Краткий курс спортивной биохимии (857257), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Аминокислоты белки

Глюкоза ----------------------------------------à полисахариды

Жирные кислоты липиды

нуклеиновые кислоты

Сложные питательные вещ-ва Конечные продукты

служащие источником энергии

Углеводы СО2

Белки ----------------------------------------àNH3

Липиды Н2О

Анаболизм и катаболизм — разнонаправленные процессы и протекают независимо друг от друга. Однако они тесно взаимосвязаны между собой. Катаболические процессы поставляют метаболиты и энергию для процессов анаболизма. Анаболические реакции накапливают (запасают) сложные питательные вещества и энергию, что создает возможность дальнейших реакций катаболизма.

Скорость и сбалансированность анаболических и катаболических процессов зависят и от возраста и от двигательной активности человека. Так, у детей анаболические процессы преобладают над катаболическими. Это создает условия для роста организма накопления мышечной массы. Анаболические процессы протекают с большими затратами энергии, поэтому детям не рекомендуются тяжелые и длительные физические нагрузки, которые могут затормозить процессы роста.

После 17—20 лет, когда прекращаются процессы роста, устанавливается сбалансированность отдельных сторон обмена, как и у взрослых людей. Для взрослого организма характерно динамическое равновесие процессов синтеза (анаболизма) и распада (катаболизма). Это фиксируется по относительному постоянству массы тела.

В стареющем организме преобладают катаболические процессы, что

приводит к уменьшению содержания структурных белков, ферментов, гормонов и других функционально важных веществ. В связи с этим снижаются скоростно-силовые способности организма, возможности его приспособления и восстановления после физических нагрузок. Поэтому

стареющий организм плохо переносит максимальные, особенно силовые,

физические нагрузки. Однако умеренные физические нагрузки повышают

интенсивность обменных процессов и продлевают период высокой функциональной активности организма.

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.

31. Внутриклеточная локализация обменных процессов.

Каждую клетку можно рассматривать как самостоятельную химическую систему со своим обменом веществ, что позволяет тонко реагировать на изменение концентрации отдельных веществ во внутренней и внешней средах.

Для большинства клеток организма человека характерно присутствие восьми основных внутриклеточных компартментов: цитозоля, эндоплазматического ретикулума, ядра, митохондрий, аппарата Гольджи, рибосом, лизосом, пероксисом.

Клетка окружена плазматической мембраной, которая отделяет содержимое клетки от межклеточной среды и выполняет важную роль в метаболизме. Представляет собой трехслойную структуру, состоящую из липидного бислоя, который создает непроницаемый барьер для водорастворимых молекул, и слоя белков, которые как бы "вмонтированы" в липидный бислой. Многие белковые молекулы пронизывают мембрану насквозь и функционируют как поры или каналы, через которые транспортируются отдельные вещества в клетку и из нее. Другие белки могут находиться на одной поверхности бислоя липидов и участвовать в обменных процессах. Белки мембран служат рецепторами многих химических сигналов. На наружной поверхности плазматической мембраны всех ядерных клеток имеются углеводы, связанные с белками (гликопротеиды) или липидами (липопротеиды). Полагают, что углеводы участвуют в процессах межклеточного узнавания. Плазматическая мембрана имеет избирательную проницаемость для малых ионов и молекул простых веществ. Кроме того, она может поддерживать определенную концентрацию ионов внутри клетки, в частности Na+ и К+, что создает градиент концентрации этих ионов по сравнению с внеклеточной жидкостью, а также электрический потенциал на мембране. Плазматические мембраны участвуют в процессах секреции и поглощении больших молекул, а также в межклеточных взаимодействиях, распознавании внешних сигналов.

Цитоплазма (цитозоль) - часть внутриклеточного пространства, которое не занято органеллами. Цитоплазма, окружающая клеточные органеллы, называется цитозолем. Кроме того, в цитозоли содержатся тысячи белков-ферментов и белков цитоскелета, которые обеспечивают сохранение формы клетки и независимость обменных процессов, а также сложные углеводы (гликоген) и капельки жира. В цитозоли протекает большинство реакций промежуточного обмена: распад углеводов (гликолиз) и биосинтез белков на поверхности рибосом углеводов, жирных кислот.

Эндоплазматический ретикулум (саркоплазматический ретикулум в скелетных мышцах) состоит из многочисленных замкнутых мембранных образований в виде цистерн, трубочек и пластинок, которые разделяют клетку на отдельные отсеки. На ретикулуме протекают процессы синтеза различных липидов и сложных углеводов. На его шероховатой поверхности, где располагаются рибосомы, осуществляется биосинтез основных белков клетки. В саркоплазматическом ретикулуме мышц депонируются ионы кальция, которые при возбуждении мышц выбрасываются в цитоплазму и запускают процесс сокращения, а при расслаблении с участием фермента Са2+-АТФ-азы транспортируются снова в ретикулум. Следовательно, саркоплазматический ретикулум контролирует уровень свободного Са2+ в цитоплазме мышц.

Ядро является центром хранения наследственной информации, так как в нем находятся молекулы ДНК, в которых содержится генетический код человека. В ядре протекают процессы синтеза рибосом, рибонуклеиновых кислот, некоторых коферментов и других веществ. Окружено ядро двумя ядерными мембранами, имеющими поры. Ядерные поры обеспечивают избирательный транспорт различных веществ.

Митохондрии — это сложные двухмембранные структуры, в которых протекают процессы биологического окисления питательных веществ с участием кислорода, сопровождающиеся выделением тепловой энергии и образованием химической энергии АТФ. Их называют энергетическими станциями клетки.

Аппарат Гольджи, или пластический комплекс представляет собой стопку мембранных образований, в которых формируются структуры белков и некоторых других веществ, а также осуществляется их сортировка перед транспортом в разные места клетки.

Рибосомы — это клеточные органеллы, на которых происходит синтез белков. Каждая рибосома состоит из большой и малой субчастиц, которые после завершения синтеза полипептидной цепи белка распадаются.

Лизосомы — это мембранные органеллы, в которых содержатся гидролитические ферменты, называемые кислыми гидролазами (высокоактивны при рН около 5,0). Эти ферменты расщепляют белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулы, а также инородные частицы, бактерии. Лизосомы принимают участие и в регенеративных процессах.

Пероксисомы — это органеллы, представляющие собой маленькие пузырьки, в которых протекают процессы окисления различных веществ (SH2) с участием кислорода до перекисей водорода (Н2О2): SH2+О2 - S + Н2О2. В пероксисомах окисляется около половины жирных кислот до ацетил-КоА, а также обезвреживаются этанол, метанол и другие вредные вещества

32. Энергетический обмен. Гликолиз.

Организм человека получает энергию из внешней среды с растительной и животной пищей в виде углеводов, жиров и белков.

Осуществляется в цитоплазме с участием ферментов. Бескислородный этап энергетического обмена. Гликолиз – это анаэробный ферментативный путь расщепления глюкозы до молочной кислоты (лактата), сопровождающийся выделением энергии, запасаемой в виде АТФ.

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ ---- 2С3Н4О3 (пвк) +2Н2О + 2АТФ

С6Н12О6 --- 2С3Н4О3 (пвк, C3Н6О3 лактат) + 4Н + 2АТФ

Вызывает быстрое утомление, снижение работоспособности (закисление).

Молекула глюкозы превращается в две молекулы ПВК и две молекулы АТФ (в виде которой запасается примерно 40% энергии, выделившейся при гликолизе). Остальная энергия (около 60%) рассеивается в виде тепла. Получившаяся пировиноградная кислота при недостатке кислорода в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов, превращается в молочную кислоту C3H6O3.

.

33. Сопряжение окисления и фосфорилирования (ЦТК, дыхательная цепь).

Освобождаемая в реакциях биологического окисления энергия может рассеиваться в виде тепла или улавливаться в процессе синтеза макроэргических соединений. Поэтому выделяют свободное и сопряженное окисление.

Сопряженное окисление связано с переходом свободной энергии, выделяющейся в процессе биологического окисления, в доступную для использования форму энергии — макроэргические связи АТФ или другие виды энергии, например ионный градиент. Различают такие виды сопряженного окисления, как субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование.

Субстратное фосфорилирование — это синтез АТФ за счет перено-

са высокоэнергетического ортофосфата (Н3Р04) от окисляемого субстрата

на АДФ. Такое фосфорилирование происходит в основном в мышцах при

анаэробном окислении глюкозы с участием высокоспецифических ферментов. Примером может служить окисление 2-фосфоглицериновой кислоты в процессе превращения ее в пировиноградную кислоту. Механизм образования АТФ в этой реакции связан с внутримолекулярным окислением 2-фосфоглицериновой кислоты и превращением ее в макроэргическое соединение — фосфоэнолпировиноградную кислоту

За счет реакций субстратного фосфорилирования образуется сравнительно небольшое количество АТФ в клетке. Окислительное фосфорилирование — это синтез АТФ за счет энергии, которая выделяется при переносе электронов по дыхательной цепи от окисляемых питательных веществ к атомарному кислороду. Окислительное фосфорилирование является основным механизмом образования АТФ в аэробных условиях.

Субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование характеризуются разной степенью сопряженности между реакциями, протекающими с освобождением и накоплением энергии. При субстратном фосфорилировании окисление тесно связано с образованием первичного макроэргического соединения. При окислительном фосфорилировании окисление в дыхательной цепи непосредственно не связано с синтезом АТФ и первоначально используется для образования протонного потенциала, который в дальнейшем приводит к синтезу АТФ. Энергия протонного потенциала может затрачиваться и на другие виды работы, поэтому образование АТФ не является единственным и обязательным следствием окисления.

Цикл кребса. Окислительное декарбоксилирование, фосфолирирование. Аэробный, дыхание клеточное. Щавеливо-уксусная кислота 4С + Ацетил-КоА 2С -> лимонная кислота 6С -> изолимонная кислота 6 С (отщепляется НАД+, НАДН+Н+, СО2) -> альфа-кетоглутарат 5С (отщепляется НАД+, НАДН+Н+, СО2, CoA-SH)-> сукцинил-КоА 4С (отщепляется CoA-SH, Ф+АДФ) -> сукцинат, 4С -> фурмарат 4С -> малат яблочный 4С (отщепляется НАД+, НАДН+Н+).

В организме аминокислоты, жирные кислоты и пируват образуют ацетил-КоА. Когда ацетил-КоА попадает в митохондриальный матрикс, он связывается с молекулой оксалацетата и превращается в лимонную кислоту (цитрат). Цитрат, в свою очередь, под действием фермента аконитазы превращается в цис-аконитат, оставляя молекулу воды. Результатом этого цикла является образование CO2 и водорода, а также воды. Ионы на выходе из процесса участвуют в ресинтезе АТФ, что помогает организму восстановить еще один источник энергии - трифосфат аденозина.

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ ---- 6СО2 + 6Н2О + 38 АТФ

Окислительное фосфолирирование. Процесс образования АТФ, сопряженный с транспортом электронов по дыхательной цепи к кислороду, называется окислительным фосфорилированием: АДФ + Н3РО4 + AQ -» АТФ. Основным ферментом, который участвует в образовании АТФ, является Н-зависимая АТФ-синтетаза. Она пронизывает внутреннюю мембрану митохондрий в тех местах дыхательной цепи, где происходит значительное изменение свободной энергии, и аккумулирует энергию путем синтеза АТФ.

После ЦТК образуются молекулы водорода, которые из в межмембранного пространства через АФТ-синтетазу в митохондриях проходят положительнозаряженные Н к отрицательнозаряженным электронам. В следствие этого происходит образование АТФ в митохондриях.

34. ОБМЕН ЛИПИДОВ (ЖИРОВ)

Жиры поступают в организм с продуктами животного и растительного происхождения. Взрослому человеку требуется от 70 до 145 г жира в сутки (преимущественно в виде триглицеридов), в том числе 15 г ненасыщенных жирных кислот и 10 г фосфолипидов.

Суточная потребность в жире зависит от пола, климатических условий, двигательной активности или трудовой деятельности. Содержание жиров в организме взрослого человека в среднем составляет: у мужчин — 7—8 кг, у женщин — 5—6 кг, или 10—15 % от общей массы тела. При ожирении их содержание может достигать 30 % массы тела и более. Жиры обеспечивают 25—30 % потребности человека в энергии. Кроме того, с животными жирами в организм поступают жирорастворимые витамины A, D, Е и К, а с растительными маслами — ненасыщенные жирные кислоты (витамин F), которые являются предшественниками биологически активных веществ — простагландинов, а также исходным материалом для синтеза фосфолипидов и других веществ.

Поступившие в организм жиры пищи в желудочно-кишечном тракте подвергаются ферментативному расщеплению до структурных мономеров — глицерина, жирных кислот и других составных, которые всасываются в стенку кишечника. Частичный синтез триглицеридов происходит уже в слизистой оболочке кишечника. Из нее большая часть липидов поступает в лимфатическую систему кишечника, затем в ее грудной лимфатический проток, а из него — в кровь. Определенная часть триглицеридов поступает в жировые депо и печень. При потребности организма в энергии происходит их гидролиз с последующим окислением глицерина и жирных кислот. Основные этапы обмена липидов в организме схематически представлены на рис. 69.

Характеристики

Список файлов лекций