Краткий курс спортивной биохимии (Конспект), страница 7

Обмен жиров

35. ОБМЕН БЕЛКОВ.

Последовательность основных этапов превращения белков в организме человека схематически показана на рис 94.

Обязательным условием жизнедеятельности организма является постоянный биосинтез белка. Для обеспечения этого процесса необходимо поступление в организм белков с пищей. В желудочно-кишечном тракте белки пищи подвергаются ферментативному расщеплению (гидролизу) до структурных мономеров — аминокислот, способных проникать через стенку кишечника и всасываться в кровь. Кровью они доставляются в ткани, где используются в основном в биосинтезе индивидуальных белков организма и ряда других веществ, или подвергаются различным внутритканевым превращениям (переаминированию, дезаминированию, декарбоксилированию и др.), в результате чего образуются органические кислоты, ацетилКоА, амины, а также свободный аммиак (NH3 ), обладающий токсическим действием.

Ацетил-КоА далее может окисляться в цикле Трикарбоновых кислот до конечных продуктов распада С02 и Н20 с образованием АТФ. Аммиак обезвреживается в процессе синтеза мочевины и выводится из организма. Состояние обмена белков в организме человека может оцениваться по азотистому балансу. Азотистый баланс — это разница между количеством введенного с пищей и выведенного из организма азота в виде конечных продуктов его обмена, выраженная в граммах азота в сутки. Различают состояние азотистого равновесия, положительного и отрицательного азотистого баланса. Азотистое равновесие наблюдается в случаях, когда количество поступившего и выделенного из организма азота одинаковое. Такое состояние является физиологической нормой для здорового взрослого организма. Общее содержание азота в моче человека в норме составляет 10— 18г-сут~1 . Положительный азотистый баланс наблюдается при накоплении азота в организме. Такое состояние свидетельствует о том, что процессы синтеза преобладают над процессами распада белков в тканях. Это наблюдается в растущем организме, а также у спортсменов при долговременной адаптации к физическим нагрузкам, что связано с активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков. Положительный азотистый баланс можно достичь введением в организм анаболических веществ, которые стимулируют синтез белка. Отрицательный азотистый баланс имеет место при усиленном выведении азота из организма. Такой баланс наблюдается при недостаточном поступлении белков с пищей (полное или частичное белковое голодание), выполнении больших физических нагрузок, что ведет к распаду мышечных белков, а также при некоторых заболеваниях. Отрицательный азотистый баланс часто отмечается у людей пожилого возраста. Связано это с преобладанием катаболических процессов над скоростью синтеза белка даже на фоне достаточного поступления белка с пищей. Такое состояние сопровождается уменьшением массы тела человека. Мышечная деятельность различного характера вызывает изменение азотистого баланса, что необходимо учитывать в ходе тренировочного процесса для предупреждения истощения организма.

36. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

О бмен углеводов занимает центральное место в обмене веществ и энергии. Основные этапы обмена представлены на рис. 59.

Сложные углеводы пищи подвергаются расщеплению в процессе пищеварения до моносахаридов, в основном глюкозы. Моносахариды всасываются из кишечника в кровь и доставляются в печень и другие ткани, где включаются в промежуточный обмен. Часть поступившей глюкозы в печени и скелетных мышцах откладывается в виде гликогена либо используется для других пластических процессов. При избыточном поступлении углеводов с пищей они могут превращаться в жиры и белки. Другая часть глюкозы подвергается окислению с образованием АТФ и выделением тепловой энергии. В тканях возможны два основных механизма окисления углеводов — без участия кислорода (анаэробно) и с его участием (аэробно). Анаэробное окисление глюкозы, которое называется гликолизом, включает реакции постепенного превращения ее молекулы в пировиноградную кислоту, а затем при недостаточности кислорода в тканях — в молочную кислоту. Этот процесс сопровождается образованием АТФ и выделением тепловой энергии. Гликолиз протекает преимущественно в скелетных мышцах при интенсивных физических нагрузках или в условиях гипоксии. Образовавшаяся молочная кислота из мышц поступает в кровь, доставляется в печень, где аэробно окисляется или используется для новообразования глюкозы. Аэробное окисление глюкозы — многостадийный процесс распада ее молекулы до конечных продуктов метаболизма СО2 и Н2О с высвобождением энергии. Это основной механизм энергообразования во многих тканях, особенно в мозге, для которого глюкоза является главным энергетическим субстратом. Глюкоза может окисляться по пентозофосфатному пути, который генерирует энергию в виде НАДФН2 , используемую для биосинтеза веществ, и приводит к образованию рибозы и других пентоз. Важным звеном обмена углеводов в тканях организма является процесс новообразования глюкозы из неуглеводных веществ (глюконеогенез).

37. Изменение обмена веществ при физической нагрузке.

изменения в обмене веществ обусловлены изменениями в эндокринной системе. Повышается тонус вегетативной нервной системы и активность надпочечников.

В то же время, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система активируется в ответ на стрессовую реакцию, которая развивается во время физнагрузки. Кортизол и циркулирующие катехоламины вызывают изменения в обмене веществ. Их эффекту способствует секреция глюкагона и подавленная секреция инсулина. Это вызывает сложный нейроэндокринный ответ, который приводит к состоянию клеточного голодания.

Стимулируются процессы мобилизации и формирования субстратов для катаболизма - гликогенолиза печени и мышц, липолиза и глюконеогенеза. В результате концентрация свободных жирных кислот и глицерина в крови увеличивается. При очень интенсивных и кратковременных нагрузках основным источником энергии для сокращения мышц являются запасы АТФ и креатинфосфата, энергия которых выделяется с высокой скоростью. В течение нескольких минут анаэробный гликолиз обеспечивает энергию, необходимую для производства лактата. Этот лактат используется в качестве источника энергии в других мышцах и миокарде, направленного на гликогеногенез в печени и почках.

В случае длительных физнагрузок основная часть потребления энергии происходит за счет аэробных процессов, скорость потока которых ниже. В начале и в печени преобладает гликогенолиз.

38. Строение мышц и мышечного волокна. Биохимия мышечного сокращения.

Морфологическое строение мышечной клетки подобно строению клеток других тканей. Однако в связи с выполнением специфической сократительной функции она имеет некоторые особенности. Мышечная клетка окружена электровозбудимой поверхностной мембраной — сарколеммой. На сарколемме находятся места контакта с окончаниями двигательных нервов — синапсы (нервно-мышечные соединения

Сарколемма обладает избирательной проницаемостью для различных веществ и имеет транспортные системы, с помощью которых поддерживается разная концентрация ионов Na+ и К+ , а также СГ внутри клетки и в межклеточной жидкости, что приводит к возникновению на ее поверхности мембранного потенциала. Образование мембранного потенциала действия под влиянием нервного импульса — необходимое условие возникновения возбуждения мышечного волокна. Внутреннее пространство мышечного волокна заполнено внутриклеточной жидкостью — саркоплазмой. Около 80 % объема волокна занимают длинные сократительные нити — миофибриллы. Миофибриллы — это сократительные элементы мышечного волокна количество которых может достигать нескольких тысяч. Под микроскопов миофибриллы имеют поперечную исчерченность в виде повторяющихся темных и светлых участков или дисков (рис. 115). Темные участки, илг Л-диски в центре имеют более светлую Н-зону, посредине которой проходит темная /И-линия. Светлые участки, или /-диски в центре пересекаются узкой Z-линией (Z-мембраной). Участок миофибриллы между двумя Z-мембранами называется саркомером. Это наименьшая сократительная единица мышцы. Саркомеры следуют друг за другом вдоль миофибриллы, повторяясь через каждые 1500—2300 нм. В миофибрилле может находиться несколько сотен саркомеров. От их длины и количества в миофибрилле зависят скорость и сила сокращения мышцы. Исчерченность мышц, видимая под световым микроскопом, — результчат высокой их организации, когда большинство мышечных клеток выстраивается таким образом, что их саркомеры располагаются параллельно друг другу. Исследования поперечных срезов миофибрилл под электронным микроскопом показали, что каждая миофибрилла состоит из многочисленных параллельных толстых и тонких мышечных нитей, или филаментов, которые придают мышцам продольную исчерченность. Толстые нити находятся в Л-дисках и состоят из белка миозина. Тонкие нити находятся в /-дисках и содержат белки актин, тропомиозин и тропонин. Располагаются тонкие нити вокруг толстого (миозинового) филамента по углам шестигранника таким образом, что каждая тонкая нить занимает симметричное положение между тремя толстыми нитями, а каждая толстая нить симметрично окружена шестью тонкими нитями (см. рис. 115). Толстые и тонкие нити миофибрилл взаимодействуют между собой посредством поперечных мостиков, расположенных вдоль толстой миозиновой нити.

При сокращении мышцы длина толстых и тонких нитей не изменяется, а укорачивается расстояние между Z-мембранами в саркомерах. Следовательно, изменение длины мышцы является результатом скольжения толстых и тонких нитей относительно друг друга, сопровождающегося изменением степени взаимного перекрывания толстых и тонких нитей. Напряжение, развивающееся при сокращении мышцы, пропорционально степени перекрывания толстых и тонких нитей, а также числу образованных поперечных мостиков. Саркомеры при максимальном сокращении мышцы укорачиваются на 20—50 %, при пассивном растягивании могут удлиняться до 120 % нормальной длины.

39. Свойство и структурная организация сократительных белков.

Клетки скелетных мышц и других тканей, которые обеспечивают процессы движения, содержат сократительные белки — миозин и актин (см. главу 14). Миозин является высокомолекулярным фибриллярным белком с молекулярной массой 490 000. Фибриллярная нить миозина достаточно длинная (около 160 нм) и неоднородна. Она имеет утолщение — головку и длинный хвост, состоящий из двух полипептидных цепей, закрученных относительно друг друга в двойную спираль (рис. 90, а). Головка имеет глобулярную форму и выступает относительно основной части белка. На ней находятся центры связывания с актином и с АТФ. Часть молекулы миозина в области головки обладает ферментативной аденозинтрифосфатазной активностью (АТФ-аза), способной расщеплять АТФ до АДФ и фосфата (Н3РО4 ) с высвобождением энергии. Длинный "хвост" молекулы миозина состоит из легкого и тяжелого меромиозина. Последний имеет гибкие шарнирные участки, которые играют важную роль в образовании толстых миозиновых нитей миофибрилл и в сокращении мышц. Многочисленные молекулы миозина образуют толстые нити в миофибриллах скелетных мышц. Актин — это высокомолекулярный белок с молекулярной массой 46 000. Он существует в двух формах: глобулярной (G-актин) и фибриллярной (F-актин). Эти формы актина могут взаимопревращаться (рис. 90, б). G-актин способен прочно связывать ионы Са2+ и одну молекулу АТФ или АДФ. Расщепляя АТФ, G-актин превращается в полимер фибриллярной структуры. Такой переход осуществляется в присутствии ионов К+ и Мд2+ . В скелетных мышцах фибриллярная форма актина образует двухцепочную скрученную нить, которая является основой тонкой нити миофибрилл.

40. Системы энергообеспечения работающих мышц.

Для сокращения / расслабления / статического сокращения мышц необходим лишь один источник энергии – АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). АТФ – это высокоэнергетическое соединение, которого по умолчанию в мышцах находиться очень мало. Когда его запасы исчерпываются (после нескольких движений) для дальнейшего сокращения мышц необходимо восстановить АТФ. Поэтому основная цель всех механизмов энергообеспечения мышечной деятельности это ресинтез АТФ. Таких механизмов известно 5:

• Креатинфосфокиназный механизм ресинтеза АТФ, его еще называют креатинфосфатным (КрФ).
• Анаэробный гликолитический.
• Миокиназный.
• Аэробный гликолитический.
• Липолитический.

Первые три относятся к безкислородным, или анаэробным, остальные функционируют при участии кислорода. Для всех механизмов энергообеспечения мышечной деятельности характерны такие свойства как емкость (время работы), мощность и скорость развертывания (скорость выхода на максимальную мощность).