Учебно-методический комплекс дисциплины биохимия (наименование дисциплины)
| скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Кафедра Адаптивной физической культуры УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Биохимия (наименование дисциплины) Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» ^ Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) АННОТАЦИЯ
ОПД. Ф. 03 Биохимия Строение и свойства химических соединений, входящих в состав организма человека и поступающих с пищей; преобразования веществ и энергии, лежащие в основе физиологических функций, их регуляция; биохимические процессы при мышечной деятельности, закономерности биохимической адаптации в процессе спортивной тренировки; биохимические основы силы, быстроты, выносливости человека; возрастные и половые особенности протекания биохимических процессов при занятиях физическими упражнениями; биохимический контроль за состоянием тренированности и перетренированности; биохимические основы питания лиц, занимающихся физическими упражнениями и спортом. ^ Биохимия как учебная дисциплина играет важную роль в подготовке специалистов в области физической культуры. Специалист в области физической культуры обязан в полной мере знать устройство объекта своей профессиональной деятельности, т. е. человека, должен иметь представление о химическом строении организма и о химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности. Тренер и преподаватель физического воспитания должны знать особенности обмена веществ во время физической работы и отдыха, использовать эти закономерности для рационального построения тренировочного процесса, для установления оптимальных сроков восстановления. Используя простейшие биохимические исследования, тренер и преподаватель физвоспитания должны уметь оценить соответствие физических нагрузок функциональному состоянию организма спортсмена, выявлять признаки перетренированности. Знание закономерностей биохимических процессов, протекающих при мышечной работе и при восстановлении, лежит в основе разработки новых методов и средств повышения спортивной работоспособности, развития скоростно-силовых качеств и выносливости, ускорения восстановления после тренировки. Биохимия является базовой, фундаментальной дисциплиной, создающей необходимые предпосылки для последующего освоения других медико-биологических предметов (физиология, гигиена, спортивная медицина, валеология), а также теории и методики физической культуры и ряда спортивно-педагогических дисциплин. ^
^ Мамонова Н.В., к.б.н., доцент 5. Нормативные документы, требования которых учитывались при разработке УМК дисциплины (модуля)/спецкурса: - ГОС ВПО по специальности 022500 Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (Адаптивная физическая культура, квалификация - специалист по адаптивной физической культуре) - Примерные программы дисциплин предметной подготовки по специальностям педагогического образования:
- Оценочные и диагностические средства для итоговой аттестации выпускников вузов по педагогическим специальностям (рекомендованы Министерством образования РФ, 2003 г.). ^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ТГПУ) «Утверждаю» Декан ФФКиС ________ О.В. Смирнов «____» ____________ 2008 года ^ ОПД. Ф. 03 Биохимия022300 – «Физическая культура и спорт»
Задачи дисциплины:
^ 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
^ Лекции: 1. Введение в биохимию. Строение и свойства химических соединений, входящих в состав организма человека и поступающие с пищей. Предмет и задачи биохимии, основные этапы развития биохимии Основные признаки живой материи. Функции белков, строение белков и пептидов. Аминокислоты. Классификация белков. Простые белки (глобуллярные и фибриллярные), их отдельные представители. Сложные белки. Нуклеиновые кислоты, строение и биологические функции. Общая характеристика углеводов, их биологические функции. Классификация углеводов, основные представители. Моносахариды и их производные. Олигосахариды. Гликаны, основные представители. Липиды, их основные биологические функции. Классификация липидов. Жирные кислоты. Простагландины. Липиды, не содержащие глицерин, основные представители (сфинголипиды, воска, терпены, стероиды). Липиды, содержащие глицерин, основные представители (нейтральные жиры, фосфоглицериды). 2. ^ . Основные понятия обмена веществ. Связь катаболизма и анаболизма. Основной и промежуточный обмен. Свойства ферментов, их классификация. Реакции, катализируемые различными ферментами. Механизм действия ферментов. 3. ^ Биохимия мышечного сокращения. Строение мышечного волокна. Анизотропные и изотропные диски Структура сарколеммы. Тонкие и толстые филаменты. Центры связывания тропонина. Инициация сокращения. Сущность и закономерности биохимической адаптации при систематической мышечной тренировке. Биохимия физических упражнений и спорта. Общая направленность биохимических процессов в мышечной работе. Транспорт кислорода к работающим мышцам. Мобилизация энергетических ресурсов при мышечной работе. Потребление кислорода при мышечной работе. Кислородный долг. 4.^ . Возрастные изменения интенсивности биохимических процессов обмена веществ. Влияние окружающей среды на метаболизм. Особенности протекания реакций детского и стареющего организма при физических нагрузках. 5. ^ Биохимические факторы, определяющие скоростно-силовые качества спортсмена. Биохимические реакции, определяющие развитие силы, быстроты, выносливости при спортивной тренировке. Биохимическая характеристика методов развития скоростных способностей и выносливости спортсмена. Биохимические особенности развития машинальной мышечной силы и мышечной массы спортсмена. 6. ^ Функции питания, основные понятия биохимии питания. Основные принципы питания спортсменов. Формула сбалансированного питания для взрослого человека при умеренной физической нагрузке (по Покровскому А. А.). Средние величины эноргозатрат спортсменов различных специализаций. Биохимические причины «углеводной» или «белковой» ориентации диеты спортсмена. Классификация видов спорта по метаболическим особенностям обмена веществ: 1) скоростно–силовые виды спорта (легкая атлетика – спринт, барьерный бег, прыжки, метания, многоборье, тяжелая атлетика и др.); 2) циклические виды спорта (бег на средние и длинные дистанции, спортивная ходьба, велогонки на шоссе, лыжные гонки и др.); 3) сложнокоординационные виды спорта (акробатика, художественная и спортивная гимнастика, прыжки в воду, на лыжах с трамплина, санный и парусный спорт, стрельба из лука, пулевая, стендовая, конный спорт, и др.); 4) спортивные единоборства (борьба вольная, классическая, дзюдо, самбо, бокс, фехтование); 5) игровые виды спорта (баскетбол, волейбол, гандбол, регби, теннис, настольный теннис, футбол, хоккей с мячом, шайбой, на траве). 7. ^ Биохимическая характеристика тренированного организма. Биохимические изменения в организме спортсмена при утомлении и в период отдыха после мышечной работе. Биохимическая характеристика утомления. Динамика биохимических процессов в период отдыха после мышечной работы. Биохимические факторы спортивной работоспособности. Показатели аэробной и анаэробной работоспособности спортсменов. ^ 1. Введение в биохимию. Строение и свойства химических соединений, входящих в состав организма человека и поступающие с пищей. Методы исследования в биохимии. Химический состав организма человека. 2. Свойства молекул, участвующих в биохимических процессах. Связь живого организма с окружающей средой. Затраты энергии, происходящие в организме. Связь биохимии с физической и химической науками. Функции гликопротеидов. 3. Структура ДНК. Правила Чаргаффа. РНК и её виды. Характеристика основных представителей сложных белков. Ферменты. 4. Элементарный состав организмов. Неорганические ионы, их свойства и биологические функции. Промежуточные органические соединения. 5.^ . Транспорт веществ в клетку. Эндоцитоз, пиноцитоз, фагоцитоз, экзоцитоз. Внешний и промежуточный обмен. Метаболический путь и метаболический цикл. Амфиболизм. 6. Основные процессы обмена веществ. Биологическая роль и состояние воды в организме. Обмен воды и его регуляция. Участие воды в транспортных функциях и формирование клеточных структур. Гидратационная вода. Иммобильная вода. Мобильная вода. Обмен воды и его регуляция. Минеральный обмен. Минеральные вещества и их роль в организме человека. Микроэлементы. Обмен минеральных веществ и его регуляция. 7. Структурная организация митохондрий. Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ. Энергетический распад углеводов и триацилглицеридов. 8. Биохимические процессы при мышечной деятельности и в период восстановления. Механизм "весельной лодки", как основная гипотеза сокращения мышцы. 9. Энергообеспечение мышечного сокращения. Источники энергии. Биохимические изменения в отдельных органах, системах и тканях при мышечной работе. 10. Общие представления о биохимической адаптации организма к мышечной деятельности. Систематизация физических упражнений по характеру биохимических изменениях при работе. 11.Мобилизация энергетических ресурсов организма при мышечной деятельности. Гормоны и их роль в регуляции и адаптации к мышечной работе. 12. ^ . Использование знаний о биохимических особенностях различных возрастов человека для коррекции тренировочного процесса и безопасности для здоровья занимающихся. 13. Составление таблиц затрат энергии на различные физические упражнения в зависимости от возраста. 14. Биохимические факторы, определяющие проявления мышечной силы, быстроты, выносливости. Современные представления и природе и механизме выносливости. 15. Биохимический контроль за состоянием тренированности и перетренированности. Влияние тренировки на работоспособность. Биохимические основы скоростно-силовых качеств и выносливости. Биологические принципы тренировки. 16. Биохимические факторы спортивной работоспособности. Показатели аэробной и анаэробной работоспособности спортсменов. Закономерности биохимической адаптации в процессе спортивной тренировки 17. Биохимические основы питания лиц, занимающихся физическими упражнениями и спортом. Потребление белков, жиров, углеводов в норме и при патологии. Потребление витаминов и минеральных веществ. 18. Распределение содержания основных пищевых веществ в суточных рационах спортсменов различных специализаций. Составление рационов. 19. Потребность спортсменов скоростно–силовых, циклических, сложнокоординационных, игровых видов спорта и спортивных единоборств в различные периоды подготовки. 20. Питание спортсменов при подготовке к соревнованиям.
а) основная:
б) дополнительная:
^ таблицы, плакаты, презентации в среде Power Point. 7. Материально-техническое обеспечение дисциплины: набор для определения РН – среды, фотокалориметр, лабораторный класс.
^ (см. приложение 1) 8.2. Методические указания для студентов (см. приложение 2) 8.2.1. Вопросы, вынесенные для самостоятельного изучения:
^
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для специальности 022300 «Физическая культура и спорт». Программу составила: кандидат биологических наук, доцент кафедры адаптивной физической культуры ФФКиС ТГПУ ___________________Мамонова Наталья Викторовна Рабочая программа утверждена на заседании кафедры АФК ФФКиС протокол № 1 от 29 августа 2008 года Заведующий кафедрой АФК д.м.н., профессор _______________________ С.Б. Нарзулаев Программа дисциплины одобрена методической комиссией ФФКиС ТГПУ Председатель методической комиссии ФФКиС ТГПУ, к.п.н., доцент ____________________ Л.П. Канакова Согласовано: Декан ФФКиС ТГПУ __________________ О.В. Смирнов ^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» ^ Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) лекции Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008 ^ Биологическая химия - наука о химическом составе живых систем всех уровней организации, о химических процессах, лежащих в основе их развития и деятельности, происходящих в целостном организме, в изолированных органах и тканях, на клеточном, субклеточном и молекулярном уровне. Совокупность этих превращений, отражающих постоянную взаимосвязь организма с внешней средой в процессе жизнедеятельности, называют обменом веществ. ^ :
Методы исследования, применяемые в биохимии: органической химии, физические, физико-химические, математические, биологические. Задачи биохимии:
5. Изучение механизмов поступления во внутреннюю среду пластических и биологически активных материалов, высвобождения, накопления и использования энергии, воспроизведения. Основные признаки живой материи:
энергии в процессах жизнедеятельности, а также ее запасания в приемлемой для организма форме. 4. Самовоспроизведение - передача наследственной информации. Источником для возобновления структур и энергообеспечения служат белки, углеводы, липиды, витамины и минеральные вещества. Белки, липиды и углеводы преобразуются в усвояемые формы в желудочно-кишечном тракте при участии ферментов. Макромолекулы разрушаются (деполимеризуются): полимеры до мономеров, белки - до аминокислот, углеводы - до простых сахаров, липиды - до свободных жирных кислот и глицерола. Низкомолекулярные биологические активные вещества и минеральные вещества всасываются преимущественно без какой-либо транс формации. Химические соединения с током крови поступают в органы и ткани, где включаются в процессы синтеза и окислительно-восстановительного распада. В результате синтеза образуются характерные для организма белки, жиры, углеводы и регуляторные соединения. В ходе окислительно-восстановительных реакций высвобождается энергия химических связей, которая используется для обеспечения процессов жизнедеятельности. ^ На долю белков приходится не менее половины сухой массы животной клетки. В живых организмах они выполняют самые разнообразные функции (строительную, каталитическую, запасающую, транспортную, двигательную, энергетическую, регуляторную, защитную) и служат теми молекулярными инструментами, с помощью которых реализуется генетическая информация. БЕЛОК — высокомолекулярное органическое соединение, построенное из остатков 20 аминокислот и играющее первостепенную роль в процессах жизнедеятельности всех организмов. Белок выполняют различные функции: структурную — построение тканей и клеток, их составных частей, регуляторную (некоторые гормоны), каталитическую (ферменты), защитную (антитела), транспортную (гемоглобин), энергетическую и др. Белок чрезвычайно разнообразны, например, в организме человека их свыше 10 млн. Постоянное обновление белка лежит в основе обмена веществ. Основную роль в биосинтезе белка играют нуклеиновые кислоты. Поскольку многие аминокислоты, из которых состоит белок, организмом человека не синтезируются, он нуждается в поступлении белка с растительной, а иногда и с животной пищей. Белковая молекула состоит из углерода, кислорода, водорода, азота, серы. Кроме того, в её состав могут входить железо, фосфор, магний и некоторые другие элементы. В 1871 году русский химик Н. Н. Любавин (1845 — 1918) установил, что белки состоят из аминокислот, т.е. именно аминокислоты являются мономерами сложных белковых молекул. Известно более 170 аминокислот, но только 20 из них входят в состав белков. Растения синтезируют все эти аминокислоты из более простых веществ. Животные синтезируют не все аминокислоты. Некоторые из них должны поступать с пищей, это так называемые незаменимые аминокислоты. АМИНОКИСЛОТА — класс органических соединений, содержащих карбоксильные (—СООН) и аминогруппы (—NH2) и обладающих свойствами кислот и оснований. В природе существует свыше 150 аминокислот. Около 20 из них служат важнейшими мономерными блоками-звеньями, из которых построены все белки (порядок включения аминокислот в состав белка определяется генетическим кодом). Аминокислоты участвуют в обмене веществ всех организмов, служа исходными соединениями при биосинтезе гормонов, витаминов, медиаторов, пигментов, пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, алкалоидов и др. Большинство микроорганизмов и растения синтезируют необходимые им аминокислоты. Животные, включая человека, не способны к образованию т. н. незаменимых аминокислот и получают их с пищей. Освоен биотехнологический синтез (химический и микробиологический) ряда аминокислот, используемых для обогащения пищи человека, кормов для животных. НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ – это те, которые обязательно должны входить в рацион животных и людей, поскольку животные организмы не способны их синтезировать. К ним относятся: Валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, лизин, аргинин, гистидин, метионин.  Рис. Общая формула аминокислоты Белки - это одноцепочечные линейные неразветвленные нерегулярные полимеры, мономерами которых служат аминокислоты 20 видов. Аминокислоты образуют белки, соединяясь между собой в длинные цепи. При этом аминогруппа взаимодействует с карбоксильной группой, и после отщепления молекулы воды образуется ковалентная связь, называемая пептидной. Типичная белковая цепь содержит от 100 до 500 аминокислотных остатков, а наибольшая из известных белковых цепей состоит из более чем 3000 аминокислотных остатков. По своему составу белки делятся на простые и сложные: простые белки состоят из одних аминокислот. Например, растительные белки — проламины, они содержатся в клейковине семян злаков, не растворяются в воде; альбумины и глобулины — белки кровяной плазмы; сложные белки помимо аминокислот имеют в своем составе другие органические соединения (нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы), соединения фосфора, металлы. Соответственно они носят названия: нуклеопротеидов, липопротеидов, гликопротеидов, фосфо- и металлопротеидов. Структура белков
Под действием ряда факторов, например, высокой температуры, белки могут денатурировать. Денатурация белка — утрата белковой молекулой структурной организации (лат. denaturaге — лишить природных свойств) под влиянием обезвоживания, резкого изменения рН среды или температуры, облучения. Белки могут полностью восстанавливать свою структуру (ренатурация) в тех случаях, когда не произошло разрушение первичной структуры молекулы и восстановились нормальные условия среды. Правильность линейной последовательности аминокислот в полипептидной цепочке белка (первичная структура) очень важна. Например, если 574 аминокислот, входящих в состав гемоглобина, который в составе эритроцитов доставляет кислород ко всем клеткам тела, заменить только 2, то это приведет к существенному изменению третичной и четвертичной структуры белка и, как следствие, к изменению формы и нарушению функции эритроцита. Эритроциты приобретают в таком случае форму серпа и плохо справляются со своей задачей – переносом кислорода. Такое заболевание называется серповидно-клеточная анемия. Функции белков
^ Ферменты (от лат. fermentum — брожение, закваска), или энзимы - специфические белки, входящие в состав клеток и катализирующие химические реакции в организме. Характерная особенность ферментов — высокая специфичность действия. На активность ферментов оказывают влияние температура, концентрация водородных ионов, ионная сила, а также ионный состав среды. Активность ферментов может быть снижена под влиянием некоторых веществ — ингибиторов. К ним относятся, например, соли тяжёлых металлов (серебра, ртути и свинца), которые блокируют активные центры ферментов или понижают активность входящих в их состав металлов. КОФАКТОР – небелковое вещество, которое обязательно должно присутствовать в организме в небольших количествах, чтобы соответствующие ферменты смогли выполнить свои функции. В состав кофактора входят коферменты и ионы металлов (например, ионы натрия и калия). ^ На долю углеводов приходится до 80% сухого вещества некоторых растительных тканей и до 20% некоторых животных тканей. В клетках животных углеводов 1-3 % (в клетках печени до 5 %), в клетках растений до 90 %, где они являются основным строительным и запасающим веществом. Простейшими углеводами, встречающимися в живых организмах, являются моносахариды, имеющие общую формулу (СН2О)n, где n = 3 - 7. Основными моносахаридами живых организмов являются глюкоза, фруктоза, рибоза (входит в состав РНК) и дезоксирибоза (входит в состав ДНК). Моносахариды могут соединяться друг с другом, образуя гликозидную связь, которая образуется между гидроксильной группой одного моносахарида и альдегидной группой другого моносахарида. Присоединение аналогичным путем дополнительных моносахаридов приводит к образованию олигосахаридов все возрастающей длины (трисахаридов, тетрасахаридов и т.д.) вплоть до очень больших молекул полисахаридов, содержащих сотни и тысячи моносахаридных остатков. Поскольку у каждого моносахарида имеется несколько свободных гидроксильных групп, способных образовывать связь с другим моносахаридом или каким-либо иным соединением, число возможных структур полисахаридов исключительно велико. В живых организмах углеводы выполняют структурную, энергетическую и специальные функции. Основными структурными полисахаридами служат: у растений - целлюлоза и пектины, а у животных и грибов - хитин. Целлюлоза - самое распространенное органическое соединение на Земле, поскольку из нее построены клеточные стенки растений. В частности, древесина и хлопок почти целиком состоят из целлюлозы. В день на каждого живущего на Земле человека растения синтезируют примерно 50 кг целлюлозы. Целлюлоза - прочное, волокнистое, водонерастворимое вещество, каждая молекула которого состоит из 104 и более остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь посредством гликозидных связей. Полимерные цепи целлюлозы сильно вытянуты и соединены друг с другом водородными связями. Хитин, как и целлюлоза, - линейный неразветвленный полисахарид, однако структурными единицами его служит не глюкоза, а ацетилглюкозамин. Из хитина построены прочные нерастворимые покровы ракообразных и насекомых, а также клеточные стенки грибов. Хитиновый каркас многих ракообразных усилен за счет включений карбоната кальция. Углеводы служат главным оперативным источником энергии в клетках. В результате последовательного ряда реакций окисления глюкоза и другие моносахариды распадаются до СО2 и Н2О и высвобождающаяся при этом химическая энергия используется клеткой. Для запасания энергии впрок используются полисахариды, построенные из повторяющихся остатков глюкозы, - крахмал (у растений) и гликоген (у животных). Когда необходима энергия, молекулы глюкозы отщепляются от крахмала или гликогена, а при избытке глюкозы ее молекулы присоединяются к полимерным цепям крахмала или гликогена и удлиняют их. Таким образом, резервные полисахариды все время меняют свой размер в зависимости от потребности организма в энергии. Крахмал представляет собой смесь двух полимеров глюкозы - амилозы и амилопектина. Гликоген - сильно разветвленный полисахарид, так же, как и амилопектин, состоящий из остатков глюкозы. Больше всего гликогена содержится в клетках печени, где на его долю приходится до 7% общего веса органа. В клетках печени гликоген присутствует в виде крупных гранул, состоящих в свою очередь из меньших гранул, каждая из которых образована одной сильно разветвленной молекулой со средней молекулярной массой в несколько миллионов. С этими гранулами прочно связаны ферменты, ответственные за синтез и распад гликогена. Хотя и целлюлоза, и крахмал, и гликоген состоят из остатков глюкозы, они сильно различаются по своим свойствам из-за различия гликозидных связей, которыми соединены остатки глюкозы в этих молекулах. Крахмал и гликоген являются запасными питательными веществами и выполняют наряду с глюкозой энергетическую функцию в организме – 1 г углеводов дает 17,6 кДж. К полисахаридам со специальными функциями относятся очень сложные соединения, биохимические функции которых не всегда известны точно, например, камеди и слизи. Кроме того, углеводы могут ковалентно связываться с белками и липидами, образуя гликопротеины и гликолипиды. Как правило, такие гибридные молекулы входят в состав оболочек клеток, и их олигосахаридная часть участвует в процессах межклеточного узнавания и рецепции сигнальных молекул. Гликопротеины, в которых на долю полисахарида приходится основная часть молекулы - более 95%, называются протеогликаны. Они входят в состав основного вещества, заполняющего пространство между клетками в большинстве тканей, а у бактерий служат структурной основой клеточных стенок. ^ Липидами называют природные соединения, которые получают из растительных или животных тканей экстракцией неполярными растворителями (например, эфиром, бензолом или хлороформом) и которые не растворимы в воде. К ним относятся продукты взаимодействия жирных кислот со спиртами (простые липиды), аминоспиртами и др. соединениями (сложные липиды), простагландины и изопреноидные липиды (например, каротиноиды, хлорофилл, витамины Е и К). В зависимости от типа клеток содержание липидов колеблется от 5 до 90 % (в клетках жировой ткани). Это гидрофобные вещества с высокой энергоемкостью (расщепление 1 г жира дает 38,9 кДж). ЛИПИД (гр. липос —жир) — жироподобное вещество, входящее в состав всех живых клеток и играющее важную роль в физиолого-биохимических процессах. Триацилглицеролы - простые липиды, представляющие собой эфиры трехосновного спирта глицерола и трех жирных кислот. Основная функция триацилглицеролов в живых организмах - это запасание энергии. Для этого они накапливаются в цитозоле клеток запасающих тканей (например, подкожной клетчатки) в виде мелкодисперсной эмульсии масляных капелек и могут занимать почти весь объем запасающей клетки. В расчете на единицу веса триацилглицеролы запасают вдвое больше энергии, чем углеводы, и, накапливаясь в больших количествах, могут обеспечивать энергетический обмен организма в течение нескольких недель, тогда как в форме гликогена организм может запасти энергию не более чем на сутки. Однако энергия, запасенная в углеводах, становится доступна для использования организмом быстрее, чем запасенная в форме триацилглицеролов. Поэтому полисахариды (крахмал и гликоген) и жиры (триацилглицеролы) работают как оперативная и долговременная системы запасания энергии соответственно. Дополнительно триацилглицеролы могут служить для теплоизоляции и как источник воды: при окислении триацилглицеролов образуется вдвое больше воды, чем из углеводов, и это используется пустынными животными, а толстый подкожный слой жировой клетчатки надежно защищает тюленей, моржей, пингвинов и других полярных теплокровных животных от холода. Воска - простые липиды, представляющие собой эфиры, образованные насыщенными или ненасыщенными жирными. У позвоночных секретируемые кожными железами воска выполняют функцию защитного покрытия, смазывающего и смягчающего кожу и предохраняющего ее от воды. У водоплавающих птиц выделяемые копчиковой железой воска придают перьевому покрову водоотталкивающие свойства. Примерами животных восков служат также пчелиный воск и спермацет, содержащийся в черепной полости кашалота. Листья многих субтропических растений тоже покрыты защитным слоем воска, который препятствует избыточной трансперации в условиях засушливого климата. Фосфолипиды - сложные липиды, похожие на триацилглицеролы наличием жирных кислот, связанных с глицеролом. ^ Мышцы состоят из отдельных мышечных волокон, каждое из которых представляет собой специализированную мышечную клетку. Её толщина колеблется от 10 до 100 мкм, а длина равна длине мышцы. Мышечная клетка (мышечное волокно) включает продольно расположенные нити - фибриллы диаметром около 1 мкм. В фибриллах чередуются темные и светлые участки - диски. Темные диски отличаются, двойным лучепреломлением и называются А-дисками (анизотропными). Светлые диски не обладают двойным лучепреломлением и называются I-дисками (изотропными). В средней части А-диска имеется более светлый участок - Н-зона. В середине I-диска расположена плотная линия Z. Пучок миофибрилл, заключенный между двумя соседними Z-линиями, - саркомер. Каждый из саркомеров включает: сеть поперечных трубочек, расположенных перпендикулярно к длине волокна и соединяющихся с наружной поверхностью клетки; саркоплазматический ретикулум, который занимает до 10% объема клетки, и несколько митохондрий. Миофибриллы, по данным электронной микроскопии, представляют собой агрегаты из толстых филаментов (диаметр - около 14 нм, длина - 1 500 нм), расстояние между которыми составляет около 20-30 нм. Между толстыми филаментами располагаются тонкие филаменты (диаметр - 7-8 нм). Толстые филаменты (миозиновые нити) состоят из молекул миозина. Молекула миозина - палочковидное образование, в котором различается утолщенный конец (головка). Молекула состоит из двух идентичных субъединиц (200 кДа каждая) и четырех легких цепей. Миозину свойственна АТФ-азная активность - высвобождающаяся энергия используется для мышечного сокращения. Тонкие филаменты (актиновые нити) образованы тремя белками (актин, тропонин и тропомиозин). Взаиморасположение их в филаменте таково: актин - основной по массе белок - образует спираль, тропомиозин располагается в желобке этой спирали, молекулы тропонина, имеющие глобулярную структуру, располагаются вдоль спирали на некотором расстоянии друг от друга. Сокращение мышцы - результат сокращения составляющих ее мышечных клеток (мышечных волокон). Сокращение мышечного волокна - следствие укорочения каждого его саркомера. Укорочение саркомера происходит в результате взаимодействия толстых и тонких филаменгов. В саркомере покоящейся мышцы толстые и тонкие филаменты пространственно разобщены. Тонкие филаменты контактируют с Z-линиями и не достигают центральной части саркомера, оставляя её свободной. Толстые филаменты занимают центр саркомера, не приходя в соприкосновение с Z-линиями. Только в Н-зоне, в пространстве между толстыми филаментами входят топкие. Взаимодействие филаментов сводится к тому, что топкие., прикрепленные к Z-линиям по обе стороны саркомера, движутся навстречу друг другу, внедряясь в пространство между толстыми. Происходит их сближение и укорочение длины саркомера. Инициация сокращения обеспечивается приходом потенциала действия на концевую пластинку двигательного нерва: высвобождение ацетилхолина → связывание ацетилхолина с постсинаптическими рецепторами → переход потенциала на постсинаптическую пластинку → распространение вдоль сарколеммы и к поперечным трубочкам. Потенциал по сарколемме и трубочкам распространяется благодаря наличию в этих образования Na+K+-АТФазы. В области Z-линии трубочки образуют впячивание внутрь мышечного волокна, охватывая каждую миофибриллу и вступая в контакт с цистернами саркоплазматического ретикулума. При поступлении сигнала цистерны высвобождают содержащийся в них кальций. Его концентрация в цитозоле быстро увеличивается с 10 до 20 мкм. При такой концентрации все кальцийсвязывающие центры соответствующей субьединицы тропонина оказываются насыщенными. В покоящейся мышце тропомиозин препятствует- присоединению миозиновой головки к соседнему с ним G-актиновому мономеру. Связывание кальция изменяет пространственную структуру тропонина, увеличивая силу взаимодействия между его субъединицами. Механизм первичного сближения и последующего скольжения актиновых и миозиновых нитей полностью не расшифрован. Наиболее вероятна гипотеза, известная под названием модель весельной лодки. Согласно этой гипотезе, на миозиновом стержне имеется подвижный шарнир, легко деформируемый (изгибаемый) участок молекулы. При связывании головки миозина с обнажившимся миозинсвязывающим участком молекул актина активируется АТФ-азный центр, АТФ гидролизуется, высвобождая АДФ и фосфат. Это приводит к изменению конформации миозина, выражающемуся в уменьшении угла между головкой и хвостом его молекулы. Этот процесс сокращения зависит от числа миозиновых головок, участвующих в перемещении филаментов. При низкой концентрации АТФ в мышцах потеря эластичности, наблюдающаяся в период сокращения, может сохраняться дольше. Это обусловлено тем, что число головок миозина, связанных с актином, нарастает - отсутствует фактор, присоединение которого снижает сродство миозин-акгин, т.е. АТФ. Локальные судороги мышц при местном нарушении кровообращения и связанной с этим гипоксией - примеры такого состояния. Образование прочных связей между актиновыми и миозиновыми нитями - причина трупного окоченения, обусловленного исчезновением АТФ. Непосредственный инициатор мышечного сокращения - рост концентрации кальция в цитозоле. Отсутствие нового импульса с двигательного нерва приводит к тому, что концентрация кальция в цитозоле снижается до исходной. В результате этого освобождаются кальцийсвязывающие центры тропонина и восстанавливается его конформация, свойственная состоянию покоя. Иначе говоря, происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются при повышении концентрации кальция в цитозоле, мышца расслабляется. Сокращение гладких мышц, отличающихся по структуре от поперечно-полосатых, также происходит путем АТФ-зависимого взаимодействия актиновых. и миозиновых волокон. Пусковую роль в сокращении и здесь играет повышение концентрации кальция, с той разницей, что ионы кальция связываются с кальмодулином. Комплекс Са2+-кальмодулин присоединяется к киназе миозина, активируя ее. Активированная киназа фосфорилирует легкие цепи миозина в миофибриллах, что вызывает сокращение. Расслабление мышцы происходит после распада комплекса Са2+-кальмодулин. Его распад приводит к инактивации киназы и восстановлению исходных свойств миозина. Процесс в гладких мышцах протекает заметно медленнее. Сокращение гладкой мышцы регулируется и другим путем. Киназа, которая активирует миозин, может быть фосфорилирована через аденилатциклазную систему. Отличаясь малым сродством к комплексу Са2+-кальмодулин, фосфорилированная киназа в меньшей степени активируется при повышении концентрации кальция, вызванной потенциалом действия. С этим связан расслабляющий эффект адреналина -активатора аденилатциклазной системы. Энергообеспечение мышцы отличается некоторыми особенностями. Скорость образования АТФ при окислении углеводов или ацетоацетата достаточна для обеспечения метаболизма в покоящейся мышце. При выполнении специфической функции потребность в АТФ мгновенно увеличивается в 20-200 раз. В этом случае запаса АТФ (около 5 мкмоль/г ткани) достаточно лишь на 0,5 с интенсивной работы. При высокой интенсивности сокращений потребность в АТФ может вырасти и в большей степени - примерно в 1 000 раз. Потребление кислорода существенно отстает от потребления АТФ. Это означает, что поставщиком АТФ становится анаэробное окисление - гликолиз. Усиление гликолиза обеспечивается аденилаткиназой, катализирующей образование АТФ из быстро накапливающейся при работе АДФ: Повышение концентрации АМФ ведет к ускорению гликолитического распада глюкозы. В начальный период работы мышца использует АТФ, образующийся за счет представленной выше реакции, протекающей справа налево. Это наиболее быстрый путь образования АТФ, обеспечивающий мышцу энергией до тех пор, пока включатся: другие механизмы: мобилизация гликогена, усиленный транспорт в мышцы других субстратов окисления из печени и жировой ткани. В первую очередь используются запасы углеводов, а затем начинают использоваться липиды. Два продукта, образующиеся в мышцах и поступающие в кровь, креатин и креатинин, имеют определенное диагностическое значение. Креатин, как показано выше, образуется за счет ферментативного дефосфорилирования креатинфосфата. Креатинин образуется в результате неферментативного дефосфорилирования креатинфосфата. Количество креатина, поступающего в кровь и выводящего с мочой, зависит от соотношения между скоростью образования и скоростью превращения креатинфосфата в креатин. При болезнях мышц выделение креатина возрастает, а креатинина снижается. Видимо, это обусловлено замедленным: фосфорилированием креатина. Определение креатинина в моче представляет интерес в связи со следующим. В норме суточное выделение креатинина пропорционально мышечной массе и величина постоянная. Креатинин не реабсорбируется в отличие от многих низкомолекулярных соединений, поэтому его экскреция с мочой отражает состояние клубочковой фильтрации. По выделению креатинина можно рассчитать объем фильтрации и объем реабсорбции в почках. При заболевании почек с нарушением филы-рации уменьшается выделение креатина, в то время как содержание его в крови увеличивается. ^ Длительная мышечная деятельность неизменно приводит к снижению общей работоспособности. Такое состояние называется утомлением. Утомление - защитная реакция организма. Организм начинает сигнализировать о неблагогфиятных функциональных и биохимических сдвигах, снижая при этом интенсивность мышечной деятельности, в результате чего нарушается деятельность ЦНС по формированию двигательных импульсов и передаче их к работающим мышцам. Состояние утомления характеризуется:
10. накоплением продуктовраспада (молочная кислота, кетоновые гола); 11. резким сдвигом внутриклеточной среды. В зависимости от условий мышечной деятельности и индивидуальных особенностей организма роль ведущего звена в развитии утомления может принимать на себя любые орган или функция, возможности которых в определенный момент работы становятся неадекватными требованиям нагрузки. Поэтому первопричиной утомления может стать и снижение энергетических ресурсов организма, и уменьшение активности ключевых ферментов из-за угнетающего действия продуктов метаболизма тканей, и нарушенной целостности функционирующих структур из-за недостаточности пластического обеспечения, и изменение нервной или гормональной регуляции функций, и многое другое. Следует отметить, что при интенсивной кратковременной работе основной причиной утомления служит развитие охранительного торможения в ЦНС из-за нарушения баланса АТФ/АДФ и угнетение миозиновой АТФ-азы в работающих мышцах под влиянием накопившихся продуктов обмена. А при относительно умеренной продолжительной работе основными причинами утомления становятся факторы, связанные с нарушением деятельности механизмов энергообеспечения (например, исчерпание внутримышечных запасов гликогена или накопление продуктов неполного окисления жиров) и со снижением возбудимости мышц из-за выхода калия в межклеточное пространство. ^ В период отдыха после работы биохимические изменения, произошедшие в мышцах и других органах во время физических нарузок, постепенно ликвидируются. Наиболее выраженные изменения обнаруживаются в сфере энергетического обмена. Как уже говорилось, они состоят в том, что в процессе работы в мышцах снижается содержание субстратов энергетических превращений (креатинфосфата, гликогена, а при длительной работе и липидов) и повышается содержание продуктов внутриклеточного метаболизма (АДФ, АМФ, Н3РО4, молочной кислоты, кетоновых тел и т. п.). Накопление продуктов «рабочего» метаболизма и усиление гормональной активности стимулируют окислительные процессы в тканях в период отдыха после работы, что способствует восстановлению внутримышечных запасов энергетических веществ, приводит к норме водно-электролитный баланс организма и обеспечивает индуктивный синтез белков в органах, подвергнутых действию нагрузки. Выделяют два типа восстановительных процессов -срочное и отставленное восстановление, которые различаются общей направленностью биохимических сдвигов в организме и времени, необходимого для их возвращения к норме. Срочное восстановление распространяется на первые 0,5-1,5 часа отдыха после работы; оно сводится к устранению накопившихся за время упражнения продуктов анаэробного распада и к оплате образовавшегося кислородного долга. Отставленное восстановление распространяется на многие часы отдыха после работы. Оно заключается в усиливающихся процессах пластического обмена и в реставрации нарушенного во время упражнения ионного и эндокринного равновесия в организме. В период отставленного восстановления завершается возвращение к норме энергетических запасов организма, усиливается синтез разрушенных при работе структурных и ферментных белков. ^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» ^ Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) семинарские ЗАНЯТИЯ Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008 ^ Связь живого организма с окружающей средой. Затраты энергии, происходящие в организме. Связь биохимии с физической и химической науками. 2. Белки. Структура ДНК. Правила Чаргоффа. РНК и её виды. Характеристика основных представителей сложных белков. Ферменты. Транспорт веществ в клетку. Эндоцитоз, пиноцитоз, фагоцитоз, экзоцитоз. Внешний и промежуточный обмен. Метаболический путь и метаболический цикл. Амфиболизм. 3. Углеводы. Нормы потребления углеводов. 4.Липиды, Нормы потребления липидов. 5. Витамины. Определения, понятия. Общие свойства витаминов. Классификация. Роль витаминов в обмене веществ. Водо-растворимые и жирорастворимые витамины. Причины возникновения дефицита витаминов в организме. 6. ^ Биологическая роль и состояние воды в организме. Обмен воды и его регуляция. Участие воды в транспортных функциях и формирование клеточных структур. Гидратационная вода. Иммобильная вода. Мобильная вода. Обмен воды и его регуляция. 7. ^ Минеральные вещества и их роль в организме человека. Микроэлементы. Обмен минеральных веществ и его регуляция. 8. Биохимия мышечного сокращения. Механизм "весельной лодки", как основная гипотеза сокращения мышцы. Энергообеспечение мышечного сокращения. Источники энергии. ^ Биохимические изменения в отдельных органах, системах и тканях при мышечной работе. Систематизация физических упражнений по характеру биохимических изменениях при работе. ^ Влияние тренировки на работоспособность. Биохимические основы скоростно-силовых качеств и выносливости. Биологические принципы тренировки. ^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Кафедра Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) ^ СТУДЕНТОВ Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008
^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Кафедра Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) ^ (тестирующий модуль) Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008 Из предложенных вариантов ответов, выберите только один правильный: 1. На первом этапе своего расщепления глюкоза 1) окисляется до углекислого газа и воды 2) не изменяется 3) расщепляется до двух трехуглеродных молекул (ПВК) 4) подвергается брожению 2. В ходе метаболизма происходят процессы 1) синтеза и распада 2) синтеза веществ 3) распада веществ 4) только окислительного фосфорилирования 3. Анаэробный гликолиз происходит в 1) митохондриях при образовании АТФ 2) клетках мышц при накоплении молочной кислоты 3) эритроцитах 4) хлоропластах 4. Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ 1) 9 2) 18 3) 27 4) 36 5. Сколько молекул АТФ получается в результате полного расщепления одной молекулы глюкозы 1) 32 2) 34 3) 36 4) 38 ^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Кафедра Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) ^ Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008
^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Кафедра Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф. 03) ^ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008 В комплексе медицинских дисциплин, преподаваемых в институтах физической культуры и на факультетах, немало важное значение принадлежит биохимии. Это научно-практическая дисциплина со своими задачами, теорией и проблемами. Перед преподавателем стоит задача, обеспечить усвоение основные понятий биохимии, механизмов биохимических процессов, протекающих в организме, а также обеспечить понимание особенностей биохимических процессов в организме занимающихся физической культурой и спортом. Понимание студентом основных принципов биохимии должно помочь в формировании высококвалифицированного специалиста, как преподавателя физической культуры, так и тренера, поскольку в современных условиях речь идет не столько о контакте преподавателя и тренера с врачом, сколько о совместной работе. Изучение биохимии в педагогическом вузе предполагает практическую подготовку, реализуемую на семинарских занятиях посредством выполнения практических заданий и упражнений. Изучение дисциплины «Биохимия» основано на системном подходе и учитывает междисциплинарный характер учебного материала. Основным результатом освоения курса является сформированное мышление студента, предполагающее свободное оперирование методическими понятиями, понимание реальных учебных ситуаций, владение различными технологическими подходами в практической деятельности. ^ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Кафедра Адаптивной физической культуры Учебно-методический комплекс дисциплины Биохимия (ОПД. Ф, 03) ^ ДЛЯ СТУДЕНТОВ Специальность 022300 Физическая культура и спорт код наименование Томск-2008 В УМК представлено основное содержание лекционного материала: термины и понятия, необходимые для освоения дисциплины, основные положения и подходы к спортивной медицине; весь курс разбит на темы в соответствии с учебной программой. Основная цель курса – ознакомление студентов с основами биохимии, особенностями биохимических процессов при тренировках, с целью повышения работоспособности и улучшения спортивных результатов, благодаря полученным знаниям о химической структуре и обмене веществ в живых клетках. Специальными целями курса «Биохимии» являются: знакомство с основными понятиями биохимии; изучение взаимосвязи обменных процессов, протекающих в организме; ознакомление с биохимией спорта. Преподавание курса «Биохимия» строится на основе знаний, полученных студентами факультетов физического воспитания при изучении анатомии и физиологии человека, физиологии физического воспитания и спорта, теории и методики физического воспитания и спорта. Учебная работа реализуется в ходе практической подготовки, которая представлена в планах семинарских занятий практическими заданиями. Техника безопасности на лабораторных занятиях обеспечивается посредством соблюдения учебной дисциплины и точным, неукоснительным выполнением заданий и команд преподавателя.
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 