Краткий курс спортивной биохимии (Конспект)

2. Элементный состав живых организмов. Значение элементов.

Свойства живых систем:

- Сложность

- Высокий уровень организации

- Способность к самовоспроизведению (наследственность и изменчивость, обмен веществ)

- Раздражимость

- Дискретность

- Единство химического состава (избирательно поглощать из окружающей среды химические элементы)

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 ультрамикроэлементы.

К основным относятся кислород (65—70 %), углерод (15—18%), водород (8—10%) и азот (2—3%), 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 менее 0,1 % (йод,, железо, цинк)

Если содержание химического элемента в организме меньше 0,001 % массы тела, то он относится к ультрамикроэлементам (Си, Si, Mn, Со и др.).

Химические элементы, используемые для образования веществ организма, обладают следующими свойствами:

• атомы небольшие по размеру, образуют компактные молекулы, способные проникать через клеточные мембраны

• легко вступают в химические взаимодействия, образуя прочные ковалентные связи

• соединения хорошо растворяются в воде и легко усваиваются

• отдельные элементы (Р, S, N) могут образовывать лабильные химические связи, богатые энергией, и участвовать в биохимических реакциях

Кальций и натрий (участвуют во всех биохимических реакциях, важны для водообмена, генерация биоэлектрического потенциала, предотвращают тепловой удар)

Магний (передача нервных импульсов, влияет на рост мышц, восстановление, антистрессорное средство)

Кальций (для прочности костнойц ткани, для свертываемости крови, для мышечного сокращения)

Фтор (для прочности костной ткани, входит в состав нуклеотидов, обеспечивает мощность и выносливость)

Железо (в состав гемоглобина, поддерживает состав крови, входит в состав миоглобина и ферментов)

Медь (участвует в образовании эритроцитов)

Цинк (процесс регенерации ткани)

Йод (рост, развитие умственной способности, содержится в щитовидке)

Сера (состояние кожи, костейц и волос, входит в состав кератина, аминокислот и витаминов группы В)

Магний (отвечает за рост и развитие в целом, синтез интерферона и гликопротеинов)

3. Типы связей и функциональные группы биологических молекул.

Типы связей:

1. Ковалентная (связь между атомами за счёт образования общих электронных пар)

2. Макроэргическая (соединения, при гидролизе которых освобождается значительное количество энергии, используемой для осуществления различных функций организма)

3. Ионная (связь между положительно и отрицательно заряженными ионами.)

4. Водородная (связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы)

Функциональные группы представляют собой определенные группы атомов внутри молекул органических соединений, которые отвечают за характерные химические реакции этих молекул. Каждая функциональная группа способна модифицировать химические свойства макромолекул, с которыми она связана.

• Гидроксильная группа представляет собой функциональную группу спиртов. Добавляет полярность к органическим молекулам. Одним из примеров спиртов является глицерин.

• Карбонильные группы альдегидов и кетонов обычно также увеличивают полярность и реакционную способность биологических молекул. Биомолекулы, содержащие карбонильные группы являются летучими.

• Карбоксильная группа карбоновых кислот содержит как карбонильную группу, так и гидроксильную группу, связанную с одним и тем же атомом углерода. Органические молекулы, содержащие карбоксильные группы, часто сильно полярны и химически активны. Широко распространенные биомолекулы, содержащие карбоксильные функциональные группы, это жирные кислоты и аминокислоты.

  Функциональная группа	Строение	Семейство
  Гидроксильная		Спирты
  Альдегидная		Альдегиды
  Карбонильная		Кетоны
  Карбоксильная		Кислоты
  Сложноэфирная		Сложные эфиры
  Эфирная		Простые эфиры
  Аминогруппа		Амины
  Амидогруппа		Амиды
  Сульфгидрильная		Тиолы

• Аминогруппы  увеличивают полярность и реакционную способность органических молекул. Они легко образуют водородные связи с другими полярными молекулами и водой. Амины являются слабыми основаниями.

• Фосфатные группы являются высококислотными и реакционноспособными. Фосфаты играют существенную роль в метаболических процессах фотосинтеза и клеточного дыхания. Передача фосфатной группы от одной молекулы к другой служит источником энергии для химических реакций.

• Сульфгидрильная (-SH) группа необходима для стабилизации белка. Аминокислоты с -SH-группами образуют связи, называемые дисульфидными мостиками (S-S-связи), которые помогают молекулам белка принимать и поддерживать определенную форму.

4. Строение и свойства воды: процессы, происходящие при растворении различных веществ

Содержание воды зависит от возраста, пола, функционального состояния.

50% воды находится в мышцах, 5% в крови, 45%- в остальном организме

Значение воды:

- Входит в состав тканей и межклеточного вещества, тканевой жидкоти, плазмы крови и лимфы

- Растворитель органических и неорганических соединения

- Среда химических реакций

- Идут обменные процессы

- Защитная реакция

- Биологическая функция

- Осморегуляция (поддержание дыхания клеток)

Строение: Молекула воды состоит из одного атома кислорода, который соединен с двумя атомами водорода, при этом связи O-H образуют угол в 104,5°, при при этом общие электронные пары смещены к атому кислорода, который более электроотрицателен по сравнению с атомами водорода, поэтому, на атоме кислорода формируется частичный отрицательный заряд, соответственно, на атомах водорода - положительный. Таким образом, молекулу воды можно рассматривать, как диполь.

Водородная связь

В чем состоит механизм растворения? Молекулы воды в силу особенностей своего строения и возникающего из-за этого вокруг них силового поля обладают способностью притягивать молекулы других веществ. Процесс растворения заключается как раз во взаимодействии частиц растворяющегося вещества с частицами воды. При соприкосновении с водой какой-нибудь соли ноны, образующие ее кристаллическую решетку, будут притягиваться противоположно заряженными частицами молекул воды.

5. Водно-солевой обмен и его изменение при физической нагрузке

Человек постоянно потребляет воду и выделяет ее в виде пота, мочи, а также с выдыхаемым воздухом. В состоянии физиологического покоя в организме поддерживается относительное постоянство содержания воды или регулируемый водный баланс. Водный баланс — это равновесие между выделением и потреблением воды организмом.

Потребность организма в воде зависит от массы тела, температуры окружающей среды, характера мышечной деятельности и состава потребляемой пищи. Запасы воды организма восстанавливаются за счет экзогенной воды, которая поступает в организм, и эндогенной воды, которая образуется в организме в процессе клеточного метаболизма. За счет экзогенной воды, поступающей в организм извне, восполняется большая часть воды организма. Вода всасывается слизистой оболочкой пищеварительного тракта на всем его протяжении, но особенно интенсивно в толстом кишечнике. Эндогенной воды образуется всего около 150— 250 мл • сут"1 в зависимости от интенсивности обмена и окисления различных веществ.

Распределение воды между органами и тканями зависит от скорости кровотока, метаболизма, проницаемости клеточных мембран, содержания минеральных веществ и белков, регулируется гормональной и нервной системами. Выделение воды из организма в сутки (около 2,5 л) в состоянии относительного покоя распределяется следующим образом: с мочой выделяется 1500 мл (60 %), через кожу — 450 мл (18 %), через легкие — 250 мл (10%), с потом — 150мл (6%), через толстую кишку — около 6% (см. рис. 24). Потеря воды организмом сопровождается дегидратацией тканей (обезвоживанием). Дегидратация плохо влияет на многие физиологические функции организма. В первую очередь снижается общий объем крови, повышается ее вязкость, изменяется скорость транспорта веществ. При этом ухудшается кровообращение мозга, мышц, других органов и тканей, что снижает их функциональную активность. Уменьшение объема плазмы только на 3 % приводит к появлению головной боли, апатии, других симптомов. Потеря 1 % воды организмом вызывает чувство жажды, что сигнализирует о необходимости потребления воды.

При мышечной деятельности значительно увеличивается обезвоживание организма. Связано это с увеличением скорости метаболических процессов и усилением потоотделения, которое при отдельных видах работы может увеличиться до 90 %. Если обезвоживание достигает 4—5 % массы тела, то работоспособность такого спортсмена снижается на 30 %. Для предупреждения обезвоживания организма при спортивной деятельности необходимо своевременное восполнение запасов воды соответственно ее потерям. При определении количества восполняемой жидкости во время продолжительной работы следует исходить из величины потоотделения, которая варьирует в зависимости от интенсивности работы, температуры окружающей среды и массы тела спортсмена

Обмен воды находится под контролем эндокринной и нервной систем. Отдельные гормоны регулируют выделение воды из организма. Основным регулятором является гормон гипофиза — вазопрессин, или антидиуретический гормон, который уменьшает выведение жидкости почками (диурез) за счет сокращения сосудов почек. Секреция этого гормона повышается при снижении объема плазмы крови, что способствует задержанию воды в организме и нормализует объем плазмы крови. Такие изменения наблюдаются при физических нагрузках, когда происходит снижение объема плазмы крови за счет интенсивного потоотделения. Обмен воды регулирует также гормон коркового вещества надпочечников — альдостерон, который обеспечивает задержку натрия в плазме крови. Содержание натрия в плазме крови непосредственно влияет на содержание в ней воды. При выполнении физических нагрузок, которые вызывают уменьшение объема плазмы крови и содержания натрия, концентрация альдостерона в крови повышается. Это приводит к усилению обратного всасывания натрия почками (реабсорбация) и задержке воды в организме. Выделение воды почками стимулируют гормон тироксин, паратгормон и половые гормоны. При снижении содержания воды в плазме крови происходит рефлекторное возбуждение участков коры головного мозга, вызывающее чувство жажды. Таким образом ЦНС регулирует водный баланс в организме.

6. Водно-дисперсные системы, их классификация