и задачи биохимии. значение биохимии для теории и практики физического воспитания и спорта.

ТЕМЫ И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

ЛЕКЦИЯ №1

ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОХИМИИ. ЗНАЧЕНИЕ БИОХИМИИ ДЛЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ И СПОРТА.

Биохимия изучает химический состав живого организма, строение и свойства молекул, из которых он состоит, а также химические превращения, которым подвергаются входящие в организм молекулы. Биохимия спорта исследует закономерности биохимических превращений в организме человека в процессе занятий физическими упражнениями.

Биохимия является базовой дисциплиной, создающей предпосылки для освоения других предметов медико-биологического цикла, а также теории и методики физической культуры и спортивных дисциплин.

УГЛЕВОДЫ. ИХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.

Углеводы – это обширная группа соединений, состоящих из углерода, водорода и кислорода. Некоторые сложные углеводы содержат в небольших количествах азот и серу. По химической природе углеводы являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов.

Основные функции углеводов: энергетическая (при окислении 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии); пластическая (они входят в состав сложных белков, нуклеиновых кислот и других соединений); запасная (гликоген и другие сложные углеводы являются запасными питательными веществами). Некоторые углеводы выполняют регуляторную функцию (клетчатка). Углеводы участвуют также в образовании антител, проведении нервных импульсов (олигосахариды и полисахариды). В основу классификации положена способность к гидролизу, т.е. расщеплению на более простые углеводы с участием воды.

МОНОСАХАРИДЫ. Это простые углеводы, бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус, с числом углеродных атомов от 2-х до 7-ми. В зависимости от числа углеродных атомов они делятся на биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы.

Среди моносахаридов преобладают пентозы и гексозы. Наиболее часто встречаются следующие моносахариды: глицериновый альдегид, диоксиацетон, рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза.

Моносахариды с пятью и более углеродными атомами могут существовать не только в ациклической (цепной), но и в циклической форме.

Моносахариды могут участвовать в реакциях окисления и восстановления, а также в образовании эфиров с фосфорной кислотой.

ОЛИГОСАХАРИДЫ. Это углероды, построенные из небольшого числа моносахаридных остатков (от 2-х до 10-ти). Наибольшее распространение из них имеет дисахариды. В организме животных и человека встречаются дисахариды мальтоза, лактоза и сахароза, которая в значительных количествах поступает в организм с пищей.

Дисахариды построены из двух остатков моносахаридов: мальтоза – из двух остатков глюкозы; лактоза – из одного остатка глюкозы и одного - галактозы; сахароза – из одного остатка глюкозы и одного – фруктозы.

Дисахариды – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Для всех дисахаридов характерна реакция гидролиза, которая протекает в организме в присутствии гидролитических ферментов.

ПОЛИСАХАРИДЫ – высокомолекулярные соединения, построенные из сотен тысяч остатков моносахаридов. Наиболее важное биологическое значение имеют полимеры глюкозы – крахмал, гликоген и клетчатка. Полисахариды – аморфные, плавкие, нелетучие вещества, в воде образуют коллоидные растворы.

Крахмал содержится в больших количествах в картофеле, в злаках, в зелёных частях растений. Имеются две разновидности растительного крахмала: амилоза (15 – 25%), представляющая неразветвлённую цепь остатков глюкозы, амилопектин (75 – 85%), который имеет разветвлённую цепь глюкозных остатков. Основная реакция в которую вступает крахмал – гидролиз, который начинается у человека уже в ротовой полости.

Гликоген – животный крахмал, напоминает амилопектин, но имеет более разветвлённую структуру. Гликоген депонируется в организме и используется как источник энергии. Наибольшее количество гликогена содержится в печени (до 5%) и в мышцах (0,5 -1,0 %).

ЛЕКЦИЯ №2

ЛЕКЦИЯ № 3

БЕЛКИ. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛКОВ И ИХ ФУНКЦИИ. АМИНОКИСЛОТЫ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ. УРОВНИ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ЛЕКЦИЯ № 4

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. ИХ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ. СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. СТРОЕНИЕ ДНК И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ. РНК, СТРОЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ РНК И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.

ЛЕКЦИЯ № 5

ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. АЭРОБНЫЙ И АНАЭРОБНЫЙ ТИП ЭНЕРГЕТИКИ. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ. СВОБОДНОЕ И СОПРЯЖЁННОЕ ОКИСЛЕНИЕ.

Биоэнергетика изучает закономерности преобразования энергии в живых организмах.

Энергия – это способность совершать работу. Различают потенциальную энергию, которая зависит от положения или состояния тела, и кинетическую, т.е. энергию движения. В живом организме потенциальная энергия – это химическая энергия связей между атомами в молекулах биоорганических соединений.

Потенциальная энергия химических связей обусловлена расположением валентных электронов на орбиталях с высоким энергетическим уровнем, куда они попадают при образовании молекул биоорганических соединений в процессе химических реакций.

Кинетическая энергия – это энергия потока электронов, скатывающихся по энергетическим уровням, которая в дальнейшем может быть использована для образования новых химических связей или превратиться в другие виды кинетической энергии: тепловую, механическую, электрическую и т.д.

Первичным источником энергии на Земле для всех биологических процессов служит солнечный свет. Лучистая энергия солнечного света возникает в результате термоядерных реакций, протекающих в недрах солнца. На Земле лучистая энергия солнечного света улавливается пигментом хлорофиллом зелёных растений и превращается в ходе реакций фотосинтеза в химическую энергию. Таким образом, энергия солнечного света, представляющая собой один из видов кинетической энергии, превращается в один из видов потенциальной энергии.

В организмах животных и человека химическая энергия, заключённая в молекулах питательных веществ, выделяется в процессе биологического окисления. Окисление – это химические реакции, при которых происходит перенос электронов от окисляемого вещества (донора электронов) к восстанавливаемому веществу (акцептору электронов). В большинстве реакций биологического окисления в качестве конечного акцептора электронов используется кислород. Это аэробный или дыхательный тип энергетики. Если акцептором электронов является не кислород, а какие-либо другие вещества, то это анаэробный тип энергетики.

Если вся энергия окисления выделяется в виде тепла, то это свободное окисление. Когда энергия окислительных реакций используется для одновременно происходящих реакций синтеза макроэргических соединений, происходит сопряжённое окисление. Универсальным макроэргическим соединением является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Энергия, аккумулированная в молекулах АТФ , может быть использована для различной химической работы. Образование АТФ является необходимым звеном в процессах аккумуляции и переноса энергии.

Среди огромного числа окислительных реакций, происходящих в организме, можно выделить три основных типа: прямое взаимодействие субстрата с кислородом; отщепление от субстрата водорода (дегидрогенирование); отщепление от субстрата и перенос электронов. В организме человека в сопряжённом окислении, как правило, используются реакции дегидрогенирования окисляемого субстрата с последующим переносом водорода на кислород при участии оксидоредуктаз.

Последовательность реакций, связанных с переносом водорода на кислород при участии специфических переносчиков электронов, называется дыхательной цепью. Процессы, протекающие в дыхательной цепи, называют ещё клеточным, или тканевым дыханием. Осуществляются они в митохондриях. Окислительно-восстановительные ферменты дыхательной цепи локализованы на внутренней мембране митохондрий. В состав этой системы входят:

- дегидрогеназы, у которых в качестве коферментов выступают НАД (никотинамидадениндинуклеотид) или НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат);

- флавиновые дегидрогеназы, роль которых выполняют ФАД (флавинадениндинуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид);

- убихинон (кофермент Q);

- цитохромы.

Тканевое дыхание – это основной способ получения АТФ, используемый всеми клетками организма (кроме эритроцитов). За счёт энергии, выделяющейся при движении электронов по дыхательной цепи, в митохондриях осуществляется синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на протяжении дыхательной цепи синтезируется три молекулы АТФ.

Образование АТФ в процессе тканевого дыхания называется окислительным фосфорилированием.

ЛЕКЦИЯ № 6

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ. ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ РАСПАД УГЛЕВОДОВ. АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД (ГЛИКОЛИЗ), АЭРОБНАЯ ФАЗА ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ (ЦИКЛ КРЕБСА).

Взрослому человеку в сутки требуется 400-500 г углеводов. Основные углеводы, поступающие с пищей – крахмал, клетчатка, сахароза, лактоза (молочный сахар), гликоген. Больше всего углеводов поступает с растительной пищей. Переваривание углеводов начинается в ротовой полости. Под действием фермента амилазы начинается расщепление крахмала с образованием низкомолекулярных полисахаридов – декстринов. Смесь из крупных молекул амилозы и амилопектина с декстринами, мальтозой, глюкозой поступает в желудок. Сильно кислая реакция желудочного сока угнетает ферменты слюны, поэтому дальнейшие превращения углеводов происходят в кишечнике. Завершается переваривание углеводов превращением образовавшейся мальтозы и других дисахаридов (сахарозы, лактозы) в моносахариды (глюкозу, фруктозу, галактозу), главным из которых является глюкоза.

Образовавшиеся моносахариды всасываются по системе воротной вены и поступают в печень. При этом в печень поступает практически только глюкоза, т.к. в клетках тонкой кишки в неё могут превращаться другие моносахариды (галактоза, фруктоза и др.).

В печени значительная часть глюкозы превращается в гликоген, который представляет собой запасную, резервную углеводов.

РАСПАД УГЛЕВОДОВ В ТКАНЯХ. Начальная фаза распада - анаэробная – гликолиз. Она включает более десяти реакций. Процесс гликолиза делится на три этапа:

1. подготовительный – активация углеводов и образование субстратов биологического окисления;

2. биологическое окисление и накопление энергии окисления в макроэргических связях субстрата с фосфорной кислотой;

3. накопление энергии окисления в макроэргических связях АТФ и формирование конечных продуктов гликолиза.

Подготовительный этап гликолиза начинается с активации глюкозы при взаимодействия её с АТФ. При этом используются две молекулы АТФ. Из глюкозы и из гликогена ( если он используется) образуются фосфосодержащие производные углеводов: глюкозо-6-фосфат, он изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, затем он превращается во фруктозо-1,6-дифосфат, который распадается на две фосфотриозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон., которые являются изомерами и способны к взаимопревращениям. Подготовительный этап завершается образованием двух молекул фосфоглицеринового альдегида, которые являются субстратами окисления.

На следующем этапе фосфоглицериновый альдегид подвергается биологическому окислению путём дегидрогенирования с помощью специфической дегидрогеназы и кофермента НАД. На этом этапе образуется макроэргическое соединение дифосфоглицериновая кислота, запас энергии в которой достаточен для того, чтобы преобразовать АДФ в АТФ.

На завершающем этапе в ходе ряда реакций образуется макроэргическое соединение фосфоэнолпировиноградная кислота, способная вступать в реакцию перефосфорилирования с АДФ с образованием АТФ и пировиноградной кислоты. Если условия анаэробные, то пировиноградная кислота присоединяет водород, отнятый от фосфоглицеринового альдегида и превращается в молочную кислоту (лактат). В аэробных условиях пировиноградная кислота включается в следующую фазу окисления (аэробную) – цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса.

Всего в ходе гликолиза образуется 4 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, но чистый выход энергии не 4, а две молекулы АТФ, т.к. на первом этапе гликолиза две молекулы АТФ из запасов клетки использовались для активации глюкозы и их надо вернуть.

Вторая фаза распада углеводов – цикл трикарбоновых кислот протекает в аэробных условиях. Пировиноградная кислота (ПВК) в аэробных условиях подвергается дальнейшему окислению при участии специфической дегидрогеназы в комплексе с 4-мя коферментами:

· тиаминпирофосфатом (производным вит. В1);

· амидом липоевой кислоты;

· Ко – НАД (произв. вит. РР);

· коферментом НS-КоА (произв.вит.В3).

Под влиянием этих коферментов ПВК подвергается окислительному декарбоксилированию. Продуктом этого процесса является ацетил – кофермент А, представляющий из себя активную форму уксусной кислоты, который включается далее в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В тот процесс поступают не только продукты распада углеводов, но и белков и жиров. Эти продукты расщепляются до СО2 и Н2О. Ферменты цикла Кребса локализованы в митохондриях в основном в матриксе.

Энергетический выход в цикле Кребса очень высок – 36 молекул АТФ. Подавляющее большинство молекул АТФ образуется не в самом цикле Кребса, а в дыхательной цепи, куда поступает водород при помощи НАД, НАДФ и ФАД, освободившийся в цикле Кребса.

ЛЕКЦИЯ №7

ЛЕКЦИЯ №8

ЛЕКЦИЯ №9

ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Утомление – это временное снижение работоспособности, которое вызывается биохимическими, функциональными и структурными изменениями, которые возникают в организме в ходе выполнения физической работы. Утомление – это защитная реакция, которая сигнализирует о приближении неблагоприятных биохимических и функциональных сдвигах в организме, которые стать опасными для здоровья и для жизни.

При утомлении снижается концентрация АТФ в нервных клетках, нарушается синтез ацетилхолина, снижается скорость проведения возбуждения, развивается торможение. В состоянии утомления угнетается деятельность желёз внутренней секреции, что ведёт к уменьшению выработки гормонов и к снижению активности ряда ферментов, прежде всего ферментов аэробного окисления, нарушается сопряжение окисления с синтезом АТФ. Усиливается гликолиз, увеличивается образование кислых продуктов обмена, что приводит к закислению внутренней среды организма и нарушению гомеостаза. Усиливающийся распад белков сопровождается повышением содержания мочевины в крови. В работающих мышцах при утомлении снижаются запасы энергетических субстратов (креатинфосфата, гликогена). При этом нарушается регуляция процессов, связанных с энергетическим обеспечением мышц, появляются выраженные изменения в деятельности кровообращения и дыхания.

Установлено, что причины утомления существенно различаются в зависимости от особенностей выполняемой мышечной работы. При кратковременной мышечной работе в зоне максимальной мощности существенную роль в развитии утомления играют изменения в ЦНС в связи с чрезвычайно высокой частотой импульсации от периферических проприорецепторов. При этом возникает охранительное торможение.

Причиной утомления в зоне максимальной мощности может быть снижение продукции гормонов. Гормональное воздействие – один из главных путей повышения активности ферментов. Ведущую роль здесь играет гормон мозгового слоя надпочечников – адреналин. Снижение продукции адреналина приводит к угнетению активности ферментов и снижению работоспособности. В зоне субмаксимальной мощности главной причиной утомления является резкое закисление организма, которое возникает вследствие того, что важнейшую роль в энергетическом обеспечении играет гликолиз, деятельность которого приводит к образованию и накоплению молочной кислоты. При этом возникает резкий сдвиг внутренней среды в кислую сторону(рН снижается до 6,9 а иногда и ниже).Это приводит к резкому снижению активности ферментов и замедлению процесса ресинтеза АТФ.

Биохимические изменения, возникающие в организме спортсмена при выполнении упражнений в зоне большой мощности сходны с таковыми в зоне субмаксимальной мощности, но они менее выражены. Важным фактором утомления в зоне большой мощности являются изменения в деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной системах, которые работают на пределе своих возможностей.

Выполнение циклической работы в зоне умеренной мощности сопровождается большими энергозатратами и поэтому происходит снижение энергетических субстратов, в первую очередь гликогена в мышцах и печени.

ТЕМЫ И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

ЛЕКЦИЯ №1

ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОХИМИИ. ЗНАЧЕНИЕ БИОХИМИИ ДЛЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ И СПОРТА.

Биохимия изучает химический состав живого организма, строение и свойства молекул, из которых он состоит, а также химические превращения, которым подвергаются входящие в организм молекулы. Биохимия спорта исследует закономерности биохимических превращений в организме человека в процессе занятий физическими упражнениями.

Биохимия является базовой дисциплиной, создающей предпосылки для освоения других предметов медико-биологического цикла, а также теории и методики физической культуры и спортивных дисциплин.

УГЛЕВОДЫ. ИХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.

Углеводы – это обширная группа соединений, состоящих из углерода, водорода и кислорода. Некоторые сложные углеводы содержат в небольших количествах азот и серу. По химической природе углеводы являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов.

Основные функции углеводов: энергетическая (при окислении 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии); пластическая (они входят в состав сложных белков, нуклеиновых кислот и других соединений); запасная (гликоген и другие сложные углеводы являются запасными питательными веществами). Некоторые углеводы выполняют регуляторную функцию (клетчатка). Углеводы участвуют также в образовании антител, проведении нервных импульсов (олигосахариды и полисахариды). В основу классификации положена способность к гидролизу, т.е. расщеплению на более простые углеводы с участием воды.

МОНОСАХАРИДЫ. Это простые углеводы, бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус, с числом углеродных атомов от 2-х до 7-ми. В зависимости от числа углеродных атомов они делятся на биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы.

Среди моносахаридов преобладают пентозы и гексозы. Наиболее часто встречаются следующие моносахариды: глицериновый альдегид, диоксиацетон, рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза.

Моносахариды с пятью и более углеродными атомами могут существовать не только в ациклической (цепной), но и в циклической форме.

Моносахариды могут участвовать в реакциях окисления и восстановления, а также в образовании эфиров с фосфорной кислотой.

ОЛИГОСАХАРИДЫ. Это углероды, построенные из небольшого числа моносахаридных остатков (от 2-х до 10-ти). Наибольшее распространение из них имеет дисахариды. В организме животных и человека встречаются дисахариды мальтоза, лактоза и сахароза, которая в значительных количествах поступает в организм с пищей.

Дисахариды построены из двух остатков моносахаридов: мальтоза – из двух остатков глюкозы; лактоза – из одного остатка глюкозы и одного - галактозы; сахароза – из одного остатка глюкозы и одного – фруктозы.

Дисахариды – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Для всех дисахаридов характерна реакция гидролиза, которая протекает в организме в присутствии гидролитических ферментов.

ПОЛИСАХАРИДЫ – высокомолекулярные соединения, построенные из сотен тысяч остатков моносахаридов. Наиболее важное биологическое значение имеют полимеры глюкозы – крахмал, гликоген и клетчатка. Полисахариды – аморфные, плавкие, нелетучие вещества, в воде образуют коллоидные растворы.

Крахмал содержится в больших количествах в картофеле, в злаках, в зелёных частях растений. Имеются две разновидности растительного крахмала: амилоза (15 – 25%), представляющая неразветвлённую цепь остатков глюкозы, амилопектин (75 – 85%), который имеет разветвлённую цепь глюкозных остатков. Основная реакция в которую вступает крахмал – гидролиз, который начинается у человека уже в ротовой полости.

Гликоген – животный крахмал, напоминает амилопектин, но имеет более разветвлённую структуру. Гликоген депонируется в организме и используется как источник энергии. Наибольшее количество гликогена содержится в печени (до 5%) и в мышцах (0,5 -1,0 %).

ЛЕКЦИЯ №2

Наши рекомендации