Шпаргалка по «Биохимия физической культуры и спорта»

 

Нуклеиновые кислоты - важнейший класс природных полимерных веществ. Эти особые соединения имеют уникальное строение и выполняют особые функции в организме. В их длинных цепочках закодирована вся необходимая информация для биосинтеза белков и других сложных веществ в клетках.

Код строения одного белка называется ген. Ген является участком хромосомы. Каждая хромосома — это молекула нуклеиновой кислоты - ДНК.

В природе существует два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК является хранителем информации, РНК — переносит и расшифровывает биологическую информацию.

Строение нуклеиновые кислоты.

Так же как белки строятся из отдельных аминокислот, так и нуклеиновые кислоты образуются из отдельных значительно более простых «строительных блоков» — нуклеотидов. Из них и строится множество различных молекул ДНК и РНК растений, животных и человека, имеющих значительные видовые отличия. Хромосомы — хранители генетической информации, находятся под особой «охраной» — в ядре клетки. Ядро ограниченно практически непроницаемой мембраной, при разрушении которой клетка гибнет. Если такое случается, то молекула ДНК теряет свои функции, но сохраняет строение. Если клетке пришло время обновляться, то есть делиться, требуются два условия: генетическая информация (которая во всех клетках имеется в ядре) и наличие строительного материала для создания новых молекул нуклеиновых кислот — «кирпичики - блоки» — нуклеотиды. Если нет строительного материала, генетическая информация не реализуется, клетка не разделится, ткань не обновится, функция органа снизится, и, как следствие — пострадает организм.  Обычно мы получаем нуклеиновые кислоты с пищей, так как поедаем органические вещества. Нуклеиновые кислоты имеются в любой пище. Клетка с кровью получает эти простые вещества, синтезирует из них нуклеотиды, обеспечивая процесс удвоения ДНК. При недостаточном поступлении с пищей, клетки захватывают из межклеточного пространства фрагменты отживших и разрушенных ДНК из погибших клеток. Синтез нуклеотидов и нуклеиновых кислот — один из наиболее активных процессов в клетке и уступает по активности только синтезу белка. Воспроизводство нуклеотидов и нуклеиновых кислот требует значительного количества пластических веществ — азотистых оснований, а также углеводов, фосфатов. Обмен нуклеиновых кислот в клетке первичен и архиважен. Он обеспечивает обновление клеток, полноценность их структуры и функциональную состоятельность. Но пищеварительный процесс разделяет большие молекулы нуклеиновых кислот на моно- соединения (пуриновые основания, сахара и фосфорную кислоту). Именно эти простые вещества и оказываются в крови, а затем клетки используют их для построения собственных нуклеиновых кислот. Этот процесс весьма продуктивен в детстве, юности, ранней молодости. Поэтому у молодых людей так активны физиологические процессы, легкое восстановление после болезней и травм, молодым неизвестно чувство усталости. С возрастом все меняется: все чаще ощущается утомление, все трудней дается длительная физическая и умственная активность, появляются хронические болезни. Причина проста: снижение скорости обновления клеток, возрастающий дефицит нуклеиновых кислот. Необходимо отметить, что недостаток нуклеиновых кислот имеет место в любом возрасте при состояниях, требующих интенсивного деления клеток: при тяжелых болезнях, инфекциях, травмах, оперативных вмешательствах.

Последствия дефицита нуклеиновых кислот выливаются в патологические состояния:

• нарушается обмен белков, а значит и качество структуры и функций отдельных клеток и тканей;
• нарушается обмен липидов (в том числе холестерина);
• нарушается обмен углеводов, что приводит, прежде всего, к дефициту энергии в каждой клетке;
• страдают функции органов, отличающихся высокой скоростью деления клеток — слизистых оболочек, печени, лимфоидных органов, кишечника, костного мозга;
• изменяется деятельность клеток головного мозга, весьма чувствительных к дефициту энергии и белков (синдром хронической усталости);
• проявляются заболевания и дегенеративные изменения внутренних органов;
• появляются и усугубляются дисфункции иммунного контроля.

 

 

8. Обмен воды и минеральных веществ.

 

Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем (73,2±3)% безжировой массы тела и варьирует от 10-процентного содержания в жировой ткани до 83% в почках и крови. Водный баланс в организме поддерживается за счет равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм. Суточная потребность в воде колеблется, в зависимости от условий, от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (—1200 мл), с пищей (—900 мл) и образующейся в организме в ходе обменных процессов эндогенной воды (—300 мл). Такое же количество воды выводится: в составе мочи (—1400 мл), кала (—100 мл), посредством испарения с поверхности кожи и дыхательных путей (—900 мл). Минимальная суточная потребность в воде составляет около  1700 мл.

Потребность организма в воде зависит от характера питания. При питании преимущественно углеводной, жировой пищей и при небольшом поступлении в организм NaCl эти потребности меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли, обусловливают большую потребность в воде, которая необходима для экскреции с большим объемом мочи осмотически активных веществ: мочевины  и  минеральных  ионов.

Недостаточное поступление в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации. Это сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики. Недостаток в организме воды в объеме 20% массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых из организма, приводит к водной интоксикации. Во внеклеточной жидкости осмотическая концентрация становится ниже, чем внутри клеток, они поглощают воду и набухают. В результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных центров к уменьшению осмолярности водная интоксикация  может сопровождаться  мышечными судорогами.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Это обусловлено прежде всего необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внутренней среде организма и в клетках, а также значением сил осмоса для обмена и выведения из организма как воды, так и минеральных ионов. Для поддержания осмотического давления важна концентрация всех растворенных в воде минеральных  и  органических ионов.

Осуществление ряда физиологических процессов, как, например, возбуждения, синаптической передачи, сокращения мышцы невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са++ и других минеральных ионов. Поскольку их синтез в организме не осуществляется, все они должны поступать в организм с пищей и питьем.

 

9. Взаимосвязь и регуляция процессов обмена веществ в организме человека.

 

         Взаимосвязь обмена углеводов, жиров, белков проявляется в двух аспектах: 

а)  в наличии единых промежуточных продуктов обмена;

б) во взаимопревращениях углеводов, жиров, белков.

         В обмене этих веществ можно выделить три основные стадии:

1) подготовительную,

2) стадию универсализации,

3) стадию окисления  в цикле трикарбоновых кислот. 

      В первой стадии представлены реакции гидролиза. Ди- и полисахариды преобразуются до моносахаридов или их эфиров с фосфорной кислотой, жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты, белки – на аминокислоты.

Особое значение взаимосвязь жиров, белков, углеводов имеет для обеспечения их взаимопревращений. Большинство реакций обмена веществ в организме является обратимыми, направление их зависит от  концентрации  субстратов, продуктов и других условий. Обратимыми являются и некоторые этапы обмена веществ. Обратимость отдельных этапов обмена веществ  и наличие единых промежуточных продуктов обмена жиров, белков, углеводов и лежит в основе взаимопревращений этих веществ. Так, наряду с распадом гликогена в организме может протекать процесс его синтеза не только из глюкозы и промежуточных продуктов углеводного обмена (пировиноградной, молочной кислот), но и из промежуточных продуктов жирового и белкового обмена.    

  Наиболее просто происходит в организме взаимопревращение углеводов и жиров, хотя факт превращения жирных кислот в углеводы в организме человека экспериментально не подтвержден, и его целесообразность вызывает сомнение. В условиях  истощения  углеводных ресурсов организма жиры начинают энергично использоваться в качестве источника энергии. При этом жирные кислоты или непосредственно используются тканями, или превращаются в печени в кетоновые тела, которые поступают в кровь и также утилизируются тканями в качестве энергетического субстрата. Из другого продукта мобилизации жира – глицерина  образуется  глюкоза, которая поступая в кровь, обеспечивает энергетическим  сырьем  ткани, предпочитающие глюкозу  другим субстратам. При избыточном поступлении  в организм  углеводов они могут превращаться в жиры.

Значительно  сложнее  обстоит  дело с  образованием аминокислот из  продуктов  углеводного  и  жирового  обмена. Часть аминокислот  организм  вообще  не  способен  образовывать  из  других  веществ, другие  могут  быть  синтезированы. Но для этого  требуется включить  в их  состав  аминогруппу.

Таким образом, взаимосвязь обмена углеводов, жиров, белков и их взаимопревращения имеет важное  значение для  организма. Также это  обеспечивает возможность  создания  в организме  запаса  энергетических субстратов при любом характере питания. Наличие углеводных  депо,  возможность образования  углеводов  из продуктов не углеводной  природы  играет  чрезвычайную  роль  в жизни  человека. Благодаря этому обеспечивается относительное постоянство концентрации глюкозы в крови  и непрерывное снабжение ею тканей, использующих глюкозу в качестве основного энергетического субстрата (мозговые ткани, почки, эритроциты и пр.).  

  Конечно, взаимосвязь обменных процессов не исчерпывается связью между превращениями углеводов, жиров, белков. Превращения в организме углеводов, липидов, белков теснейшим образом связаны с обменом минеральных веществ. Последние могут использоваться для образования сложных белков, липидов, оказывать влияние на обменные процессы, выступая в качестве составных частей, активаторов или ингибиторов ферментов.   

  Большое влияние на состояние обменных процессов оказывает поступление и превращение витаминов, которые, как и минеральные вещества, могут входить в состав ферментов, активировать их деятельность, выполнять роль своеобразных катализаторов.   

  Важное значение для обмена веществ имеет вода. Особенно болезненно отражается на  протекании обменных процессов недостаток воды.

Живой организм представляет собой сложнейшую систему, состоящую из огромного количества клеток (организм человека содержит несколько сот триллионов клеток), являющихся, в свою очередь, сложнейшими образованиями. В каждую секунду в организме происходят сотни разнообразных химических реакций, самостоятельных и объединенных в процессы. Эти химические реакции и процессы составляют основу жизнедеятельности живого организма. И вся эта сложнейшая система работает четко и слаженно, быстро и точно в соответствии с потребностями реагирует изменениями обмена веществ на внешние воздействия, сдвиги во внутренней среде.  

 Наряду с механизмами  активной регуляции обменных процессов, организм характеризуется рядом структурных особенностей и других свойств, способствующих упорядоченности обменных процессов, облегчающих осуществление регуляторных воздействий. К их числу можно отнести прежде всего систему дифференцировки клеток. Клетки одного органа, ткани имеют одинаковое строение, один и тот же набор ферментов, их оболочки проницаемы для одних и тех же веществ. Это обеспечивает доставку поступающих в организм молекул в те клетки, где имеются ферменты  для их превращений. Имеющаяся в клетке система перегородок, канальцев способствует избирательному транспорту поступающих в клетку молекул к местам локализации ферментов, обеспечивающих их превращения.   

  К факторам, способствующим эффективной регуляции обмена веществ, можно отнести объединение отдельных химических реакций в процессы, что достигается соответствующей локализацией ферментов.

Ферменты, катализирующие последовательные реакции процесса, располагаются в непосредственной близости так, что продукт что продукт одной ферментативной реакции сразу становится субстратом другой.  

  Существует мнение, что в клетках имеются специальные  "приспособления", обеспечивающие передачу промежуточных продуктов от одного фермента к другому.    

  Регуляция обмена веществ в организме осуществляется нервной и гормональной системами, а также системой автоматической регуляции (саморегуляция).  

  Основной принцип регуляции обмена веществ в организме сводится к избирательному, точно соответствующему потребностям организма  изменению скорости отдельных химических реакций, процессов, комплексов процессов.  

 Хотя этот принцип  реализуется в организме достаточно  многообразно, в конечном итоге  различные механизмы регуляции  в подавляющем своем большинстве оказывают влияние на скорость химических реакций путем воздействия на соответствующие ферменты.  

  Нервная и гормональная системы, системы саморегуляции свое регулирующее влияние на скорость химических реакций осуществляют преимущественно через:

1) доступность субстратов (концентрация  реагирующих веществ);

2) изменение активности ферментов;

3) изменение количества ферментов;

4) доступность кофакторов.  

  Одни из этих путей регулирующих воздействий (доступность субстратов и кофакторов, изменение активности ферментов) можно отнести к механизмам срочной регуляции, способным изменить скорость обменных процессов в организме в считанные секунды или минуты. Другие (изменение количества ферментов) осуществляют свое регулирующее воздействие сравнительно медленно. Для проявления их действия  требуется несколько часов или даже дней.

 

10. Биохимия спорта. Биохимия мышц и мышечного сокращения.

 

В организме человека существует три типа мышц: скелетные, сердечные (миокард) и гладкие. Различаются они морфологическими, биохимическими и функциональными особенностями, а также путями развития. При микроскопическом исследовании в скелетных и сердечной мышцах обнаруживается исчерченность, поэтому их называют поперечно-полосатыми мышцами. В гладких мышцах такая исчерченность отсутствует. Функционально сердечная мышца отличается от скелетных мышц и занимает промежуточное положение между гладкими и скелетными мышцами.