ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет Красноярск, 2008 Институт фундаментальной биологии и биотехнологии

Биохимия Факультет физической культуры и спорта Направление «Физическая культура» Т. Н. Замай

УДК577.1 ББК З-26 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия» подготовлен в рамках реализации в 2007 г. программы развития ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» на 2007–2010 гг. по разделу «Модернизация образовательного процесса». Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин Замай, Т. Н. З-26Биохимия. Презентационные материалы. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : наглядное пособие / Т. Н. Замай. – Электрон. дан. (5 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, – (Биохимия : УМКД / рук. творч. коллектива Т. Н. Замай). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 5 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft PowerPoint 2003 или выше. ISBN (комплекса) ISBN (пособия) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» от г. (комплекса) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» от г. (пособия) Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Биохимия», включающего учебную программу, учебное пособие, методические указания по самостоятельной работе, методические указания по лабораторным работам, организационно-методические указания, а также контрольно-измерительные материалы «Биохимия. Банк тестовых заданий». Представлена презентация (в виде слайдов) теоретического курса «Биохимия», охватывающая все темы данной дисциплины. Предназначено для студентов направлений подготовки бакалавров «Физическая культура» и специалистов «Физическая культура и спорт» укрупненной группы «Гуманитарные науки». © Сибирский федеральный университет, 2008 Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм. Подп. к использованию Объем 5 Мб Красноярск: СФУ, , Красноярск, пр. Свободный, 79

4 Оглавление ЧАСТЬ 1. Статическая биохимия ЧАСТЬ 2. Динамическая биохимия ЧАСТЬ 3. Спортивная биохимия

5 БИОХИМИЯ ЧАСТЬ 1 Статическая биохимия. Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов

6 Оглавление 1.1. Строение, свойства, биологическая роль углеводовСтроение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 1.2. Строение, свойства, биологическая роль белковСтроение, свойства, биологическая роль белков 1.3. Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидовСтроение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 1.4. Витамины, ферментыВитамины, ферменты 1.5. Гормоны, биологическая роль, классификация, механизмГормоны, биологическая роль, классификация, механизм действия

Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 8 Механизмы преобразования энергии в организме человека при мышечной деятельности. Регуляция синтеза белка при мышечной нагрузке. Механизмы нервной и гормональной регуляции обмена веществ при мышечной деятельности. Закономерности биохимической адаптации к систематической мышечной деятельности. Основные проблемы спортивной биохимии

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 9 Выявление и оценка биохимических факторов, лимитирующих уровень спортивных достижений; Изучение биохимических сдвигов у спортсменов в процессе тренировочных занятий; Изучение биохимических характеристик восстановительных процессов после соревновательных и тренировочных нагрузок; Установление биохимических критериев, оценивающих эффективность тренировочного процесса, а также целесообразность применения специальных средств, направленных на повышение работоспособности и ускорение восстановительных процессов. Важнейшие задачи спортивной биохимии:

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 10 Биохимия спорта Биохимия мышечной активности человека Теория и методика спорта Физиология спорта Гигиена спорта Спортивная морфология. Биомеханика физических упражнений Спортивная медицина Взаимосвязь спортивной биохимии с другими науками

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 11 Первая важная аксиома молекулярной логики живого: живые организмы создают и поддерживают присущую им упорядоченность за счет внешней среды, степень упорядоченности которой в результате этого уменьшается. Вторая аксиома молекулярной логики живого включает положение о том, что клетка – неравновесная открытая система, машина для извлечения из внешней среды свободной энергии, в результате чего происходит возрастание энтропии среды. Третья важная аксиома: живая клетка является изотермической химической машиной. Превращение энергии в живых клетках

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 12 Энергетическая функция (главный вид клеточного топлива). Структурная функция (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур). Защитная функция (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета). Биологические функции углеводов

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 13 Моносахариды Н Н Н Н Н Н Н Н ОН О О ( СН 2 ОН) С С С С С С Альдегидная группа Кетогруппа Первичная спиртовая группа Глицеральдегид Диоксиацетон

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 14 Моносахариды Н Н ОН С С СН 2 ОН СНО D(+)-глицеральдегид L(-)-глицеральдегид

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 15 Энантиомеры НСОН НОСН СН 2 ОН СНО D-глюкоза L-глюкоза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 16 Представители моносахаридов НСОН НОСН С О СН 2 ОН СНО D-фруктоза D-рибоза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 17 5-членные кольца сахаров – фуранозы Н С ОН СН 2 ОН С О D-рибоза Н Н Н ОН Н Н О Фураноза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 18 6-членные кольца сахаров – пиранозы Н С ОН ОН С Н Н С ОН СН 2 ОН С О D-глюкоза Н Н Н Н ОН Н Н О Пираноза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 19 Пиранозные кольца могут принимать формы кресла и лодки СН 2 ОН Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ОН ОО Ось «Лодка» «Кресло»

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 20 Олигосахариды Глюкоза + Глюкоза = Мальтоза Глюкоза + Галактоза = Лактоза Глюкоза + Фруктоза = Сахароза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 21 Олигосахариды ОН НО О ОН О О О О Н 2 О Н2ОН2О +Н 2 О КонденсацияГидролиз Моносахарид Дисахарид 1,4-гликозидная связь

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 22 Олигосахариды СН 2 ОН НОСН 2 Н Н Н Н Н Н Н О Н ОН О О Сахароза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 23 Полисахариды (гликаны) СН 2 ОН О О О О ОН О О О Целлюлоза … …

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 24 Полисахариды (гликаны) СН 2 ОН СН 2 -О СН 2 ОН О О О О ОО ОН О ОО О О Амилопектин … … …

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 25 Мукополисахариды (гликозамингликаны) Н Н Н Н Н Н Н NН Н Н ОН...О О О О О О... СООН СН 2 ОН С СН 3 n Ацетилглюкозамин Глюкуроновая кислота

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 26 С СН 3 Мукополисахариды (гликозамингликаны) Н Н Н Н Н Н Н NН Н Н ОН НО ОН...О О О О О О О О О... СООН СН 2 ОН n Ацетилглюкозамин Глюкуроновая кислота S Серная кислота

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 27 СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О Уксусная кислота Этиловый спирт Этилацетат – СОО – это сложноэфирная связь. Этерификация Кислота + Спирт Сложный эфир + Вода

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 28 Структурная функция (обязательные компоненты биологических мембран); Энергетическая функция (эффективный источник энергии в клетке); Служат формой, в которой транспортируется это топливо; Выполняют защитную функцию (в клеточных стенках бактерий, в листьях высших растений, в коже позвоночных); Некоторые вещества, относимые к липидам, обладают высокой биологической активностью – это витамины и их предшественники, некоторые гормоны. Биологическая роль липидов

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 29 Жирные кислоты СН СООН Пальмитиновая кислота Олеиновая кислота

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 30 Нейтральные липиды Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ОН О О О О О О О О С СС С С С С С С R R 1 R 2 R 3 С С С С Глицерол 1-моноацилглицерин Триацилглицерин

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 31 Нейтральные диольные липиды СН 2 ОН СН 2 О СН 2 ОН СНОН СН 2 ОН СН 2 (СН 2 ) 7 СН 3 С О Этандиол (этиленгликоль) 1,2-пропандиол Моноолеатэтиленгликоля

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 32 Нейтральные плазмалогены Н Н О О СН 2 О С С С С R1R1 R2R2 R3R3 СНО Плазмоген (R – ненасыщенный алифатический спирт, R 1, R 2 – жирные кислоты)

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 33 Воска O || СН 3 (СН 2 ) n – С – О – СН 2 (СН 2 ) m СН 3

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 34 Гликолипиды ОН О ОX О О О О О СН 2 ОН СНОН СН (СН 2 ) 12 СН 2 СН 3 С С С P R2R2 R1R1 НСNH 2 Сфингозин Изопрен Глицерофосфолипид

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 35 Стероиды Циклопентапергидрофенантрен

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 36 Стероиды Холестерин CH 3 HO CH 3 HC–CH 3 CH 2 HC–CH 3 CH 3

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов 37 Терпены CH 3 | Н 2 С=ССН=СН 2 Изопрен

Строение, свойства, биологическая роль белков

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 39 Общая формула аминокислот RCHCOO– NH 3 +

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 40 неполярные, или гидрофобные (аланин, валин, лейцин, изолейцин, пролин, фенилаланин, триптофан, метионин); полярные, но незаряженные (глицин, серин, треонин, цистеин, тирозин, аспарагин, глутамин); положительно заряженные (лизин, гистидин, аргинин); отрицательно заряженные (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота). Аминокислоты подразделяются на 4 основные класса:

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 41 Н Н N Н Н + О О С С R Нейтральная цвиттерионная форма аминокислоты NH 2, основная группа, обладает сильным сродством с Н + -ионамами СООН, кислотная группа, диссоциирует с высвобождением Н + -ионов

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 42 Пептидные связи Н Н Н Н N N N N Н Н Н Н Н Н Н ОН Н2ОН2О О О О О С С С С С С С С Конденсация Дипептид Пептид R1R1 R2R2 R1R1 R2R2

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 43 Связи, стабилизирующие белковую молекулу N Н N Н Н N О О О С С СН С Часть молекулы полипептида R1R1 R2R2 R3R3

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 44 Связи, стабилизирующие белковую молекулу Н Н N Н + + О О С СОО Н 3 N – – + Ионная связь

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 45 Связи, стабилизирующие белковую молекулу SН S S НS Дисульфидная связь Окисление Восстановление

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 46 Связи, стабилизирующие белковую молекулу Водородная связь Локализованное электростатическое притяжение – ОН ОС Электроположительные водородные атомы, соединенные с кислородом или азотом в группах –ОН или –NH, стремятся обобществить электроны с находящимся по соседству электроотрицательным атомом кислорода, например, с кислородом группы =СО.

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 47 Последовательность аминокислот для каждого белка уникальна и закреплена генетически Первичная структура характеризует последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, связанных ковалентными связями Трипептид: глицилаланиллизин N конец NH 2 CH 2 C N CH C N CH COOH C конец O OH(CH 2 ) 4 NH 2 H СH 3

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 48 Вторичная структура белка α-спиральβ-складчатая структура

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 49 Характерные мотивы укладки белковой цепи в α-, β-, α/β-, и α+β-белках

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 50 Третичная структура белка Доменное строение глобулярных белков (по А. А. Болдыреву)

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 51 Четвертичная структура белка а – гемоглобин, состоящий из четырех субъединиц (двух α-цепей и двух β-цепей), б – одна субъединица, в – простетическая группа гемоглобина а б в

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 52 Сложные белки Липопротеины

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 53 Сложные белки Гликопротеины (иммуноглобулин М)

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 54 Сложные белки Схематическое изображение структур протеогликанов: 1 – протеогликан хряща; 2 – протеогепарин; 3 – протеодерматансульфат с олигосахаридами муцинового типа; 4 – протеохондроитинсульфат или протеодерматансульфат небольшой молекулярной массы; 5 – протеокератансульфат роговицы; 6 – протеогепарансульфат клеточной поверхности Протеогликаны

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 55 Сложные белки (металлопротеины) Цитохром сФерритин

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль белков 56 Сложные белки (нуклеопротеины) Модель вируса мозаичной болезни табака: а – спираль РНК; б – субъединицы белка

Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 58 Строение нуклеотидов. Компоненты нуклеотидов Пиримидин С 4 Н 4 N 2 – шестичленный гетероцикл с двумя атомами азота Пурин С 5 H 4 N 4 – соединение, в котором сочетаются структуры шести- и пятичленного гетероциклов, с двумя атомами азота

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 59 Строение нуклеотидов. Компоненты нуклеотидов 2 вида нуклеиновых кислот – рибонуклеиновая кислота (РНК), которая содержит рибозу, и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), в которой на один атом кислорода меньше НОСН 2 Н Н Н Н Н Н ОН Н Н Н ОО Рибоза Дезоксирибоза

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 60 Образование нуклеотида СН 2 N N N N NН2Н2 Н Н ОН Н О ОО О О О НО О Р Р Р Аденозинтрифосфорная кислота

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 61 Структурная формула никотинамиддинуклеотида (НАД)

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 62 Фрагмент полинуклеотида

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 63 Структура ДНК Вторичная структура ДНК Схема многостадийной упаковки молекулы ДНК в хромосому

Статическая биохимия Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов 64 Структура РНК Транспортная РНК

Витамины, ферменты

Статическая биохимия Витамины, ферменты 66 Водорастворимые витамины Витамин В1 (тиамин)

Статическая биохимия Витамины, ферменты 67 Водорастворимые витамины N N N N N СН 2 СН 2 ОН (НОСН) 3 NН Н3СН3С Н3СН3С О О Витамин В2 (рибофлавин)

Статическая биохимия Витамины, ферменты 68 Витамин РР (В5). Никотинамид N N N N С С NН2Н2 ОН ОО Никотиновая кислота Никотинамид

Статическая биохимия Витамины, ферменты 69 Водорастворимые витамины N СН 3 СН 2 ОН ОН Витамин В6 (пиридоксин) НОН 2 С

Статическая биохимия Витамины, ферменты 70 Витамин В12 (антианемический витамин, кобаламин)

Статическая биохимия Витамины, ферменты 71 Витамин C (аскорбиновая кислота)

Статическая биохимия Витамины, ферменты 72 Водорастворимые витамины Н2СН2С НN NН НС СН С Н С Н2Н2 С Н2Н2 Н2Н2 C Н2Н2 C ОН S О О Витамин Н (биотин)

Статическая биохимия Витамины, ферменты 73 Водорастворимые витамины N N N N СН 2 СН СН 2 СО СООН NН NН Н2Н2 N ОН Фолиевая кислота

Статическая биохимия Витамины, ферменты 74 Жирорастворимые витамины Н3СН3С СН 3 СН 2 ОН Витамин А (ретинол)

Статическая биохимия Витамины, ферменты 75 Жирорастворимые витамины НС СН СН 3 СН СН 2 С Витамин D (антирахитический) НО

Статическая биохимия Витамины, ферменты 76 Жирорастворимые витамины СН ) 3 СН 3 СН 3 Н3СН3С ( СН 2 СН 2 Витамин Е (токоферол) НО О

Статическая биохимия Витамины, ферменты 77 Ферменты Наиболее крупный специализированный класс белковых молекул, катализирующих химические реакции, из которых слагается клеточный обмен. Белки, увеличивающие скорости биохимических реакций в 1010 раз по сравнению со скоростями тех же реакций в отсутствие ферментов.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 78 Химическая кинетика В соответствии с законом действующих масс для реакции А + В С + Д скорость может выражаться уравнением v = К [A] · [B], где v – скорость реакции; К – константа скорости, отражающая влияние химической природы вещества и условий, в которых протекает реакция, на ее скорость; [A] и [B] – концентрация реагентов.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 79 Кинетика ферментативных реакций Вещества, реакцию превращения которых ускоряют ферменты (E), называются субстратами (S). В ходе ферментативной реакции образуется фермент- субстратный комплекс (ES). Фермент-субстратный комплекс становится нестабильным и затем преобразуется в комплекс «фермент – продукт», который распадается на фермент и продукты реакции (P): S + E ES E + P.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 80 Кинетика ферментативных реакций Действие ферментов как катализаторов обладает некоторыми особенностями: фермент не способен вызвать новую химическую реакцию, он ускоряет уже идущую; фермент не изменяет направление реакции, определяемое концентрациями реагентов, катализирует как прямую, так и обратную реакции.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 81 Константа Михаэлиса K m V max Насыщение активных центров Скорость реакции Не все активные центры заняты Концентрация субстрата [S]

Статическая биохимия Витамины, ферменты 82 Фермент увеличивает скорость реакции понижая свободную энергию переходного состояния путем стабилизации активированного комплекса; увеличивая энергию субстрата, когда тот связывается с ферментом при образовании фермент-субстратного комплекса; поддерживая микроокружение активного центра в состоянии, отличном от такового в водной среде; располагая реагирующие атомы в правильной ориентации и на необходимом расстоянии друг от друга так, чтобы обеспечить оптимальное протекание реакции.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 83 Классификация активности ферментов Оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные реакции) Оксидоредуктазы осуществляют перенос атомов Н и О или электронов от одного вещества к другому. Дегидрогеназы катализируют окислительно- восстановительные реакции, происходящие путем отнятия электронов и протонов от одного субстрата и переноса их на другой: АН + В А + ВН. Оксидазы катализируют перенос водорода с субстрата на кислород: АН 2 +1/2 О 2 А + Н 2 О Гидроксилазы и оксигеназы ускоряют некоторые реакции биологического окисления, протекающие с присоединением гидроксила или кислорода к окисляемому веществу.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 84 Классификация активности ферментов Трансферазы (перенос функциональных групп) Ускоряют перенос определенной группы атомов от одного вещества к другому: АВ + С А + ВС Метилтрансферазы переносят метильную группу, Ацилтрансферазы – кислотный остаток (ацил), Гликозилтрансферазы – моносахаридный остаток (гликозил), Аминотрансферазы – аминную группу, Фосфотрансферазы – остаток фосфорной кислоты (фосфорил).

Статическая биохимия Витамины, ферменты 85 Классификация активности ферментов Гидролазы (реакции гидролиза) Ускоряют реакции гидролиза, при которых из субстрата образуются 2 продукта. К гидролазам относятся все пищеварительные ферменты: АВ + Н 2 О АОН + ВН Эстеразы ускоряют гидролиз сложных эфиров (различных липидов) на спирты и кислоты. Фосфатазы катализируют гидролитическое отщепление фосфорной кислоты от нуклеотидов и фосфорных эфиров углеводов. Глюкозидазы ускоряют гидролиз сложных углеводов. Пептидгидролазы ускоряют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 86 Классификация активности ферментов Лиазы Лиазы ускоряют негидролитическое присоединение к субстрату или отщепление от него группы атомов. При этом могут разрываться связи: С–С, С–N, C–O, C–S.

Статическая биохимия Витамины, ферменты 87 Классификация активности ферментов Изомеразы (реакции изомеризации) Внутримолекулярные перестройки: АВ ВА

Статическая биохимия Витамины, ферменты 88 Классификация активности ферментов Лигазы (образование связей за счет АТФ) Лигазы катализируют реакции синтеза высокомолекулярных полимеров из мономеров за счет энергии гидролиза АТФ: X + Y + АТФ XY + AДФ + Фн

Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 90 Гормоны Гормоны – это биологически активные вещества, синтезируемые эндокринными железами, выделяемые ими в кровь или лимфу и регулирующие внутриклеточный метаболизм. Гормональная регуляция биологических процессов есть высшая форма гуморальной регуляции. Гормоны обладают специфичностью и воздействуют только на те клетки-мишени, которые обладают специальными рецепторами белковой или липопротеиновой природы, реагирующими с данным гормоном.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 91 Механизм действия гормонов Гормоны регулируют метаболизм клеток-мишеней через изменение активности ферментных систем: путем изменения индукции ферментов; путем изменения проницаемости плазматических мембран; путем изменения количества ц-АМФ.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 92 Гормоны гипоталамуса Гормоны гипоталамуса являются относительно простыми по структуре олигопептидами. К ним относятся: кортиколиберин, тиролиберин, люлилиберин, фоллиберин, соматолиберин, соматостатин, пролакстатин, пролактолиберин, меланолиберин, меланостатин.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 93 Гормоны гипофиза Гипофиз синтезирует тропные и эффекторые гормоны Тропные гормоны: АКТГ (адренокортикотропный гормон) – пептид, регулирующий биосинтез и секрецию гормонов коры надпочечников; ТТГ (тиреотропный гормон) – гликопротеид, регулирующий биосинтез и секрецию гормонов щитовидной железы; ФСГ (фолликулостимулирующий гормон), ЛГ (лютеинизирующий гормон) – гликопротеиды, регулирующие биосинтез и секрецию гормонов половых желез.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 94 Гормоны гипофиза Гипофиз синтезирует тропные и эффекторые гормоны Эффекторные гормоны АДГ (антидиуретический гормон, вазопрессин) – простой пептид, регулирующий водный обмен, уменьшает мочеотделение. Окситоцин – простой пептид, вызывающий сокращение матки во время родов и активное выделение молока молочными железами. Меланостимулирующий гормон – простой пептид, регулирующий сезонное окрашивание кожи, шерсти. Пролактин – простой белок, регулирующий выделение молока молочными железами при кормлении. Гормон роста (соматотропный ) – простой белок, регулирующий рост тела в длину, усиливает процессы анаболизма.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 95 Гормоны поджелудочной железы Гормоны поджелудочной железы инсулин (белок из 51 аминокислотного остатка) и глюкагон (одноцепочечный полипептид из 29 аминокислотных остатков) не находятся под контролем гормонов гипофиза. Секреция гормонов регулируется содержанием глюкозы в крови.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 96 Гормоны щитовидной железы Тиреоидные гормоны Тироксин и трийодтиронин являются производными аминокислотами тирозина и содержат в своем составе 4 и 3 атома йода соответственно. Тиреоидные гормоны регулируют активность ферментных систем обмена углеводов и липоидов, синтеза белка, интенсивность транспорта субстратов и кофакторов, биоэнергетические процессы.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 97 Гормоны коры надпочечников Секреция гормонов коры надпочечников регулируется адренокортикотропным гормоном (АКТГ) гипофиза. Из коры надпочечников выделено 46 соединений стероидной природы, производных циклопентапергидрофенантрена. Они подразделяются на 3 функциональные группы – глюкокортикоиды, минералокортикоиды и половые гормоны.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 98 Гормоны мозгового вещества надпочечников Гормоны мозгового вещества надпочечников – адреналин и норадреналин (катехоламины).

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 99 Гормоны половых желез Мужские половые гормоны (андрогены) образуются в семенниках, женские половые гормоны (эстрогены, прогестины) продуцируются преимущественно в яичниках. Половые гормоны являются производными циклопентапергидрофенантрена.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 100 Гормоны паращитовидной железы Паращитовидные железы секретируют 2 гормона (паратгормон и кальцитонин), которые вместе с витамином Д обеспечивают регуляцию кальциевого обмена.

Статическая биохимия Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 101 Гормоны тимуса (вилочковой железы) В тимусе продуцируется 5 гормонально-активных факторов (полипептидов по природе): тимозин, гомеостатический тимусный гормон, тимопоэтины 1 и 11, тимусный гуморальный фактор. Основная функция гормонов вилочковой железы – регуляция созревания определенных популяций лимфоидных клеток, то есть участие в регуляции функционирования иммунной системы.

102 БИОХИМИЯ ЧАСТЬ 2 Динамическая биохимия

103 Оглавление 2.1. Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пируватаПереваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 2.2. Аэробный метаболизм углеводовАэробный метаболизм углеводов 2.3. Липидный обменЛипидный обмен 2.4. Белковый обменБелковый обмен 2.5. Интеграция клеточного обменаИнтеграция клеточного обмена

Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 105 В обмене веществ выделяют внешний обмен и промежуточный. Внешний обмен – внеклеточное переваривание веществ на путях их поступления и выделения из организма. Промежуточный обмен – совокупность всех ферментативных реакций в клетке. Метаболические пути и обмен энергии

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 106 Метаболизм выполняет 4 основные функции: 1)извлечение энергии из окружающей среды (либо в форме химической энергии органических веществ, либо в форме энергии солнечного света); 2)превращение экзогенных веществ в строительные блоки – в предшественников макромолекулярных компонентов клетки; 3)сборку белков, нуклеиновых кислот, жиров и др. клеточных компонентов из этих строительных блоков; 4)синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций данной клетки. Метаболические пути и обмен энергии

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 107 Метаболические пути: 1)катаболические; 2)анаболические; 3)амфиболические. Метаболические пути и обмен энергии

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 108 Катаболизм включает 3 основных этапа: 1)крупные пищевые молекулы расщепляются на составляющие их строительные блоки (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и др.); 2)продукты, образовавшиеся на 1-й стадии, превращаются в более простые молекулы, число которых невелико – ацетил-КоА и др.; 3)эти продукты окисляются до СО 2 и воды. Метаболические пути и обмен энергии

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 109 Анаболические пути – это ферментативный синтез сравнительно крупных клеточных компонентов из простых предшественников. Процессы связаны с потреблением свободной энергии, которая поставляется в форме энергии фосфатных связей АТФ. Анаболизм включает в себя также 3 стадии, в результате чего образуются биополимеры. Метаболические пути и обмен энергии

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 110 Амфиболические пути – двойственные. Связывают катаболические и анаболические пути. Метаболические пути и обмен энергии

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 111 Полисахариды и олигосахариды распадаются до более простых соединений путем гидролиза. Расщепление крахмала и гликогена начинается в полости рта под действием амилазы слюны, относящейся к классу гидролаз, подклассу гидролаз гликозидов. Известны 3 вида амилаз, различающиеся по конечным продуктам: -амилаза, -амилаза и -амилаза. Переваривание углеводов

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 112 Продукты полного переваривания углеводов – глюкоза, галактоза, фруктоза – через стенки кишечника поступают в кровь. Моносахариды поступают через клеточные мембраны путем облегченной диффузии, с участием специальных переносчиков. Для переноса глюкозы и галактозы существует активный транспорт по механизму симпорта. Всасывание моносахаридов

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 113 Гликолиз – центральный путь катаболизма глюкозы в животных, растительных клетках и микроорганизмах. Это наиболее древний путь, в результате которого глюкоза подвергается анаэробному расщеплению. Может протекать в клетке в аэробных и анаэробных условиях. Гликолиз

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 114 АТФ – стандартная единица, в виде которой запасается высвобождающаяся при дыхании энергия. Гликолиз Аденозинтрифосфорная кислота

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 115 (АТФ) Аденозин – Ф ~ Ф ~ Ф Высокоэнергетическая связь +Н 2 О Гидролиз (АДФ) Аденозин – Ф ~ Ф + Ф + 30,6 кДж/моль Работа Гликолиз

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 116 Аэробные условияАнаэробные условия Гликолиз Глюкоза Продукты брожения Брожение Глюкоза Продукты брожения Брожение СО 2 + Н 2 О Дыхание О2О2 2 ЛактатГлюкоза Брожение и дыхание

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 117 С 6 Н 12 О 6 + 2Фн + 2АДФ 2СН 3 СНОНСООН + 2АТФ + 2Н 2 О Глюкоза 2 Лактат G1` = – 47,0 ккал 2Фн + 2АДФ 2АТФ + 2Н 2 О G2` = +27,30 = +14,6 ккал Суммарная реакция: Глюкоза + 2Фн + 2АДФ 2Лактат + 2АТФ + 2Н 2 О Gs` = G1` + G2` = – 47,0 + 14,6 = – 32,4 ккал Гликолиз

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 118 AТФ + D-глюкоза АДФ + D-глюкозо-6-фосфат, G = – 4 ккал Ферментативные реакции первой стадии гликолиза

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 119 Гликолиз

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 120 Превращение глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат D-глюкозо-6-фосфат D-фруктозо-6-фосфат, G = + 0,4 ккал

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 121 АТФ + фруктозо-6-фосфат АДФ + фруктозо-1,6-дифосфат, G = – 3,4 ккал Образование фруктозо-1,6-дифосфата

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 122 Расщепление фруктозо-1,6-дифосфата Фруктозо-1,6-дифосфат Диоксиацетонфосфат + D-глицеральдегид-3-фосфат, G = +5,73 ккал

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 123 Взаимопревращение триозофосфатов Диоксиацетонфосфат D-глицеральдегид-3-фосфат

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 124 Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата Глицеральдегид-3-фосфат+ НАД++ Фн 1,3-дифосфоглицерат + НАД * Н + Н+, G = +1,5 ккал

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 125 Перенос фосфатной группы от 1,3- дифосфоглицерата на АДФ 1,3-фосфоглицерат + АДФ 3-фосфоглицерат + АТФ, G = - 4,5 ккал

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 126 Превращение 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат 3-фосфоглицерат 2-фосфоглицерат

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата фосфоглицерат Фосфоенолпируват + Н 2 О, G = + 0,44 ккал Дегидратация 2-фосфоглицерата с образованием фосфоенолпирувата

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 128 Фосфоенолпируват + АДФ Пируват + АТФ, G = - 7,5 ккал Перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата на АДФ

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 129 Пируват + НАД*Н + Н Лактат + НАД +, G = - 6,0 ккал Восстановление пирувата до лактата

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 130 Глюкоза + 2АТФ + 2НАД + + 2Фн + 4АДФ + 2НАДН +2Н+ +2Лактат + 2АДФ + 2НАДH + 2H + + 2НАД + + 4АТФ + 2Н 2 О Вычеркнув одни и те же члены получим: Глюкоза + 2Фн + 2АДФ 2Лактат + 2АТФ + 2Н 2 О Полный баланс гликолиза

Динамическая биохимия Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата 131 Гликоген глюкозо-1-фосфат глюкозо-6-фосфат … 2лактат Гликогенолиз

Аэробный метаболизм углеводов

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 133 Глюкоза 2Лактат, G = – 47 ккал (гликолиз) Глюкоза + 6О 2 6СО 2 + 6Н 2 О, G = – 686 ккал (дыхание) Энергетика брожения и дыхания

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 134 Суммарная реакция цикла трикарбоновых кислот описывается уравнением: Ацетил-СоА + 3НАД+ + ФАД + ГДФ + Фн + Н 2 О 2СО НАДН + ФАДН 2 + ГТФ + 2Н+ + СоА Общая схема дыхания

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 135 Общая схема дыхания

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 136 Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 137 О = С – СОО- + С – СН 3 + Н 2 О НО – С – СОО - + HS – CoA + H + O H 2 C – COO - || | H 2 C – COO- S – CoA H 2 C – COO - Оксалоацетат Ацетил-СоА Цитрат Цитрат-синтаза

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 138 СОО - COO - COO - | | | H – C – H H 2 O H – C H 2 O H – C – OH | || | - OOC – C – OH - OOC – C - OOC – C – H | | | CH 2 CH 2 CH 2 | | | COO - COO - COO - Цитрат Цисаконитат Изоцитрат Аконитазное равновесие

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 139 Суммарная реакция, катализируемая изоцитратадегидрогеназой: COO- СОО - СОО - | | | H – C – H НАД+ CH 2 Н+ CH 2 | | | H – C – COO- Н – C – COO- НО– C – H | | | H – C – ОH НАДН+Н+ C = О СО 2 C = О | | | COO- COO- COO- Изоцитрат Оксалосукцинат -кетоглутарат Изоцитратадегидрогеназа

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 140 -кетоглутарат + НАД+ + КоА–SH Cукцинил-S–КоА + СО 2 + НАДН + Н+ G = – 8 ккал Сукцинил-S–КоА + Фн + ГДФ Сукцинат + ГТФ + КоА–SH, G = – 0,7 ккал ГТФ + АДФ ГТФ + АТФ СОО- COO- COO- | | | CH 2 НАД+ + КоА CH 2 Фн + ГДФ CH 2 | | | H – C – H CH 2 CH 2 | | | C = O НАДН + СО 2 C = O КоА + ГТФ COO- | | COO- S – KoA -кетоглутарат Cукцинил-КоА Сукцинат Окисление -кетоглутарата до сукцината

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 141 Сукцинат + Е–ФАД Фумарат + Е–ФАДН2 Фумараза Фумарат + Н 2 О Малат СОО- СОО- СОО- СОО- | ФАД | Н 2 О | НАД+ | CH 2 C – H HO – C – H C = O | || | | CH 2 Н– C H – C – H CH 2 | ФАДН2 | | НАДН | COO- COO- COO- COO- Cукцинат Фумарат Малат Оксалоацетат Сукцинатдегидрогеназа

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 142 Малат + НАД+ Оксалоацетат + НАДН + Н+ Окисление малата до оксалоацетата

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 143 НАДН + Н+ + Е1 – ФАД НАД+ + Е1 – ФАДН2 Е1 – ФАДН2 + 2Е2 – Fe(111) E1– ФАД + 2Е2 – Fe(11) + 2H+ 2E2 – Fe(11) + 2H+ + KoQ 2E2 – Fe(111) + KoQH2 KoQ H2 + 2 Цит.b(111) KoQ + 2H+ + 2 Цит.b(111) 2Цит.b(11) + 2 Цит.с(111) 2Цит.b(111) + 2Цит.с(11) 2Цит.с(11) + 2 Цит. а (111) 2Цит.с(111) + 2Цит.а(11) 2Цит.а(11) + 2Цит.а3(111) 2Цит.а(111) + 2Цит.а3(11) 2Цит.а3(11) +1/2О 2 + 2Н+ 2Цит.а3(111) + Н 2 О Путь переноса электронов – дыхательная цепь

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 144 РИСУНОК Аэробный метаболизм углеводов

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 145 Суммарное уравнение процесса фосфорилирования в дыхательной цепи: НАДН + 2Н+ + 3АДФ + Фн + 1/2О 2 НАД+ + 4Н 2 О + 3АТФ Экзергонический компонент: НАДН + 2Н+ + 1/2 О 2 НАД+ + Н 2 О, G = – 52,7 ккал Эндергонический компонент: 3АДФ + 3Фн 3АТФ +3Н 2 О, G = + 21,9 ккал Аэробный метаболизм углеводов

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 146 Суммарные реакции аэробного дыхания: С 6 Н 12 О 6 + 2Фн + 2АДФ + 2НАД+ 2Пируват+2НАДН+2Н+ +2АТФ+2Н 2 О 2Пируват + 2НАД+ 2Ацетил–S–КоА + 2НАДН + 2Н+ + 2СО 2 2Ацетил–S–КоА + 6НАД+ + ФП + 2АДФ + 2Фн СО 2 + 6НАДН 6Н+ + ФПН2 + 2АТФ Суммируя три уравнения пролучим: Глюкоза+Фн+4АДФ+НАД++ФП 6СО 2 +10НАДН+10Н+ +4АТФ+ФПН2+2Н 2 О 10 НАДН + 10 Н Фн + 32 АДФ + 6 О ФПН2 32 АТФ + 40 Н 2 О Экзергонический компонент: Глюкоза + 6О 2 6СО 2 + 6Н 2 О, G = – 680 ккал Эндергонический компонент: 34Фн + 36АДФ 36АТФ + 42Н 2 О, G = ккал Таким образом, общая эффективность накопления энергии составляет: 263/680·100 = 39 % Баланс энергии

Динамическая биохимия Аэробный метаболизм углеводов 147 Дыхательная цепь митохондрий Химио-осмотическая гипотеза Митчелла

Липидный обмен

Динамическая биохимия 149 Превращение липидов в процессе пищеварения. Всасывание продуктов переваривания липидов и ресинтез липидов в кишечной стенке. Внутриклеточные процессы расщепления и синтеза липидов различных классов. Обмен триглицеридов и холестерина в тканях. Интеграция и регуляция метаболизма липидов. Нарушение обмена липидов при ожирении. Липидный обмен

Белковый обмен

Динамическая биохимия 151 Аминокислоты Белки пищи Пептиды Вещества небелковой природы Тканевые белки Пептиды Аминокислоты Общий фонд аминокислот Общие представления об обмене белков Белковый обмен

Динамическая биохимия 152 Аминокислоты Тканевые белки Биологически активные вещества, гормоны, нуклеотиды, коферменты Распад Метаболиты цикла трикарбоновых кислот Распад СО 2 + Н 2 О Мочевина NH 3 Распад В клетках аминокислоты могут включаться в синтез новых белков или разрушаться в процессе диссимиляции до конечных продуктов обмена Белковый обмен

Динамическая биохимия 153 Пищеварение белков. Синтез белков. Внутриклеточный распад белков. Пути выведения аммиака из организма. Суммарное уравнение цикла имеет вид: 2NH 3 + CO 2 + 3ATФ NH 2 -CО-NH 2 + 2AДФ + 2H 3 PO 4 + АМФ + H 4 P 2 O 7 Белковый обмен

Интеграция клеточного обмена

Динамическая биохимия 155 БелкиПолисахаридыЛипиды Подготовитель- ная стадия АминокислотыМоносахаридыГлицерол Ацетил-Ко А Цикл трикарбоновых кислот Стадия универсали- зации Окисление Взаимосвязь процессов обмена углеводов, липидов, белков Интеграция клеточного обмена

Динамическая биохимия 156 В клетке скорость химических реакций определяется: 1)доступностью субстратов (концентрация реагирующих веществ); 2) активностью ферментов (конкурентное и неконкурентное торможение, аллостерическая регуляция); 3) количеством ферментов; 4) доступностью кофакторов (АТФ, ФДФ, НАД+, НАДФ+ и др.). Нервная и гормональная регуляция обмена веществ Внутриклеточная регуляция обмена веществ Интеграция клеточного обмена

157 БИОХИМИЯ ЧАСТЬ 3 Спортивная биохимия

Биохимия мышечного сокращенияБиохимия мышечного сокращения 3.2. Энергетическое обеспечение мышечной деятельностиЭнергетическое обеспечение мышечной деятельности 3.3. Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомленииБиохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении 3.4. Биохимические превращения в период восстановления после мышечной работыБиохимические превращения в период восстановления после мышечной работы 3.5. Закономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировкиЗакономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировки 3.6. Биохимический контроль при занятиях физической культурой и спортомБиохимический контроль при занятиях физической культурой и спортом 3.7. Биохимические основы силы, быстроты и выносливостиБиохимические основы силы, быстроты и выносливости 3.8. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста. Биохимические основы рационального питания при занятиях физической культуройБиохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста. Биохимические основы рационального питания при занятиях физической культурой 3.9. Библиографический списокБиблиографический список Оглавление

Биохимия мышечного сокращения

Спортивная биохимия 160 Биохимия мышечного сокращения Типы мышечных волокон: скелетные; сердечные (миокард); гладкие.

Спортивная биохимия 161 Биохимия мышечного сокращения Поперечно-полосатая скелетная мускулатура

Спортивная биохимия 162 Биохимия мышечного сокращения Строение скелетной мышцы

Спортивная биохимия 163 Биохимия мышечного сокращения Ультраструктура мышечного волокна

Спортивная биохимия 164 Биохимия мышечного сокращения Строение мышечного волокна

Спортивная биохимия 165 Биохимия мышечного сокращения Структура миофибриллы

Спортивная биохимия 166 Биохимия мышечного сокращения В основе модели скользящих нитей лежат следующие факты: при сокращении мышцы длины толстых и тонких нитей саркомера не изменяются; саркомер укорачивается за счет перекрывания толстых и тонких нитей, которые скользят друг относительно друга во время сокращения мышцы; это проявляется в том, что при сокращении мышцы полосы Н и I укорачиваются; сила, развиваемая мышцей, создается в процессе движения соседних нитей.

Спортивная биохимия 167 Биохимия мышечного сокращения Гидролиз ATФ до AДФ и неорганического фосфата

Энергетическое обеспечение мышечной деятельности

Спортивная биохимия 169 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Ресинтез АТФ: анаэробный механизм; аэробный механизм.

Спортивная биохимия 170 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Анаэробные механизмы: креатинфосфокиназный (алактатный) механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ за счет перефосфорилирования между креатинфосфатом и АДФ; гликолитический (лактатный) механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ в процессе анаэробного расщепления гликогена мышц или глюкозы крови с образованием молочной кислоты; миокиназный механизм, осуществляющий ресинтез АТФ за счет реакции перефосфорилирования между двумя AДФ с участием миокиназы (аденилаткиназы).

Спортивная биохимия 171 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Общий КПД при преобразовании энергии метаболических процессов в механическую работу (Ем) зависит от двух показателей: эффективности преобразования выделяемой в ходе метаболических превращений энергии в энергию ресинтезируемых АТФ, т. е. эффективности фосфорилирования (Еф); эффективности преобразования АТФ в механическую работу, т. е. эффективности электромеханического сопряжения (Ее); Ем = (Еф/Ее) 100

Спортивная биохимия 172 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Критерии оценки механизма энергообеспечения мышечной деятельности ,01250 Аэробный – 52 1, –601,62500 Гликолиз ,7 6306–123, КФК ЕмЕеЕф Моль/ кг Кдж/кг Моль в мин Дж/ кг в мин Эффективность, % Мax емкость Время удержания max мощности, с Max мощность Механизм ресинтеза АТР

Спортивная биохимия 173 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Изменение скорости энергопоставляющих процессов в работающих мышцах в зависимости от продолжительности упражнения АТФ КрФ Дыхание Гликолиз С к о р о с т ь п р о ц е с с а, % о т max Время работы, сек

Спортивная биохимия 174 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Креатинфосфокиназный механизм ресинтеза АТФ Креатинфосфат + AДФ = АТФ + Креатин

Спортивная биохимия 175 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности

Спортивная биохимия 176 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Гликолитический механизм ресинтеза АТФ Активация глюкозо-аланинового цикла при мышечной работе

Спортивная биохимия 177 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Миокиназный механизм ресинтеза АТФ 2AДФ АТФ + АМФ

Спортивная биохимия 178 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Аэробный механизм ресинтеза АТФ Скорость образования АТФ в процессе окислительного фосфорилирования зависит от: соотношения АТФ/AДФ, при отсутствии AДФ синтез АТФ не происходит; количества кислорода и эффективности его использования; активности окислительных ферментов; целостности мембран митохондрий; количества митохондрий; концентрации гормонов, ионов кальция и других регуляторов.

Спортивная биохимия 179 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Взаимосвязь анаэробных и аэробных превращений в скелетных мышцах: энерго-транспортный «челнок» с участием миофибриллярных и митохондриальных изоферментов креатинфосфокиназы

Спортивная биохимия 180 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Соотношение анаэробных и аэробных механизмов ресинтеза АТФ при мышечной нагрузке Изменения скорости анаэробного и аэробного образования энергии в зависимости от предельного времени упражнения. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности

Спортивная биохимия 181 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Факторы, лимитирующие физическую работоспособность человека: биоэнергетические (аэробные или анаэробные) возможности человека; нейромышечные (мышечная сила и техника выполнения упражнения); психологическая мотивация (мотивация и тактика ведения спортивного состязания). Биохимические факторы спортивной работоспособности

Спортивная биохимия 182 Энергетическое обеспечение мышечной деятельности Основные особенности человека, определяющие его физическую работоспособность Алактатная анаэробная способность, связанная с процессами анаэробного ресинтеза АТР и КФ в работающей мышце Гликолитическая анаэробная способность, отражающая возможность усиления при работе анаэробного гликолитического процесса, в ходе которого происходит накопление лактата Аэробная способность, связанная с возможностью выполнения работы за счет усиления аэробных процессов в тканях при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода

Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении. Общие изменения в организме при физической нагрузке

Спортивная биохимия 184 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении Накопление молочной кислоты в мышцах и крови при работе разной мощности и продолжительности

Спортивная биохимия 185 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной деятельности происходят следующие процессы: анаэробные механизмы ресинтеза АТФ; использование креатинфосфата; гликолиз. Далее изменения метаболизма зависят от интенсивности мышечной работы: работа в "аэробной зоне; работа в "смешанной зоне; кислородная задолженность.

Спортивная биохимия 186 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении Специализация мышц по типу энергетического обеспечения Красные мышцы – медленные, оксидативные. Белые мышцы – быстрые, гликолитические.

Спортивная биохимия 187 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении В зависимости от количества мышц, участвующих в работе, ее делят на: локальную (менее ¼ всех мышц тела); региональную; глобальную (более ¾ всех мышц тела). Систематизация упражнений по характеру биохимических изменений при физической работе

Спортивная биохимия 188 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении Режимы работы мышц: статический (изометрический) происходит пережимание капилляров, велика доля участия анаэробных реакций; динамический (изотонический) обеспечивается гораздо лучшее кровоснабжение тканей кислородом.

Спортивная биохимия 189 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении Уровни мощности работы: критический – максимальное потребление кислорода; порог анаэробного обмена – усиление анаэробных реакций; мощность истощения – наивысшее развитие гликолиза; максимальная анаэробная мощность – предельных значений достигает скорость образования энергии в креатинфосфокиназной реакции. Зависимость биохимических процессов от мощности выполняемой мышечной работы

Спортивная биохимия 190 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении Зоны относительной мощности по классификации В. С. Фарфеля: максимальная – обеспечение энергией за счет АТФ и креатинфосфата, частично – за счет гликолиза; субмаксимальная – обеспечение энергией за счет анаэробного гликолиза; большая – аэробные источники энергии; умеренная – аэробные источники энергии.

Спортивная биохимия 191 Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении Первопричины утомления снижение энергетических ресурсов; уменьшение активности ключевых ферментов из-за угнетающего действия продуктов метаболизма тканей; нарушение целостности функционирующих структур из- за недостаточности их пластического обеспечения; изменение нервной и гормональной регуляции и др.

Биохимические превращения в период восстановления после мышечной работы. Срочное и отставленное восстановление

Спортивная биохимия 193 Биохимические превращения в период восстановления после мышечной работы Ресинтез внутриклеточных запасов гликогена От 12 до 72 ч Усиление индуктивного синтеза структурных и ферментных белков От 12 до 48 ч Восстановление запасов гликогена в печени От 12 до 48 ч От 0,5 до 1,5 ч Оплата лактатного О 2 -долга От 0,5 до 1,5 чУстранение молочной кислоты От 3 до 5 мин Оплата алактатного О 2 -долга От 2 до 5 мин Восстановление алактатных анаэробных резервов в мышцах От 10 до 15 с Восстановление о 2 -запасов в организме Время восстановления Процесс Время, необходимое для завершения восстановления различных биохимических процессов в период отдыха после напряженной мышечной работы

Спортивная биохимия 194 Биохимические превращения в период восстановления после мышечной работы 1 – фаза истощения; 2 – фаза восстановления; 3 – фаза сверхвосстановления; 4 – фаза упроченного состояния Явление суперкомпенсации при восстановлении энергетических ресурсов в период отдыха после истощающей работы

Спортивная биохимия 195 Биохимические превращения в период восстановления после мышечной работы 1 – диета с высоким содержанием углеводов; 2 – белково-жировая диета; 3 – без пищи Влияние приема углеводов с пищей на восстановление запасов гликогена в мышцах в период отдыха после работы

Закономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировки

Спортивная биохимия 197 Закономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировки Высшие регуляторные системы организма Физическая нагрузка Взаимосвязь отдельных звеньев срочной и долговременной адаптации Сократительная активность мышц Система энергообеспечения ~P Срочная адаптация Фактор регулятор Белок РНК ДНК Функционирующие структуры Долговременная адаптация

Спортивная биохимия 198 Закономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировки Принципы тренировок на основе закономерностей биологической адаптации: сверхотягощение; специфичность; обратимость действия; положительное взаимодействие; последовательная адаптация; цикличность.

Спортивная биохимия 199 Закономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировки Развитие адаптации под воздействием тренировки обеспечивается: системой внутриклеточного энергетического обмена; гормональными симпато-адреналовой и гипофизарно- адренокортикальной системами. Сверхотягощение

Биохимический контроль при занятиях физической культурой и спортом. Биохимический контроль за развитием систем энергообеспечения организма и уровнем тренированности, утомления и восстановления организма

Спортивная биохимия 201 Биохимический контроль при занятиях физической культурой и спортом О более высоком уровне тренированности свидетельствуют меньшее накопление лактата (по сравнению с нетренированными) при выполнении стандартной нагрузки, что связано с увеличением доли аэробных механизмов; большее накопление лактата при выполнении предельной нагрузки, что связано с увеличением гликолитической мощности; повышение мощности работы, при которой резко возрастает уровень лактата у тренированных лиц по сравнению с нетренированными; более длительная работа на предельном уровне; меньшее возрастание лактата при повышении мощности работы (совершенствование анаэробных процессов и экономичность энергозатрат); увеличение скорости утилизации лактата в период восстановления после физической нагрузки.

Спортивная биохимия 202 Биохимический контроль при занятиях физической культурой и спортом Регулярное применение допингов вызывает нарушение функции многих систем: сердечно-сосудистой; эндокринной, в особенности половых желез (атрофия) и гипофиза, что приводит к нарушению детородной функции, появлению мужских вторичных признаков у женщин (вирилизация) и увеличению молочных желез у мужчин (гинекомастия); функционирования печени, вызывая желтуху, отеки, циррозы; иммунной, что приводит к частым простудам, вирусным заболеваниям; нервной, проявляющееся в виде психических расстройств (агрессивность, депрессия, бессонница); прекращение роста трубчатых костей, что опасно для растущего организма. Контроль за применением допинга в спорте

Спортивная биохимия 203 Биохимический контроль при занятиях физической культурой и спортом По фармакологическому действию допинги делятся на 5 классов: психостимуляторы (амфетамин, эфедрин, фенамин, кофеин, кокаин, и др.); наркотические средства (морфин, алкалоиды-опиаты, промедол, фентанил и др.); анаболические стероиды (тестостерон, его производные, метан-дростенолон, ретаболил, андродиол, и др), а также анаболические пептидные гормоны (соматотропин, гонадотропин, эритропоэтин); бета-блокаторы (анапримин, пропранолол, оксопреналол, надолол, атеналол и др.); диуретики (новурит, дихлотиазид, фуросимид (лазикс), клопамид, диакарб, верошпирон и др.). Контроль за применением допинга в спорте

Биохимические основы силы, быстроты и выносливости Морфологические и биохимические основы скоростно-силовых качеств Биохимические основы методов скоростно-силовой подготовки спортсменов Биохимические основы выносливости Методы тренировки, способствующие развитию выносливости

Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста. Биохимические основы рационального питания при занятиях физической культурой

Спортивная биохимия 206 Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста. Биохимические основы рационального питания при занятиях физической культурой Основными химическими компонентами пищи являются 6 групп веществ: поставщики энергии (углеводы, белки, жиры); незаменимые аминокислоты; незаменимые жирные кислоты; витамины; минеральные вещества; вода. Биохимические основы рационального питания спортсменов

Спортивная биохимия 207 Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста. Биохимические основы рационального питания при занятиях физической культурой Пищевые добавки способствуют: увеличению мышечной массы; коррекции компонентного состава тела (уменьшение жирового компонента, увеличение мышечного и костного); увеличению скорости метаболизма и энергообразования; восстановлению электролитического баланса; активации регуляторных механизмов энергообмена; снижению массы тела и др.

208 Графики взяты из книги: Биохимия: учеб. для институтов физической культуры / ред. В. В. Меньшикова, Н. И. Волкова. – М.: Физкультура и спорт, 1986.

209 Основной библиографический список 1.Биохимия : учеб. для институтов физической культуры / ред. В. В. Меньшикова, Н. И. Волкова. – М. : Физкультура и спорт, Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами / ред. Е. С. Северина, А. Я. Николаева. – М. : ГЭОТАР-МЕД, Волков, Н. И. Биохимия мышечной деятельности / Н. И. Волков. – М. : Олимпийский спорт, Николаев, А. Я. Биологическая химия / А. Я. Николаев. – М. : Высш. шк., Лабораторный практикум по биохимии для студентов факультета физической культуры и спорта. – СФУ, Лекции по биохимии для студентов факультета физической культуры и спорта. – СФУ, Учебно-методические указания для самостоятельной работы студентов факультета физической культуры и спорта. – СФУ, Электронный лабораторный практикум для студентов факультета физической культуры и спорта. – СФУ, 2007.

210 Дополнительный библиографический список 1.Березов, Т. Т. Биологическая химия / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. – М. : Медицина, Мусил, Я. Современная биохимия в схемах / Я. Мусил, О. Новакова, К. Кунц. – М. : Мир, Пустовалова, Л. М. Практикум по биохимии / Л. М. Пустовалова. – Ростов-н/Дону : Феникс, Филлипович, Ю. Б. Основы биохимии / Ю. Б. Филлипович. – М. : Агар, Молекулярная биология клетки: в 3 тт. – 2-е изд. – М. : Мир, 1994.