Лекции по биохимии

2. Тема 1. Химический состав организма человека. 1. Какова структура живой клетки, и каким образом она организована для выполнения Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной.

1.

2. Тема 1. Химический состав организма человека.

1. Какова структура живой клетки, и каким образом она организована для выполнения

Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).

2. Каким образом клетки делятся, производя идентичные дочерние клетки? Что представляет собой химия наследственности? Что такое ген и как он функционирует?

Все клетки появляются путём деления родительских клеток. Большинству клеток свойственен клеточный цикл, состоящий из двух основных стадий: интерфазы и митоза. Интерфаза состоит из трех этапов. В течение 4–8 часов после рождения клетка увеличивает свою массу. Некоторые клетки (например, нервные клетки мозга) навсегда остаются в этой стадии, у других же в течение 6–9 часов удваивается хромосомная ДНК. Когда масса клетки увеличивается в два раза, начинается митоз. В типичной животной клетке митоз происходит следующим образом. В профазу центриоли удваиваются, две образовавшиеся центриоли начинают расходиться к разным полюсам клетки. Ядерная мембрана разрушается. Специальные микротрубочки выстраиваются от одной центриоли к другой, образуя веретено деления. Хромосомы разъединяются, но всё ещё остаются попарно сцепленными. Следующая после профазы стадия называется метафазой. Хромосомы, влекомые нитями веретена, выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Центромеры, скреплявшие хромосомы, делятся, после чего дочерние хромосомы полностью разъединяются. В стадии анафазы хромосомы перемещаются к полюсам клетки. Когда хромосомы достигают полюсов, начинается телофаза. Клетка делится надвое в экваториальной плоскости, нити веретена разрушаются, вокруг хромосом формируются ядерные мембраны. Каждая дочерняя клетка получает собственный набор хромосом и возвращается в стадию интерфазы. Весь процесс занимает около часа.

Химия наследственности:

В процессе репликации ДНК на каждой исходной цепи синтезируется комплементарная дочерняя цепь. Разнообразные ферменты действуют согласованно, раскручивая витки ДНК, расплетая двойную спираль и добавляя новые основания к каждой из двух строящихся дочерних цепей. Генетическая информация передается с помощью информационной (матричной) РНК. Длинные молекулы мРНК синтезируются по принципу комплементарности на одной цепи ДНК, а затем переносятся на цитоплазматические рибосомы. Этот процесс называют транскрипцией; он находится под жестким генетическим контролем. Последовательность из трех нуклеотидов в молекуле мРНК кодирует специфическую аминокислоту. На рибосомах мРНК взаимодействует с маленькими молекулами – транспортными РНК, которые связаны с определенными аминокислотами. Каждая тРНК имеет последовательность из трех оснований (антикодон), комплементарную кодону мРНК. Молекула тРНК связывается с помощью комплементарного антикодона с мРНК, а доставленная ею аминокислота связывается с концом растущей полипептидной цепи. Таким образом, аминокислота теперь соединена с белковой цепью пептидной связью, образованной с помощью специальных ферментов. Процесс синтеза белка называют трансляцией. Каждая из 20 аминокислот кодируется триплетом оснований (кодоном) в мРНК. Последовательность аминокислот в белке определена последовательностью кодонов в молекуле мРНК, которая и управляет синтезом этого конкретного белка. В конечном счете последовательность кодонов мРНК зависит от последовательности оснований ДНК, с которой мРНК была транскрибирована. Большинству аминокислот соответствуют три или четыре альтернативных кодона, каждому из которых соответствует своя тРНК. Не весь генетический материал несет информацию об аминокислотной последовательности белков. Большая часть генетической информации ядерной мРНК эукариот транскрибирована с фрагментов ДНК, названных интронами; эти фрагменты вырезаются из мРНК до того, как она попадет в цитоплазму. Остальные фрагменты мРНК, транскрибированные с участков ДНК, называемых экзонами, сшиваются в ядре до выхода мРНК в цитоплазму.

Ген:

Ген — это участок молекулы дезоксирибояуклеиновой кислоты — ДНК), который определяет порядок расположения аминокислот в первичной структуре какого-либо из белков живой клетки и тем самым обусловливает формирование признаков организма.

3. В живой клетке протекают тысячи различных химических реакций, каждая из которых катализируется специфическими ферментами. Каким же образом достигается их гармоническая синхронизация?

Очевидно, что клетке выгодно осуществлять реакции, поставляющие энергию, со скоростями, соответствующими ее энергетическим потребностям, и вырабатывать моно мерные единицы (аминокислоты, нуклеотиды, сахара) со скоростями, соответствующими потребностям в этих соединениях для синтеза биополимеров {белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов). Механизмы, благодаря которым осуществляется такая регуляция, стали предметом исследования биохимиков относительно недавно. Хотя некоторые детали остаются невыясненными, удалось установить общие принципы регуляторных механизмов; примеры регуляции скорости ферментативных превращений можно найти в разных разделах этой книги. Сюда относятся механизмы, подобные системам положительной и отрицательной обратной связи в инженерной электронике; они реализуются при функционировании ряда ферментов, участвующих в процессах биосинтеза; при этом обеспечивается постоянный поток, но не избыток необходимых промежуточных продуктов. В других случаях регуляция осуществляется путем репрессии или дерепрессии процесса образования ферментов биосинтеза.

4. Как организм регулирует объем и состав жидких сред, окружающих клетки, и крови, обеспечивающей связь между ними?

Поддержание клеточного гомеостаза. Клетка способна поддерживать относительное постоянство своей внутренней среды, т.е. клеточный гомеостаз. Основную роль в этом процессе играют цитоплазма клетки и ее мембрана. Например, коллоидно-осмотическое давление клетки поддерживается за счет определенного содержания белков, аминокислот, гидратированных ионов и воды. Активная реакция цитоплазмы (рН) сохраняется на относительно постоянном уровне благодаря наличию буферных систем клетки, в частности буферной системы гемоглобина. Клеточная мембрана выполняет в этом случае барьерную функцию, предотвращая существенные сдвиги клеточного гомеостаза.

Натрий, а также анионы хлора и гидрокарбоната – основные ионы внеклеточной жидкости. Они являются основными факторами, определяющими осмоляльность внеклеточной жидкости. Основные внутриклеточные анионы – фосфаты и органические анионы. Внутриклеточная жидкость – жидкая фаза цитоплазмы и ядра, вода которой составляет примерно 30-40% массы тела. Через нее осуществляются процессы клеточного метаболизма. Внеклеточная жидкость составляет 20% массы тела. Плазма – жидкое межклеточное вещество крови, в котором находятся белки и форменные элементы – эритроциты, тромбоциты и лейкоциты. Содержание белка в плазме около 70 г/л, а на долю «чистой» воды приходится 0,3% объема. Интерстициальная (тканевая, межклеточная) жидкость составляет 15% массы тела, является непосредственной питательной средой органа (микросреда). Состав и свойства микросреды специфичны для отдельных органов и соответствуют их структурно-функциональным особенностям. По определению К.Бернара тканевая жидкость – это «внутреннее море», в котором активно живут клетки. Лимфа является по существу составной частью и производной тканевой жидкости. Она переносит крупномолекулярные белки, частично жиры и углеводы.

5. С помощью, каких механизмов клетки "узнают" друг друга?

Клетки способны вступать во взаимодействия, образуя межклеточные контакты, в которых основная роль принадлежит клеточной мембране.

По функциональному значению для клетки выделяют следующие разновидности контактов: плотные замыкающие (изолирующие), механические, химические и синаптические.

Плотный замыкающий контакт, образующийся в результате слияния участков плазмолемм или интегральных белков мембран двух соседних клеток, может иметь значительную протяженность. Назначение контакта — простое механическое соединение клеток. Область контакта непроницаема для макромолекул и ионов и поэтому выполняет роль функционального барьера.

К механическим контактам относятся простой — сближение клеток на 15 нм (эпителий кожи — 20 нм); пальцевидное соединение и более сложно организованная десмосома протяженностью 0,5 мкм, характеризующаяся высокой электронной плотностью. Если в первых двух из них взаимодействуют только наружные слои клеточной оболочки (гликокаликс), то в области десмосомы между мембранами соседних клеток из гли-кокаликса формируется центральная пластинка, связанная с мембранами контактирующих клеток системой поперечных фибрилл, ориентированных от мембраны в матрикс клетки.

Химический контакт (щелевидный контакт, или нексус) имеет протяженность 0,5—3 мкм; при этом плазматические мембраны соседних клеток разделены промежутком 2—3 мкм. Щелевидный контакт, так же как и плотный, образован «слипанием» интегральных белков мембран контактирующих клеток; пропускает вещества, в основном низкомолекулярные (мелкие молекулы) и ионы, из клетки в клетку. В сердечной мышце при помощи нексусов передается потенциал действия.

Синаптический контакт — область соединения нервного волокна и эффекторной клетки, разделенных синаптической щелью; осуществляет одностороннюю передачу возбуждения или торможения. Тип контакта характерен для нервных клеток (мозг), для нервных окончаний с эффекторной клеткой (нервно-мышечные, нервно-эпителиальные синапсы).

Согласно модели Сингера— Николсона, фосфолипиды образуют двойной прерывистый слой. В этот слой включены белки, полярные группы которых сохраняют контакт с водной фазой. Некоторые белки пронизывают мембрану насквозь, другие погружены в липидный бислой наполовину и имеют форму ос-спирали. Часть белков связана друг с другом; другие, подобно гидратированным ионам, в большей или меньшей степени окружены липидами. Распределены белки неравномерно: на внутренней поверхности мембраны их больше. Одни из них являются ионными каналами, другие (например, гликопротеины) содержат боковые цепи гликозаминогликанов, участвующие в узнавании клетками друг друга и в межклеточных взаимодействиях.

Распределение фосфолипидов также неоднородно: холинсодержащие расположены в основном на наружной стороне мембраны, а содержащие аминогруппу — на внутренней. Внутренние участки хвостов молекул фосфолипидов не ограничены в своем движении и ответственны за текучесть мембраны.

В том или ином количестве в мембране присутствует холестерол, молекулы которого вплотную примыкают к головкам фосфолипидов и фиксируют прилегающие к ним участки «хвостов». Мембрана содержит также воду и неорганические компоненты.

Гликокаликс. Поверхность мембраны покрыта гликокал иксом — трехмерной сетью нитей гликозаминогликанов, соединенных между собой при помощи кальциевых мостиков. Гликокаликс обеспечивает механическую прочность мембраны, участвует в межклеточных взаимодействиях, рецепции, иммунологическом дифференцировании, разделяет молекулы веществ, контактирующих с клеткой, по величине и заряду. В состав глико-каликса входят ферментные транспортные системы и специальные олиго-пептиды типа адгезинов. Вследствие этого гликокаликс выполняет роль спе циального клеточного барьера, на уровне которого происходит узнавание клеткой «свой—чужой» и регулируется проницаемость различных веществ.

6.Можно ли описать формы поведения на языке химии?

С появлением в процессе эволюции нервных клеток и последующим развитием примитивной нервной системы, а затем высокоорганизованного мозга у Homo sapiens формировались все более сложные формы поведения. Ответы на возбуждающие стимулы, осуществляемые у большинства видов при участии нервных клеток, являются предопределенными и видоспецифическими, например плетение паутины, брачные танцы птиц. Очевидно, что познавательные способности присущи только ограниченному числу видов. Вместе с тем можно сформулировать ряд фундаментальных вопросов, относящихся к функционированию нервных клеток всех видов. Какие химические процессы лежат в основе проведения импульса по нервному аксону, обеспечивают передачу стимулирующих или тормозящих сигналов между нервными клетками и между нервными и мышечными клетками? Если данная нервная клетка образует с другими клетками многочисленные контакты, по которым поступают как стимулирующие, так и тормозящие импульсы, то каким образом получаемая «информация» суммируется для формирования окончательного «решения»? Сумма рассмотренных выше простейших элементов активности нервной системы формирует «поведение». Представления о химических основах преобразования такой активности в наблюдаемое поведение, процесс познания и т. д. весьма фрагментарны. Пока еще очень мало данных, позволяющих понять природу процессов, интегрирующих функции нервной и эндокринной систем; значительные усилия экспериментаторов направлены на выявление возможных химических основ памяти. Хотя биохимики признают, что «разум» и «личность» — это выражение особенностей химической структуры и метаболизма мозга, понимание этих феноменов представляется делом отдаленного будущего.

7.Каким образом потенциальная энергия, освобождающаяся при окислении веществ, содержащихся в пище, используется для реализации множества процессов, протекающих в живой клетке с потреблением энергии?

Среди таких процессов назовем только синтез сотен новых видов молекул, накопление в клетке неорганических ионов и органических соединений (против градиентов концентрации) и осуществление механической работы. Простая аналогия между «сжигающими» пищу животными и тепловыми машинами, сжигающими топливо, оказывается неприемлемой, так как тепловая энергия не может быть использована для полезной работы при постоянной температуре. Выяснение биологического пути решения этой проблемы, заключающегося в сопряжении окисления углеводов и жиров с синтезом одного соединения, аденозинтрифосфата и в последующем использовании энергии этого соединения практически для всех эндергонических процессов, является .

Тема 2. Белки.

1. Напишите формулы аминокислот: глицина, серина, цистеина, аспарагиновой кислоты, лизина, фенилаланина и пролина.

Глицин - NH2-CH2-COOH;

Серин - HO2CCH(NH2)CH2OH;

Цистеин - HO2CCH(NH2)CH2SH;

Аспарагиновая кислота - HO2CCH(NH2)CH2CO2H;

Лизин - HO2CCH(NH2)(CH2)4NH2;

Фенилаланин –

;

Пролин –

.

2. Рассмотрите уровни организации белковых молекул:

а) первичная структура; б) вторичная структура;

в) третичная структура; г) четвертичная структура.

а). Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, т. е. нить аминокислот, связанных между собой пептидными связями. В первичной структуре все связи между аминокислотами являются ковалентными и, следовательно, прочными.

б). Следующий, более высокий уровень организации - это вторичная структура, когда белковая нить закручена в виде спирали. Между группами -СООН, находящимися на одном витке спирали, и группами -NH2 на другом витке образуются водородные связи. Они возникают на основе водорода, чаще всего находящегося между двумя отрицательными атомами. Водородные связи слабее ковалентных, но при большом их числе обеспечивают образование достаточно прочной структуры. Нить аминокислот (полипептид) далее свертывается, образуя клубок, или фибриллу или глобулу, для каждого белка специфичную. Таким образом, возникает сложная конфигурация, называемая третичной структурой .

в). Определение ее производят обычно с помощью метода рентгеноструктурного анализа , который позволяет установить положение в пространстве атомов и групп атомов в кристаллах и сложных соединениях. Связи, поддерживающие третичную структуру белка, также слабые. Они возникают, в частности, вследствие гидрофобных взаимодействий. Это силы притяжения между неполярными молекулами или между неполярными участками молекул в водной среде. Гидрофобные остатки некоторых аминокислот в водном растворе сближаются, "слипаются" и стабилизируют, таким образом, структуру белка. Кроме гидрофобных сил, в поддержании третичной структуры белка существенную роль играют электростатические связи между электроотрицательными и электроположительными радикалами аминокислотных остатков. Третичная структура поддерживается также небольшим числом ковалентных дисульфидных -S-S-связей, возникающих между атомами серы серусодержащих аминокислот. Надо сказать, что и третичная; структура белка не является конечной. К макромолекуле белка нередко оказываются присоединенными макромолекулы такого же белка или молекулы иных белков. Например, сложная молекула гемоглобина - белка, находящегося в эритроцитах, состоит из четырех макромолекул глобинов: двух альфа-цепей и двух бета-цепей, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом. В результате их объединения образуется функционирующая молекула гемоглобина. Только в такой упаковке гемоглобин работает полноценно, т. е. способен переносить кислород.

г). Благодаря соединению нескольких молекул белков между собой образуется четвертичная структура. Если пептидные цепи уложены в виде клубка, то такие белки называются глобулярными. Если полипептидные цепи уложены в пучки нитей, они носят название фибриллярных белков. Начиная со вторичной структуры пространственное устройство (конформация) макромолекул белка, как мы выяснили, поддерживается в основном слабыми химическими связями. Под влиянием внешних факторов (изменение температуры, солевого состава среды, рН, под действием радиации и иных факторов) слабые связи, стабилизирующие макромолекулу, рвутся, и структура белка, а следовательно, и его свойства изменяются. Этот процесс называется денатурацией . Разрыв части слабых связей, изменения конформации и свойств белка происходят и под действием физиологических факторов (например, под действием гормонов). Таким образом регулируются свойства белков: ферментов, рецепторов, транспортеров. Эти изменения структуры белка обычно легко обратимы. Разрыв большого числа слабых связей ведет к денатурации белка, которая может быть необратимой (например, свертывание яичного белка при кипячении яиц). Иногда и денатурация белка имеет биологический смысл. Например, паук выделяет капельку секрета и приклеивает ее к какой-нибудь опоре. Затем, продолжая выделять секрет, он слегка натягивает ниточку, и этого слабого натяжения оказывается достаточно, чтобы белок денатурировался, из растворимой формы перешел в нерастворимую, и нить приобрела прочность.

I, II, III, IV-первичная, вторичная,

третичная, четвертичная структуры

3. Опишите физико – химические свойства белковых молекул.

Классификация и функции белков.

1. Принципы классификации белков:

В настоящее время еще не разработана стройная система номенклатуры и классификации белков. В соответствии с функциональным принципом различают 12 главных классов белков:

Ферменты - белки, обладающие каталитической активностью.

Гормоны - биологически активные сигнальные химические вещества, выделяемые эндокринными железами непосредственно в организме и оказывающие дистанционное сложное и многогранное воздействие на организм в целом либо на определённые органы и ткани-мишени.

Транспортные белки - собирательное название большой группы белков, выполняющих функцию переноса различных лигандов как через клеточную мембрану или внутри клетки (у одноклеточных организмов), так и между различными клетками многоклеточного организма. Транспортные белки могут быть как интегрированными в мембрану, так и водорастворимыми белками, секретируемыми из клетки, находящимися в пери- или цитоплазматическом пространстве, в ядре или органеллах эукариот.

Структурные белки - придают экстрацеллюлярным структурам механическую прочность, а также участвуют в построении цитоскелета. В большинстве структурных белков преобладает одна из вторичных структур, что предопределяется их аминокислотным составом.

Сократительные белки – Миозины, актин.

Защитные белки - Белки участвуют во всех стадиях иммунного ответа: распознавании антигена , развитии и регуляции процесса, эффекторной стадии. Основные группы иммунологически активных белков составляют иммуноглобулины ( антитела ), антигены и рецепторы поверхности лейкоцитов , цитокины и белки системы комплемента.

Токсины - вещества бактериального, растительного или животного происхождения, способные угнетать физиологические функции, что приводит к заболеванию или гибели животных и человека.

2. Охарактеризуйте основные группы протеинов:

Альбумины - простые растворимые в воде белки, умеренно растворимые в концентрированных растворах соли и свёртывающиеся при нагревании (денатурация белка). Их относительная молекулярная масса составляет примерно 65000, не содержат углеводов. Вещества, содержащие альбумин, такие как яичный белок, называются альбуминоиды. Альбуминоидами являются также сыворотка крови, семена растений.

Глобулины - группа животных и растительных белков, наиболее широко распространённых в природе. Относятся к глобулярным белкам; растворимы в слабых растворах нейтральных солей, разбавленных кислотах и щелочах; нерастворимы в воде (за исключением, например, миозина и некоторых др. Г.). Осаждаются в полунасыщенном растворе сульфата аммония, насыщенном растворе сульфата магния (при 30°С) или сульфата натрия (при 37°С). Молярная масса Г. от нескольких тысяч до миллиона и более. Большинство Г. — простые белки, однако некоторые из них (особенно Г. сыворотки крови) связаны с углеводами или липидами. Г. щитовидной железы — тиреоглобулин (молярная масса 630000) — единственный белок, содержащий йод. Г. нервной ткани — нейроглобулин, нейростромин — соединены с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды). Растительные Г. (глицинии, эдестин, легумин и др.) более устойчивы, чем животные Г., к спирту и температурным воздействиям. Г. входят в состав цитоплазмы, плазмы крови и лимфы (высших животных и человека), определяя их буферную ёмкость и иммунные свойства организма. В плазме крови, кроме Г., имеются белки альбумины; отношение альбумин/глобулин имеет диагностическое значение; в норме оно близко к 2, а при воспалительных заболеваниях — уменьшается. Гамма-глобулины применяются с лечебными целями.

Протамины - низкомолекулярные белки, содержащиеся в ядрах сперматозоидов у рыб и птиц. Молекулярная масса 4000—12 000. Для П. характерно высокое содержание щелочных аминокислот, особенно аргинина (70—80%), что обусловливает основные свойства П. Хорошо растворимы в воде, кислой и нейтральной среде, осаждаются щелочами, не денатурируют при нагревании. Изучены главным образом П. зрелой спермы рыб, в которой они составляют фракцию основного белка (почти весь белок ядер). Аминокислотный состав П. специфичен для каждого вида рыб. В ядрах клеток П. (подобно гистонам) ассоциированы с дезоксирибонуклеиновыми кислотами в нуклеопротамины. Методом рентгеноструктурного анализа показано, что цепочка П. обматывается как третья нить вокруг двойной спирали ДНК. П. образуют соли с кислотами и комплексы с кислыми белками (малорастворимый комплекс П. с инсулином используют в медицинской практике для продления срока действия последнего).

Гистоны - основной класс нуклеопротеинов, ядерных белков, необходимых для сборки и упаковки нитей ДНК в хромосомы. Существует пять различных типов гистонов, названных H1/Н5, H2A, H2B, H3, H4. Последовательность аминокислот в этих белках практически не различается в организмах различного уровня организации. Гистоны — небольшие, сильно основные белки, связывающиеся непосредственно с ДНК. Гистоны принимают участие в структурной организации хроматина, нейтрализуя за счет положительных зарядов аминокислотных остатков отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК, что делает возможной плотную упаковку ДНК в ядре.

Проламины - простые запасные белки, содержащиеся лишь в семенах злаков: глиадин — в пшенице, ржи, зеин — в кукурузе, гордеин — в ячмене, авенин — в овсе, оризин — в риск, кафирин — в сорго. Растворимы в 60—80%-ном водном этиловом спирте; содержат свыше 40% остатков глутаминовой кислоты и около 15% пролина,но очень мало лизина (с чем связана биологическая неполноценность запасных белков зерновых культур). П. гетерогенны: с помощью хроматографии и электрофореза их удаётся разделить на компоненты, близкие по аминокислотному составу, но различающиеся по молекулярной массе и электрическому заряду (например П. пшеницы разделяется на 15—30 компонентов с молекулярной массой от 81 000 до 78 000). Большинство компонентов состоит из одной полипептидной цепи; отдельные компоненты способны полимеризоваться через дисульфидные связи и входить в состав глутелинов. Компонентный состав глиадина детерминирован генетически и служит характерным признаком сорта пшеницы. В зерне пшеницы глиадин и глутенин образуют клейковину, от содержания и физических свойств которой зависят хлебопекарные качества пшеницы.

Глютелины - Растительные белки, содержащиеся преимущественно в эндосперме семян злаков; глютелины обладают сравнительно сбалансированным составом аминокислот и хорошо утилизируются организмом человека.

Протеиноиды - 1) (устаревшее) альбуминоиды, простые белки (протеины)животного происхождения, нерастворимые в воде, растворах солей, разбавленных кислотах и щелочах. Выполняют главным образом опорные функции (например, коллаген, кератин, фиброин). То же, что склеропротеины. 2) Белковоподобные вещества, получаемые искусственно в опытах, моделирующих условия первобытной Земли. Некоторые полученные т. о. (абиогенно) П. обладают молекулярной массой до 10 000, а также слабой каталитической и гормональной активностью. Полагают, что П. являются предшественниками белков и возникли при низкой температуре без участия ферментов.

3. Опишите биологическую роль нуклеопротеинов в организме:

Нуклеопротеиды — комплексы нуклеиновых кислот с белками.

К нуклеопротеидам относятся устойчивые комплексы нуклеиновых кислот с белками, длительное время существующие в клетке в составе органелл или структурных элементов клетки в отличие от разнообразных короткоживущих промежуточных комплексов белок — нуклеиновая кислота (комплексы нуклеиновых кислот с ферментами — синтетазами и гидролазами — при синтезе и деградации нуклеиновых кислот, комплексы нуклеиновых кислот с регуляторными белками и т. п.).

Наиболее сильные конформационные изменения при образовании нуклеопротеидов претерпевают нуклеиновые кислоты, и эти изменения наиболее существенны в случае образования дезоксирибонуклеопротеидов. В отличие от одноцепочечной РНК, способной образовывать вторичные и третичные структуры за счёт антипараллельного комплементарного спаривания смежных отрезков цепи. Двухцепочечная ДНК такой возможности не имеет и существует в растворах в виде значительно более «рыхлых», по сравнению с компактными глобулами РНК, клубков. Однако связывание ДНК с сильноосновными белками (гистонами и протаминами) за счёт электростатического взаимодействия приводит к значительно более плотно упакованным нуклеопротеидным комплексам — хроматинам, обеспечивающим компактное хранение ДНК и, соответственно, наследственной информации в составе хромосом эукариот. С другой стороны, большая конформационная подвижность РНК и её каталитические свойства приводят к большому разнообразию рибонуклеопротеидов, выполняющих различные функции.

4. Строение и значение гликопротеинов:

Гликопротеины - это сложные белки, в которых белковая (пептидная) часть молекулы ковалентно соединена с одной или несколькими группами гетероолигосахаридов. Кроме гликопротеинов существуют также протеогликаны и гликозаминогликаны.

Гликопротеины являются важным структурным компонентом клеточных мембран животных и растительных организмов. К гликопротеинам относятся большинство белковых гормонов. Гликопротеины мембран эритроцитов, специфически гликозилированные теми или иными углеводными остатками, но имеющие гомологичную белковую часть, предопределяют группу крови у человека. Также гликопротеинами являются все антитела, интерфероны, компоненты комплемента, белки плазмы крови, молока, рецепторные белки и др.

5. Охарактеризуйте металлопротеины:

Сложные белки, в состав молекул которых входят также ионы одного или нескольких металлов.

Многие металлопротеины играют важную физиологическую роль. Типичными металлопротеинами являются белки, содержащие негемовое железо — трансферрин, ферритин, гемосидерин, имеющие важное значение в обмене железа в организме.

Выделяют также особый подкласс металлопротеинов — металлоферменты. Это белки, обладающие ферментативной активностью и содержащие катионы металлов. Примерами металлоферментов являются селен-зависимая монодейодиназа, карбоангидраза.

6. Опишите строение и биологическую роль липопротеинов:

Класс сложных белков, простетическая группа которых представлена каким-либо липидом. Так, в составе липопротеинов могут быть свободные жирные кислоты, нейтральные жиры, фосфолипиды, холестериды. Липопротеины представляют собой комплексы, состоящие из белков (аполипопротеинов; сокращенно — апо-ЛП) и липидов, связь между которыми осуществляется посредством гидрофобных и электростатических взаимодействий. Липопротеины подразделяют на свободные, или растворимые в воде (липопротеины плазмы крови, молока и др.), и нерастворимые, т. н. структурные (липопротеины мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон, хлоропластов растений). Среди свободных липопротеинов (они занимают ключевое положение в транспорте и метаболизме липидов) наиболее изучены липопротеины плазмы крови, которые классифицируют по их плотности. Чем выше содержание в них липидов, тем ниже плотность липопротеинов. Различают липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), низкой плотности (ЛПНП), высокой плотности (ЛПВП) и хиломикроны. Каждая группа липопротеинов очень неоднородна по размерам частиц (наиболее крупные — хиломикроны) и содержанию в ней апо-липопротеинов. Все группы липопротеинов плазмы содержат полярные и неполярные липиды в разных соотношениях.

Нековалентная связь в липопротеинах между белками и липидами имеет важное биологическое значение. Она обусловливает возможность свободного обмена липидов и модуляцию свойств липопротеинов в организме.

Липопротеины являются:

· структурными элементами мембран клеток животных организмов;

· транспортными белками, транспортирующими холестерин и другие стероиды, фосфолипиды и др.

7. Дайте характеристику фосфопротеинов:

К белкам этого класса относятся казеиноген молока, в котором содержание фосфорной кислоты достигает 1%; вителлин, вителлинин и фосвитин, выделенные из желтка куриного яйца; овальбумин, открытый в белке куриного яйца; ихтулин, содержащийся в икре рыб, и др. Большое количество фосфопротеинов содержится в клетках ЦНС. Фосфопротеины занимают особое положение в биохимии фосфорсодержащих соединений не только в результате своеобразия структурной организации, но и вследствие широкого диапазона функций в метаболизме. Характерной особенностью структуры фосфопротеинов является то, что фосфорная кислота оказывается связанной сложноэфирной связью с белковой молекулой через гидроксильные группы β-оксиаминокислот, главным образом серина и в меньшей степени треонина. На одну молекулу белка обычно приходится 2–4 остатка фосфата.

Новые данные свидетельствуют о том, что в клетках фосфопротеины синтезируются в результате посттрансляционной модификации, подвергаясь фосфорилированию при участии протеинкиназ. Этот процесс подробно рассматривается в главе 14. Здесь лишь укажем на существенную роль специфической протеинкиназы, катализирующей фосфорилирование ОН-группы тирозина, в биосинтезе онкобелков. Таким образом, уровень фосфопротеинов в клетке зависит в значительной степени от регулирующего действия ферментов, катализирующих фосфорилирование (протеин-киназы) и дефосфорилирование (протеинфосфатазы). Следует отметить, что фосфопротеины содержат органически связанный, лабильный фосфат, абсолютно необходимый для выполнения клеткой ряда биологических функций. Кроме того, они являются ценным источником энергетического и пластического материала в процессе эмбриогенеза и дальнейшего постна-тального роста и развития организма.

Особо следует отметить, что некоторые ключевые ферменты, регулирующие процессы внутриклеточного обмена веществ, также существуют как в фосфорилированной, так и в дефосфорилированной форме. Этим подчеркивается значение фосфорилирования–дефосфорилирования в процессах химической модификации макромолекул, участвующих в интегральных процессах метаболизма.

8. Охарактеризуйте строение и биологическую роль хромопротеинов:

Сложные белки, состоящие из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента — простетической группы. Различают гемопротеины (содержат в качестве простетической группы гем), магнийпорфирины и флавопротеины (содержат производные изоаллоксазина). Хромопротеины участвуют в таких процессах жизнедеятельности, как фотосинтез, клеточное дыхание и дыхание всего организма, транспорт кислорода и углекислого газа, окислительно-восстановительные реакции, свето- и цветовосприятие. Хромопротеины являются важнейшими участниками аккумулирования энергии, начиная от фиксации солнечной энергии в зелёных растениях и утилизации её до превращений в организме животных и человека. Хлорофилл (магнийпорфирин) вместе с белком обеспечивает фотосинтетическую активность растений, катализируя расщепление молекулы воды на водород и кислород (поглощением солнечной энергии). Гемопротеины (железопорфирины), напротив, катализируют обратную реакцию — образование молекулы воды, связанное с освобождением энергии.

9. Как устроена молекула гемоглобина:

Гемоглобин является сложным белком класса хромопротеинов, то есть в качестве простетической группы здесь выступает особая пигментная группа, содержащая химический элемент железо — гем. Гемоглобин человека является тетрамером, то есть состоит из четырёх субъединиц. У взрослого человека они представлены полипептидными цепями α1, α2, β1 и β2. Субъединицы соединены друг с другом по принципу изологического тетраэдра. Основной вклад во взаимодействие субъединиц вносят гидрофобные взаимодействия. И α, и β-цепи относятся к α-спиральному структурному классу, так как содержат исключительно α-спирали. Каждая цепь содержит восемь спиральных участков, обозначаемых буквами A-H (От N-конца к C-концу).

Гем представляет собой комплекс протопорфирина IX, относящегося к классу порфириновых соединений, с атомом железа(II). Эта простетическая группа нековалентно связана с гидрофобной впадиной молекул гемоглобина и миоглобина. Железо(II) характеризуется октаэдрической координацией, то есть связывается с шестью лигандами. Четыре из них представлены атомами азота порфиринового кольца, лежащими в одной плоскости. Две других координационных позиции лежат на оси, перпендикулярной плоскости порфирина. Одна из них занята азотом остатка гистидина в 93 положении полипептидной цепи (участок F). Связываемая гемоглобином молекула кислорода координируется к железу с обратной стороны и оказывается заключённой между атомом железа и азотом ещё одного остатка гистидина, располагающегося в 64 положении цепи (участок E). Всего в гемоглобине человека четыре участка связывания кислорода (по одному гему на каждую субъединицу), то есть одновременно может связываться четыре молекулы. Гемоглобин в легких при высоком парциальном давлении кислорода соединяется с ним, образуя оксигемоглобин. При этом кислород соединяется с гемом, присоединяясь к железу гема на 6-ю координационную связь. На эту же связь присоединяется и моноксид углерода, вступая с кислородом в «конкурентную борьбу» за связь с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. Связь моноксида углерода с гемоглобином более прочная, чем с кислородом. Поэтому часть гемоглобина, образующая комплекс с моноксидом углерода, не участвует в транспорте кислорода. В норме у человека образуется 1,2 % карбоксигемоглобина. Повышение его уровня характерно для гемолитических процессов, в связи с этим уровень карбоксигемоглобина является показателем гемолиза.

10. Опишите функцию и роль гемоглобина в организме:

Главная функция гемоглобина состоит в переносе дыхательных газов. У человека в капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином. Током крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало; здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается из связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO2) и освобождать его в лёгких. Монооксид углерода (CO) связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород, образуя карбоксигемоглобин (HbCO). Некоторые процессы приводят к окислению иона железа в геме до степени окисления +3. В результате образуется форма гемоглобина, известная как метгемоглобин (HbOH) (metHb, от мета… и гемоглобин, иначе гемиглобин или ферригемоглобин, см. Метгемоглобинемия). В обоих случаях блокируются процессы транспортировки кислорода. Впрочем, монооксид углерода может быть частично вытеснен из гема при повышении парциального давления кислорода в легких.

Нормальным содержанием гемоглобина в крови человека считается: у мужчин 130—170 г/л (нижний предел −120, верхний предел −180 г/л), у женщин 120—150 г/л; у детей нормальный уровень гемоглобина зависит от возраста и подвержен значительным колебаниям. Так, у детей через 1—3 дня после рождения нормальный уровень гемоглобина максимальный и составляет 145—225 г/л, а к 3—6 месяцам снижается до минимального уровня 95—135 г/л, затем с 1 года до 18 лет отмечается постепенное увеличение нормального уровня гемоглобина в крови.

11. Раскройте функции и биологическую роль белков:

Так же как и другие биологические макромолекулы (полисахариды, липиды) и нуклеиновые кислоты, белки — необходимые компоненты всех живых организмов, они участвуют в большинстве жизненных процессов клетки. Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения. Белки входят в состав клеточных структур — органелл, секретируются во внеклеточное пространство для обмена сигналами между клетками, гидролиза пищи и образования межклеточного вещества.

Следует отметить, что классификация белков по их функции достаточно условна, потому что у эукариот один и тот же белок может выполнять несколько функций. Хорошо изученным примером такой многофункциональности служит лизил-тРНК-синтетаза — фермент из класса аминоацил-тРНК синтетаз, который не только присоединяет лизин к тРНК, но и регулирует транскрипцию нескольких генов. Многие функции белки выполняют благодаря своей ферментативной активности. Так, ферментами являются двигательный белок миозин, регуляторные белки протеинкиназы, транспортный белок натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза и др.

Каталитическая функция - Наиболее хорошо известная роль белков в организме — катализ различных химических реакций. Ферменты — группа белков, обладающая специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), а также репликации и репарации ДНК и матричного синтеза РНК. Известно несколько тысяч ферментов; среди них такие, как, например, пепсин, расщепляют белки в процессе пищеварения. В процесс посттрансляционной модификации некоторые ферменты добавляют или удаляют химические группы на других белках. Известно около 4000 реакций, катализируемых белками. Ускорение реакции в результате ферментативного катализа иногда огромно: например, реакция, катализируемая ферментом оротат-карбоксилазой, протекает в 1017 быстрее некатализируемой (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с участием фермента). Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются субстратами.

Структурная функция - Структурные белки цитоскелета, как своего рода арматура, придают форму клеткам и многим органоидам и участвуют в изменении формы клеток. Большинство структурных белков являются филаментозными белками: например, мономеры актина и тубулина — это глобулярные, растворимые белки, но после полимеризации они формируют длинные нити, из которых состоит цитоскелет, позволяющий клетке поддерживать форму. Коллаген и эластин — основные компоненты межклеточного вещества соединительной ткани (например, хряща), а из другого структурного белка кератина состоят волосы, ногти, перья птиц и некоторые раковины.

Защитная функция - Существуют несколько видов защитных функций белков:

Физическая защита. В ней принимает участие коллаген — белок, образующий основу межклеточного вещества соединительных тканей (в том числе костей, хряща, сухожилий и глубоких слоев кожи)дермы); кератин, составляющий основу роговых щитков, волос, перьев, рогов и др. производных эпидермиса. Обычно такие белки рассматривают как белки со структурной функцией. Примерами этой группы белков служат фибриногены и тромбины, участвующие в свёртывании крови.

Химическая защита. Связывание токсинов белковыми молекулами может обеспечивать их детоксикацию. Особенно важную роль в детоксикации у человека играют ферменты печени, расщепляющие яды или переводящие их в растворимую форму, что способствует их быстрому выведению из организма.

Иммунная защита. Белки, входящие в состав крови и других биологических жидкостей, участвуют в защитном ответе организма как на повреждение, так и на атаку патогенов. Белки системы комплемента и антитела (иммуноглобулины) относятся к белкам второй группы; они нейтрализуют бактерии, вирусы или чужеродные белки. Антитела, входящие в состав адаптативной иммунной системы, присоединяются к чужеродным для данного организма веществам, антигенам, и тем самым нейтрализуют их, направляя к местам уничтожения. Антитела могут секретироваться в межклеточное пространство или закрепляться в мембранах специализированных В-лимфоцитов, которые называются плазмоцитами. В то время как ферменты имеют ограниченное сродство к субстрату, поскольку слишком сильное присоединение к субстрату может мешать протеканию катализируемой реакции, стойкость присоединения антител к антигену ничем не ограничена.

Регуляторная функция - Многие процессы внутри клеток регулируются белковыми молекулами, которые не служат ни источником энергии, ни строительным материалом для клетки. Эти белки регулируют транскрипцию, трансляцию, сплайсинг, а также активность других белков и др. Регуляторную функцию белки осуществляют либо за счёт ферментативной активности (например, протеинкиназы), либо за счёт специфического связывания с другими молекулами, как правило, влияющего на взаимодействие с этими молекулами ферментов.

Сигнальная функция - способность белков служить сигнальными веществами, передавая сигналы между тканями, клетками или организмами. Часто сигнальную функцию объединяют с регуляторной, так как многие внутриклеточные регуляторные белки тоже осуществляют передачу сигналов. Сигнальную функцию выполняют белки-гормоны, цитокины, факторы роста и др.

Транспортная функция - Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул, должны иметь высокое сродство (аффинность) к субстрату, когда он присутствует в высокой концентрации, и легко его высвобождать в местах низкой концентрации субстрата. Примером транспортных белков можно назвать гемоглобин, который переносит кислород из лёгких к остальным тканям и углекислый газ от тканей к лёгким, а также гомологичные ему белки, найденные во всех царствах живых организмов.

Запасная (резервная) функция белков - К таким белкам относятся так называемые резервные белки, которые запасаются в качестве источника энергии и вещества в семенах растений и яйцеклетках животных; белки третичных оболочек яйца (овальбумины) и основной белок молока (казеин) также выполняют, главным образом, питательную функцию. Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.

Рецепторная функция - Белковые рецепторы могут, как находиться в цитоплазме, так и встраиваться в клеточную мембрану. Одна часть молекулы рецептора воспринимает сигнал, которым чаще всего служит химическое вещество, а в некоторых случаях — свет, механическое воздействие (например, растяжение) и другие стимулы. При воздействии сигнала на определённый участок молекулы белок-рецептор происходят её конформационные изменения. В результате меняется конформация другой части молекулы, осуществляющей передачу сигнала на другие клеточные компоненты. Существует несколько механизмов передачи сигнала. Некоторые рецепторы катализируют определённую химическую реакцию; другие служат ионными каналами, которые при действии сигнала открываются или закрываются; третьи специфически связывают внутриклеточные молекулы-посредники. У мембранных рецепторов часть молекулы, связывающаяся с сигнальной молекулой, находится на поверхности клетки, а домен, передающий сигнал, внутри.

Моторная (двигательная) функция - Целый класс моторных белков обеспечивает движения организма (например, сокращение мышц, в том числе локомоцию (миозин), перемещение клеток внутри организма (например, амебоидное движение лейкоцитов), движение ресничек и жгутиков, а также активный и направленный внутриклеточный транспорт (кинезин, динеин). Динеины и кинезины проводят транспортировку молекул вдоль микротрубочек с использованием гидролиза АТФ в качестве источника энергии. Динеины переносят молекулы и органоиды из периферических частей клетки по направлению к центросоме, кинезины в противоположном направлении. Динеины также отвечают за движение ресничек и жгутиков эукариот. Цитоплазматические варианты миозина могут принимать участие в транспорте молекул и органоидов по микрофиламентам.

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы Строение и свойства ферментов

1. Рассмотрите строение молекул ферментов:

По строению ферменты могут быть однокомпонентными, простыми белками, и двухкомпонентными, сложными белками. Во втором случае в составе фермента обнаруживается добавочная группа небелковой природы.

Субстратом (S) называют вещество, химические превращения которого в продукт (Р) катализирует фермент (Е). Тот участок поверхности молекулы фермента, который непосредственно взаимодействует с молекулой субстрата, называется активным центром фермента. Активный центр фермента образован из остатков аминокислот, находящихся в составе различных участков полипептидной цепи или различных полипептидных цепей, пространственно сближенных. Образуется на уровне третичной структуры белка-фермента. В его пределах различают Адсорбционный участок (центр) и каталитический участок (центр). Кроме того, вне активного центра фермента встречаются особые функциональные участки; каждый из них обозначают термином аллостерический центр. Каталитический центр- это та область (зона) активного центра фермента, которая непосредственно участвует в химических преобразованиях субстрата. Формируется он за счет радикалов двух, иногда трех аминокислот, расположенных в разных местах полипептидной цепи фермента, но пространственно сближенных между собой за счет изгибов этой цепи. Например, каталитический центр "серин-гистидиновых" ферментов формируется за счет радикалов аминокислот серина и гистидина. Если фермент является сложным белком, то в формировании каталитического центра нередко участвует простетическая группа молекулы фермента (кофермент). Коферментную функцию выполняют все водорастворимые витамины и жирорастворимый витамин K. Адсорбционный центр - это участок активного центра молекулы фермента, на котором происходит сорбция (связывание) молекулы субстрата. Он формируется одним, двумя, чаще тремя радикалами аминокислот, которые обычно расположены рядом с каталитическим центром. Главная его функция - связывание молекулы субстрата и передача этой молекулы каталитическому центру в наиболее удобном положении (для каталитического центра). Эта сорбция происходит только за счет слабых типов связей и потому является обратимой. По мере формирования этих связей происходит конформационная перестройка адсорбционного центра, которая приводит к более тесному сближению субстрата и активного центра фермента, более точному соответствию между их пространственными конфигурациями. Такое соответствие - не заранее "готовое", а формирующееся в ходе взаимодействия - американский ученый Кошленд положил в основу теории индуцированного соответствия (или наведенного соответствия), которая преодолела ограниченность существовавшей ранее теории ключа и замка (жесткого соответствия структуры субстрата структуре адсорбционного центра). Очевидно, что именно структура адсорбционного центра определяет субстратную специфичность фермента, т. е. требования фермента к молекуле химического вещества, чтобы она могла стать для него подходящим субстратом.

2. Дайте определение коферментов и простетических групп:

Коферменты, или коэнзимы — малые молекулы небелковой природы, специфически соединяющиеся с соответствующими белками, называемыми апоферментами, и играющие роль активного центра или простетической группы молекулы фермента. Комплекс кофермента и апофермента образует целостную, биологически активную молекулу фермента. Роль коферментов нередко играют витамины или их метаболиты (чаще всего — фосфорилированные формы витаминов группы B). Например, коферментом фермента карбоксилазы является дифосфотиамин, коферментом многих аминотрансфераз — пиридоксаль-6-фосфат.

Простетическая группа — небелковый (и не производный от аминокислот) компонент, связанный с белком, который выполняет важную роль в биологической активности соответствующего белка. Простетические группы могут быть органическими (витамины, углеводы, липиды) или неорганическими (например, ионы металлов). Простетические группы прочно связаны с белками и даже могут быть присоединены ковалентными связями. Часто играют важную роль в функционировании ферментов. Белок без простетической группы называется «апобелок», а белок с присоединенной группой — «холобелок» (или, соответственно, в случае ферментов — апофермент и холофермент). Примером может являться гем, который является простетической группой в молекуле гемоглобина. Простетические группы — это подкласс кофакторов. Они отличаются от коферментов тем, что простетические группы постоянно связаны с ферментами, в то время как коферменты связаны с ферментами непостоянно.

3. Как устроен активный центр ферментов?

Активный центр — особая часть молекулы фермента, определяющая её специфичность и каталитическую активность. Активный центр непосредственно осуществляет взаимодействие с молекулой субстрата или с теми её частями, которые непосредственно участвуют в реакции. Характер взаимодействия фермента и субстрата говорит о наличии в активном центре ряда структурных групп, соединяющихся с различными участками субстрата. Взаимодействие между активным центром фермента и молекулой субстрата осуществляется при их сближении на расстояние порядка 15—20 ангстрем, с увеличением расстояния оно быстро ослабевает (хотя среди различных ферментов могут иметь место вариации).

Активный центр фермента (схема) (по Малеру и Кордесу).

4. Напишите схему механизма ферментативного катализа. Одно время считалось, что ферментативный катализ принципиально отличается от небиологического Катализа, широко используемого в химическом производстве. Такое представление основывалось на трёх отличительных особенностях ферментативного катализа: исключительно высокой эффективности (увеличение скорости реакции в 1010–1013 раз) и специфичности, т. е. избирательности (способности каждого фермента катализировать превращение строго определённых биологических субстратов, иногда лишь единственного вещества, в единственном направлении), не достижимых в небиологическом катализе. Особенностью ферментативного катализа является также его регулируемость – способность биокатализатора – фермента – увеличивать или уменьшать свою активность в зависимости от потребностей организма. Однако исследование механизма ферментативного катализа показывает, что к нему применимы законы и принципы, на которых основаны обычные химические реакции. Отличие реакций ферментативного катализа определяется сложностью структуры ферментов и химических превращений, которые совершают вещества в ходе катализа.

5. Опишите свойства ферментов.

1. Влияние на скорость химической реакции: ферменты увеличивают скорость химической реакции, но сами при этом не расходуются. Скорость реакции – это изменение концентрации компонентов реакции в единицу времени. Если она идет в прямом направлении, то пропорциональна концентрации реагирующих веществ, если в обратном – то пропорциональна концентрации продуктов реакции. Отношение скоростей прямой и обратной реакций называется константой равновесия. Ферменты не могут изменять величины константы равновесия, но состояние равновесия в присутствии ферментов наступает быстрее.

2. Специфичность действия ферментов. В клетках организма протекает 2-3 тыс. реакций, каждая из которые катализирутся определенным ферментом. Специфичность действия фермента – это способность ускорять протекание одной определенной реакции, не влияя на скорость остальных, даже очень похожих.

Различают:

· Абсолютную – когда Ф катализирует только одну определенную реакцию (аргиназа – расщепление аргинина)

· Относительную (групповую спец) – Ф катализирует определенный класс реакций (напр. гидролитическое расщепление) или реакции при участии определенного класса веществ.

Специфичность ферментов обусловлена их уникальной аминокислотной последовательностью, от которой зависит конформация активного центра, взаимодействующего с компонентами реакции.

Вещество, химическое превращение которого катализируется ферментом носит название субстрат (S).

3. Активность ферментов – способность в разной степени ускорять скорость реакции. Активность выражают в:

1) Международных единицах активности – (МЕ) количество фермента, катализирующего превращение 1 мкМ субстрата за 1 мин.

2) Каталах (кат) – количество катализатора (фермента), способное превращать 1 моль субстрата за 1 с.

3) Удельной активности – число единиц активности (любых из вышеперечисленных) в исследуемом образце к общей массе белка в этом образце.

4) Реже используют молярную активность – количество молекул субстрата превращенных одной молекулой фермента за минуту.

Активность зависит в первую очередь от температуры. Наибольшую активность тот или иной фермент проявляет при оптимальной температуре. Для Ф живого организма это значение находится в пределах +37,0 - +39,0 °С, в зависимости от вида животного. При понижении температуры, замедляется броуновское движение, уменьшается скорость диффузии и, следовательно, замедляется процесс образования комплекса между ферментом и компонентами реакции (субстратами). В случае повышения температуры выше +40 - +50 °С молекула фермента, которая является белком, подвергается процессу денатурации. При этом скорость химической реакции заметно падает (рис.).

Классификация и номенклатура ферментов

1. На чем основана классификация ферментов?

Классификация ферментов основана на механизме их действия и включает 6 классов.

2. Дайте характеристику каждого класса ферментов: Оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы:

Оксидоредуктазы - отдельный класс ферментов, катализирующих лежащие в основе биологического окисления реакции, сопровождающиеся переносом электронов с одной молекулы (восстановителя — акцептора протонов или донора электронов) на другую (окислитель — донора протонов или акцептора электронов). Ускоряют реакции окисления — восстановления.

Трансферазы - отдельный класс ферментов, катализирующих перенос функциональных групп и молекулярных остатков от одной молекулы к другой. Широко распространены в растительных и животных организмах, участвуют в превращениях углеводов, липидов, нуклеиновых и аминокислот. Ускоряют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков.

Гидролазы - это класс ферментов, катализирующий гидролиз ковалентной связи. Ускоряют реакции гидролитического распада.

Лиазы - тдельный класс ферментов, катализирующих реакции негидролитического и неокислительного разрыва различных химических связей (C—C, C—O, C—N, C—S и других) субстрата, обратимые реакции образования и разрыва двойных связей, сопровождающиеся отщеплением или присоединением групп атомов по её месту, а также образованием циклических структур. Ускоряют негидролитическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием двойной связи (или присоединяют группы атомов по двойной связи).

Изомеразы - ферменты, катализирующие структурные превращения изомеров (рацемизация или эпимеризация). Изомеразы катализируют реакции, подобные следующей: A → B, где B является изомером A. Ускоряют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы. 6. Лигазы — ускоряют реакции синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей.

Лигазы - фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием новой химической связи (лигирование). При этом обычно происходит отщепление (гидролиз) небольшой химической группы от одной из молекул.

3. Рассмотрите значение и применение ферментов: ферментативные процессы являются основой многих производств: хлебопечения, виноделия, пивоварения, сыроделия, производства спирта, чая, уксуса. С начала 20 в. по предложению япон. учёного Д. Такамине в спиртовой и др. отраслях промышленности началось применение ферментных препаратов, получаемых из плесневых грибов или бактерий. В ряде стран этот способ широко используется для осахаривания с помощью амилаз крахмалистого сырья с целью получения кристаллической глюкозы или его сбраживания на спирт. Концентрированные амилолитические препараты Ф. из плесневых грибов при добавке в тесто приводят к улучшению качества хлеба и ускорению технологического процесса. Препараты протеолитических Ф., получаемых из микроорганизмов, употребляются в кожевенной промышленности для удаления волос и мягчения сырья, а в сыродельной промышленности – для замены дефицитного сычужного фермента (реннина). Препараты микробных пектолитических Ф. широко используют при производстве соков (выход плодового сока повышается на 10–20%). Всё большее применение очищенные ферментные препараты находят в медицине. В научных исследованиях и в клинической практике высокоочищенные ферментные препараты служат в качестве специфических средств биохимического анализа. Весьма перспективно применение т. н. иммобилизованных Ф., которые связываются каким-либо носителем, образующим с данным Ф. нерастворимый комплекс. При подборе соответствующего носителя можно получить иммобилизованный Ф. с высокой активностью, устойчивый по отношению к денатурирующим агентам. Колонка, заполненная иммобилизованным Ф., может быть многократно использована для проведения соответствующей реакции. Иммобилизованные Ф. находят всё более широкое применение в аналитической практике и биохимической технологии.

Тема 3. Углеводы.

1. Рассмотрите строение моносахаридов. Какие моносахариды называются альдозами и какие кетозами? Приведите примеры.

а) моносахариды

Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.

Альдозы содержат функциональную альдегидную группу -НС=О, тогда как кетозы содержат кетонную группу >С=О. Название моносахарида зависит от числа составляющих его углеродных атомов, например альдотриозы, кетотриозы, альдогексозы, кетогексозы и т.д.

Моносахариды по строению можно отнести к простым углеводам, так как они не гидролизуются при переваривании, в отличие от сложных, которые при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов.

Рис. Важнейшие моносахариды.

2. Какие виды изомерии характерны для моносахаридов?

Для моносахаридов, содержащих n асимметричных атомов углерода, возможно существование 2n стереоизомеров.

3. Дайте характеристику оптических изомеров.

Это изомеры молекул, содержащих хиральный центр симметрии (напр., асимметричный атом углерода, относительно которого атомы могут располагаться двумя зеркально противоположными способами). Такие молекулы называются хиральными. Физические и химические свойства оптических изомеров одинаковы, различие проявляется только при их взаимодействии с плоско поляризованным светом или с другими хиральными молекулами. Так, оптические изомеры вращают плоскость поляризации в противоположные стороны. Один из оптических изомеров молекулы считают правым (D-dexter), другой - левым (L -laevus), что обычно не связано с направлением вращения плоскости поляризации. Правые и левые оптические изомеры одной молекулы иногда, соединяясь друг с другом, образуют довольно прочные соединения - рацематы; такие соединения (а также смеси D- и L –изомеров в равном отношении) оптически неактивны, другие физические свойства рацематов также отличны от свойств энантиомеров, из которых они образовались.

4. Какой атом углерода называется асимметрическим?

На примере молочной кислоты, существующей в виде двух оптических изомеров – мясомолочной кислоты и молочной кислоты брожения можно показать, что если четыре заместителя различны, то возможны два различных расположения, которые относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению. Таким образом, тетраэдрический углеродный атом можно рассматривать как центр дисимметрии, и его часто называют асимметрическим атомом углерода или (по современной терминологии) хиральным центром (от греческого слова сheir – рука). Два различных расположения представляют собой право- и левовращающие энантиомеры (зеркальные изомеры) хиральной молекулы; смесь равных количеств двух энантиомеров представляет собой рацемат.

5. Опишите биологическую роль и применение моносахаридов.

Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета).

Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для синтеза нуклеиновых кислот, они являются составными компонентами нуклеотидных ко-ферментов, играющих исключительно важную роль в метаболизме живых существ. В последнее время все большее внимание к себе привлекают смешанные биополимеры, содержащие углеводы: гликопептиды и глико-протеины, гликолипиды и липополисахариды, гликолипопротеины и т.д. Эти вещества выполняют в организме сложные и важные функции.

С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д.

Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых.

6. Напишите схему окисления глюкозы в различных условиях и назовите образующиеся соединения.

7. Напишите уравнение реакций спиртового и молочнокислого брожения.

Химическое уравнение спиртового брожения: C6H12O6 ® 2C2H5OH + 2CO2 было дано французскими химиками А. Лавуазье (1789) и Ж. Гей-Люссаком (1815).

Суммарно уравнение спиртового брожения может быть представлено в следующем виде:

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ ® 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2АТФ.

Молочнокислое Б. Молочнокислые бактерии подразделяют на 2 группы — гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии (например, Lactobacillus delbrückii) расщепляют моносахариды с образованием двух молекул молочной кислоты в соответствии с суммарным уравнением: C6H12O6 = 2CH3CHOH·COOH.

б) олигосахариды:

1. Рассмотрите строение и свойства восстанавливающих и не восстанавливающих дисахаридов.

Дисахариды представляют собой О-гликозиды моносахаридов и при гидролизе образуют два одинаковых или различных моносахарида. Дисахариды делятся на не восстанавливающие и восстанавливающие. К не восстанавливающим относятся, например, трегалоза:

1-[-D-глюкопиранозил]--D-глюкопиранозид

и сахароза:

1-[-D-фруктофуранозил]--D-глюкопиранозид

В образовании гликозидной связи участвуют оба гликозидных гидроксила,поэтому невосстанавливающие дисахариды не способны к таутомерии с образованием открытой формыи свободной оксо-группы. Поэтому не восстанавливающие дисахариды не дают реакций, характерных для открытойформы моносахаридов, т.е. не взаимодействуют с гидроксидом диамминсеребра, гидроксидом меди, фенилгидразином,гидроксиламином, циановодородной кислотой. У восстанавливающих дисахаридов остается один свободный гликозидный гидроксил (на рисунках он подчеркнут двумя красными черточками), например:

лактоза, 4-[-D-галактопиранозил]--D-глюкопираноза

мальтоза, 4-[-D-глюкопиранозил]--D-глюкопираноза

целлобиоза, 4-[-D-глюкопиранозил]--D-глюкопираноза

Химические свойства

Восстанавливающие дисахариды способны к таутомерии, поэтому остаток моносахарида, сохранивший свой гликозидный гидроксил может переходить в открытую форму (не теряя при этом связи с остатком второго моносахарида):

Дисахариды:

По этой причине восстанавливающие дисахариды способны к мутаротации и эпимеризации. Они окисляются (отсюда иназвание - восстанавливающие):

Восстанавливаются амальгамой натрия или комплексными гидидами металлов:

Алкилируются спиртами в кислой среде (обычно в присутствии HCl), образуя гликозиды дисахаридов:

И восстанавливающие и не восстанавливающие дисахариды алкилируются галогеналкилами:

и ацилируются ангидридами или галогенангидридами кислот:

При гидролизе, который происходит при нагревании водного раствора дисахарида в присутствии кислоты (обычно серной) образуются моносахариды, например при гидролизе сахарозы - смесь глюкозы и фруктозы, а при гидролизе лактозы - смесь галактозы и глюкозы.

2. Напишите формулы мальтозы, лактозы и сахарозы и дайте их систематические названия.

Мальтоза (солодовый сахар) содержится в солоде, т.е. в проросших зернах злаков. Мальтозу получают при неполном гидролизе крахмала ферментами солода. Мальтоза выделена в кристаллическом состоянии, она хорошо растворима в воде, сбраживается дрожжами. Мальтоза состоит из двух звеньев D-глюкопиранозы, соединенных гликозидной связью между углеродом С-1 (аномерным углеродом) одного звена глюкозы и углеродом С-4 другого глюкозного звена. Такую связь называют -1,4-гликозидной связью. Показанная ниже формула Хеуорса -мальтозы обозначается префиксом -, потому что ОН-группа при аномерном углероде расположенного справа глюкозного звена является -гидроксилом. Мальтоза – восстанавливающий сахар. Ее полуацетальная группа находится в равновесии со свободной альдегидной формой и может окисляться в карбоновую мальтобионовую кислоту.

Формулы Хеуорса мальтозы в циклической и альдегидной формах

Лактоза (молочный сахар) содержится в молоке (4–6%), ее получают из молочной сыворотки после удаления творога. Лактоза значительно менее сладкая, чем свекловичный сахар. Она используется для изготовления детского питания и фармацевтических препаратов. Лактоза состоит из остатков молекул D-глюкозы и D-галактозы и представляет собой 4-(-D-галактопиранозил)-D-глюкозу, т.е. имеет не -, а -гликозидную связь.
В кристаллическом состоянии выделены - и -формы лактозы, обе они принадлежат к восстанавливающим сахарам.

Формула Хеуорса лактозы (-форма)

Сахароза (столовый, свекловичный или тростниковый сахар) – наиболее распространенный в биологическом мире дисахарид. В сахарозе углерод С-1 D-глюкозы соединен с углеродом
С-2 D-фруктозы посредством -1,2-гликозидной связи. Глюкоза находится в шестичленной (пиранозной) циклической форме, а фруктоза в пятичленной (фуранозной) циклической форме. Химическое название сахарозы – -D-глюкопиранозил--D-фруктофуранозид. Поскольку оба аномерных углерода (и глюкозы, и фруктозы) вовлечены в образование гликозидной связи, глюкоза относится к невосстанавливающим дисахаридам. Вещества этого типа способны только к реакциям образования простых и сложных эфиров, как всякие многоатомные спирты. Сахароза и другие невосстанавливающие дисахариды гидролизуются особенно легко.

Формула Хеуорса сахарозы

3. Опишите биологическую роль и применение дисахаридов.

Дисахариды, биозы, углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов. Все дисахариды построены по типу гликозидов. При этом водородный атом гликозидного гидроксила одной молекулы моносахарида замещается остатком др. молекулы моносахарида за счёт полуацетального или спиртового гидроксила. В первом случае образуются дисахариды, не обладающие восстанавливающими свойствами, во втором — дисахариды с восстанавливающими свойствами. В группу не восстанавливающих дисахаридов входят трегалоза (микоза, или грибной сахар), состоящая из 2 остатков глюкозы; сахароза, состоящая из остатков глюкозы и фруктозы, и др. К группе восстанавливающих дисахаридов относятся мальтоза, целлобиоза, лактоза и др. Дисахариды могут содержать 5- и 6-членные кольца моносахаридов (пентозы и гексозы) и различаться по конфигурации гликозидной связи (a- или b-гликозиды). Пространственные формы (конформации) колец моносахаридных остатков в разных дисахаридах могут варьировать. Так, целлобиоза и мальтоза различаются не только конфигурацией гликозидной связи (a — у мальтозы и b — у целлобиозы), но и тем, что в целлобиозе оба остатка находятся в одинаковой конформации, а в мальтозе — в разных.

Дисахариды — хорошо кристаллизующиеся вещества, легко растворимы в воде и в 45 — 48°-ном спирте, плохо растворимы в 96°-ном спирте; оптически активны; сладки на вкус. Гидролиз Д. (для сахарозы называется инверсией) происходит при действии кислот; при наличии 5-членного кольца в моносахаридном остатке скорость кислотного гидролиза Д. возрастает. Гидролиз Д. осуществляется также ферментами (карбогидразами), например a- или b-гликозидазами (в зависимости от типа гликозидной связи в дисахаридах). В результате гидролиза образуются моносахариды.

Дисахариды широко распространены в животных и растительных организмах. Они встречаются в свободном состоянии (как продукты биосинтеза или частичного гидролиза полисахаридов), а также как структурные компоненты гликозидов и др. соединений. Обычно Д. получают из природных источников (например, сахарозу — из сахарной свёклы или сахарного тростника, лактозу — из молока животных). Многие Д. синтезируют химическими и биохимическими методами.

Сахароза, лактоза и мальтоза — ценные пищевые и вкусовые вещества. Производством сахарозы занята сахарная промышленность.

в) олигосахариды:

1. Опишите строение крахмала.

Крахмал состоит из 2 полисахаридов - амилозы и амилопектина, образованных остатками глюкозы. Экспериментально доказано, что химическая формула крахмала (C6H10O5)n.

Установлено, что крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала. Накапливается в виде зерен, главным образом в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Крахмал - белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде он набухает и образует клейстер.

2. Напишите формулы структурных звеньев амилозы и амилопектина.

3. Опишите биологическую роль крахмала.

Крахмал, являясь одним из продуктов фотосинтеза, широко распространен в природе. Для растений он является запасом питательных веществ и содержится в основном в плодах, семенах и клубнях. Наиболее богато крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86 %), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %). Для организма человека крахмал наряду с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.

Раствор крахмала в воде является неньютоновской жидкостью.

4. Напишите формулу структурного звена целлюлозы.

Целлюлоза в форме полимера β-D-глюкозы

5. Дайте характеристику строению и биологическому значению целлюлозы.

Целлюлоза представляет собой полимер бета-глюкозы. В отличие от крахмала и гликогена этот полисахарид выполняет структурную функцию.

Когда две молекулы бета-глюкозы соединяются друг с другом, группа —ОН при 1-м углеродном атоме может прийти в контакт с группой —ОН при 4-м атоме лишь в том случае, если одна из молекул будет повернута относительно другой на 180°. Связано это с тем, что группа —ОН при 1 -м атоме располагается под плоскостью кольца, а группа —ОН при 4-м атоме — над ней.

Таким образом, каждый следующий остаток в молекуле целлюлозы повернут относительно предыдущего на 180°. Именно это и отличает молекулы целлюлозы от молекул крахмала и позволяет изготавливать из целлюлозы футболки, которые мы все носим. Футболки из целлюлозы можно приобрести как в магазинах, так и имеется возможность получить футболки почтой России. Практически все футболки изготовлены из хлопка, который и состоит из целлюлозы особой формы.

В целлюлозе заключено около 50% углерода, находящегося в растениях, и по общей своей массе целлюлоза на Земле занимает первое место среди всех органических соединений. Практически всю целлюлозу поставляют растения, хотя она встречается также у некоторых низших беспозвоночных и у примитивных групп грибов.

Такое большое количество целлюлозы на Земле, обусловлено тем, что у всех растений из нее построены клеточные стенки: в среднем 20—40% материала клеточной стенки составляет именно целлюлоза. Строение молекул целлюлозы делает их как нельзя лучше приспособленными для этой роли. Они представляют собой длинные цепи — приблизительно из 10 000 остатков глюкозы. Эти цепи, в которых остатки глюкозы соединены бета-1,4-связями, прямолинейны в отличие от цепей крахмала, альфа-1,4-связи которых делают их способными изгибаться и свертываться.

Из каждой такой цепи выступает наружу множество —ОН-групп. Эти группы направлены во все стороны и образуют водородные связи с соседними цепями, что обеспечивает жесткое поперечное сшивание всех цепей. По 60—70 цепей объединены друг с другом в микро фибриллы, а последние в свою очередь собраны в пучки, т. е. в более крупные структуры, называемые макро фибриллами.

Прочность на разрыв при таком строении чрезвычайно велика (некоторое представление об этом дает испытание на разрыв такого материала, как хлопок, состоящего почти полностью из целлюлозы). В клеточной стенке слои целлюлозных макро фибрилл погружены в цементирующий матрикс, состоящий из других полисахаридов, что придает всей структуре еще большую прочность.

Таким образом, растительные клетки одеты оболочкой, состоящей из нескольких слоев целлюлозы. Она предохраняет их от разрыва, когда внутрь под действием осмотических сил поступает вода, и она же в какой-то мере определяет их форму, поскольку направление, в котором может растягиваться клетка, зависит от того, как располагаются в клеточной стенке целлюлозные слои.

С поступлением воды клетка растягивается и внутри нее нарастает давление — клетка становится тургесцентной. У растений, лишенных древесины, именно тургесцентные клетки обеспечивают растению опору. При всей своей прочности слои целлюлозы легко пропускают воду и растворенные в ней вещества — свойство, весьма существенное для активно функционирующих растительных клеток.

Помимо того что целлюлоза является одним из структурных компонентов растительных клеточных стенок, она служит также и пищей для некоторых животных, бактерий и грибов. Фермент целлюлоза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы, сравнительно редко встречается в природе. Поэтому большинство животных, в том числе и человек, не могут использовать целлюлозу, хотя она представляет собой практически неисчерпаемый и потенциально очень ценный источник глюкозы. Однако у жвачных животных, например у коровы, в кишечнике обитают в качестве симбионтов бактерии, которые переваривают целлюлозу. Чрезвычайное обилие целлюлозы в природе и сравнительно медленный ее распад важны в экологическом плане, ибо они означают, что большое количество углерода остается «запертым» в этом веществе, а между тем углерод абсолютно необходим всем живым организмам. Промышленное значение целлюлозы огромно. Из нее изготовляют, в частности, хлопчатобумажные ткани, бумагу, клейкую ленту на бумажной основе и т. п..

6. Приведите примеры гетеро полисахаридов и охарактеризуйте их биологическую роль.

Полисахариды, в структуре которых характерно наличие двух или более типов моно мерных звеньев, носят название гетеро полисахаридов.

Принято считать, что, поскольку гетеро полисахариды чаще состоят только из двух различных мономеров, расположенных повторяющимся образом, они не являются информационными молекулами.

Важнейшие представители гетеро полисахаридов в органах и тканях животных и человека – гликозаминогликаны (мукополисахариды). Они состоят из цепей сложных углеводов, содержащих аминосахара и уроновые кислоты.

. Строение некоторых сложных полисахаридов (гликозамино-гликанов).

Протеогликановый агрегат (схема).

Единая длинная молекула гиалуро-ната (1) нековалентно связана со многими молекулами белка (2), каждая из которых содержит кова-лентно связанные молекулы хонд-роитинсульфата (3) и кератансуль-фата (4).Различают шесть основных классов гликозаминогликанов. Каждый из гликозаминогликанов содержит характерную для него повторяющуюся дисахаридную единицу; во всех случаях (кроме кератансульфатов) эта единица содержит либо глюкуроновую, либо идуроновую кислоту. Все гликозаминогликаны, за исключением гиалуроновой кислоты, содержат остатки моносахаридов с О- или N-сульфатной группой. Гликозаминогликаны значительно различаются по размерам, их молекулярные массы в пределах от 104 Да для гепарина до 107 Да для гиалуроновой кислоты.Выделенные индивидуальные гликозаминогликаны могут содержать смесь цепей различной длины (рис.1). Гликозаминогликаны как основное скрепляющее вещество связаны со структурными компонентами костей и соединительной ткани. Их функция состоит также в удержании большой массы воды и в заполнении межклеточного пространства. Иными словами, гликозаминогликаны – основной компонент внеклеточного вещества – жела-тинообразного вещества, заполняющего межклеточное пространство тканей. Они также содержатся в больших количествах в синовиальной жидкости – это вязкий материал, окружающий суставы, который служит смазкой и амортизатором. Поскольку водные растворы гликозаминогликанов гелеобразны, их называют мукополисахаридами. Наконец, если цепи гликозаминогликана присоединены к белковой молекуле, соответствующее соединение называют протеогликаном. Протеогликаны образуют основное вещество внеклеточного матрикса. В отличие от простых гликопротеинов, которые содержат только несколько процентов углеводов (по массе), протеогликаны могут содержать до 95% (и более) углеводов (рис. 2).

Тема 4. Липиды.

1. Строение и свойства простых липидов.

Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложных - из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др.

Молекула простых липидов не содержит атомов азота, фосфора, серы. К ним относят производные) одноатомных (высших с 14—22 атомами углерода) карбоновых кислот и одно- и многоатомных спиртов (в первую очередь трех атомного спирта — глицерина). Наиболее важными и распространенными представителями простых липидов являются ацил глицерины. Широко распространены воски.

Ацилглицерины (глицериды) — сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных карбоновых кислот. Они составляют основную массу липидов (иногда до 95—96 %) и именно их называли маслами и жирами.

Восками называют сложные эфиры высокомолекулярных одноосновных карбоновых кислот и одноосновных высокомолекулярных (с 18-30 атомами углерода) спиртов, входящие в состав липидов:

Они широко распространены в природе, покрывая тонкислоем листья, стебли, плоды растений, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание их в зерне и плодах невелико. В оболочках семян подсолнечника содержится 0,2 % восков от массы оболочки, в семей сои — 0,01, риса — 0,05 %.

2.Напишите общую формулу жира.

де R1, R2 и R3 - радикалы (иногда - различных) жирных кислот.

3. Напишите формулы предельных жирных кислот: лауриновой, миристиновой, пальмитиновой и стеариновой.

Лауриновая - С11 Н23 COOH;

Миристиновая - С13 Н27 COOH;

Пальмитиновая - CH3(CH2)14COOH;

Стеариновая - CH3 (CH2 )16 COOH.

4. Напишите формулы непредельных жирных кислот: пальмитолеиновая, олеиновой, линолевой, линоленовой, арахидоновой.

Пальмитолеиновая - С15Н29СOOH;

Олеиновая - С17Н33СOOH;

Линолевая - С17Н31COOH;

Линоленовая - С17Н28COOH;

Арахидоновая - С19Н31COOH;

5. Приведите формулы восков: спермацета и пчелиного воска.

Спермацет - С15 Н31 СООС16 Н33;

Пчелиный - смесь сложных эфиров (72%), насыщенных неразветвленных углеводородов С21—С35 (12-15%) и карбоновых к-т С16—С36 (15%), относит. кол-ва к-рых зависят от условий питания пчел и др. факторов. Получают переработкой сот, обрезков вощины и восковых наростов в ульях.

6. Рассмотрите строение стиролов и стеринов.

Стирол представляет собой бесцветную жидкость—мономер, содержащий альдегиды и кетоны, образующиеся из стирола на воздухе, имеет едкий резкий запах. Температура кипения стирола + 145°С, температура замерзания —31°С, критическая температура + 373°С. Скрытая теплота испарения 365 Дж/г, вязкость 0,78 Па с, плотность 906 кг/м3, молекулярная масса 104.

Стерины представляют собой гидроароматические спирты сложного строения, относимые к группе не омыляемых веществ нейтрального характера.

7. Опишите физиологическую роль холестерина и желчных кислот.

Холестерин появился в эволюции вместе с животными клетками сотни миллионов лет назад. Растительные клетки покрыты двумя оболочками: одна — нежная липидно-белковая, другая — прочная целлюлозная. Клетки животных тканей имеют лишь одну оболочку, но прочности липидно-белковой мембраны было недостаточно, особенно для тканей с механическими функциями и для «блуждающих» клеток, таких, как лимфоциты и эритроциты. Именно холестериновые молекулы придают клеточным оболочкам животных необходимую прочность. Структура этих молекул такова, что они могут встраиваться между углеводородными цепочками жирных кислот клеточных мембран и «цементировать» липопротеиновую плёнку.

Физиологической функцией желчных кислот является участие в регуляции экскреторной функции печени. Желчные соли действуют как физиологические слабительные, усиливая перистальтику кишечника. Этим действием холатов объясняются внезапные поносы при поступлении в кишечник больших количеств концентрированной желчи, например при гипомоторной дискинезии желчных путей. При забрасывании желчи в желудок может развиваться гастрит.

Сложные липиды:

1. Напишите схему строения фосфолипидов.

Схема строения молекул фосфолипидов.

2. Опишите биологическую роль фосфолипидов.

Главный липидный компонент клеточной мембраны. Они сопутствуют жирам в пище и служат источником фосфорной кислоты, необходимый для жизни человека.

Биологическая роль фосфолипидов.

3. Рассмотрите строение гликолипидов.

ГЛИКОЛИПИДЫ (от греч. glykys-сладкий и липиды), соединения, построенные из липидного и углеводного фрагментов, соединенных ковалентной связью. Гликолипиды широко распространены в природе (они обнаружены в животных, растениях и микроорганизмах) и охватывают разнородные по структуре соединения.

4. Опишите биологическую роль гликолипидов.

Гликолипиды - сложные липиды, содержащие в составе молекулы углеводные группы (чаще остаток D-галактозы). Гликолипиды играют существенную роль в функционировании биологических мембран. Они содержатся преимущественно в ткани мозга, но имеются также и в кровяных клетках и других тканях. Известны три основные группы гликолипидов: цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды. Цереброзиды не содержат ни фосфорной кислоты, ни холина.

Вопрос 5.

Охарактеризуйте физиологическую роль и значение липидов для организма человека.

Ответ:

Липиды играют важную роль в жизнедеятельности организма. Общее количество жира у здорового человека составляет 10 - 20 % от массы тела, в случае ожирения может достигать 50%. Существует несколько классов липидов, значительно отличающихся по структуре и по биологическим функциям. Собственно жиры (триглицериды) представляют собой эфиры высших жирных кислот и глицерина. В организме они служат главным источником энергии и образуют резерв энергетического материала. Среди пищевых веществ жиры обладают наибольшей энергетической ценностью - при сгорании 1 г жира образуется 9 ккал, при сгорании белков и углеводов - примерно 4 ккал. Во многих тканях даже при сбалансированном питании для получения энергии используются почти исключительно жиры, тогда как глюкоза сохраняется для тканей, особо в ней нуждающихся (головной мозг, эритроциты). Жиры выполняют защитные функции. Вокруг жизненно важных органов (почки, половые железы, тимус и др.) образуются жировые капсулы, которые удерживают их в нормальном анатомическом положении, предохраняют от смещений и травм. На поверхности кожи жиры образуют водоотталкивающую пленку, которая защищает ткани, как от потери влаги, так и от переувлажнения, а также обладает антимикробным действием. Кроме этого подкожный жир создает термоизоляционный покров тела. Жиры являются плохими проводниками тепла и предохраняют внутренние органы от переохлаждения. Жировая ткань является местом образования гормона лептина, оказывающего разностороннее воздействие на организм человека.

Тема 5. Витамины.

Характеристика витаминов.

1. Дайте определение терминов: витамины, авитаминоз, гипо- и гипервитаминоз.

Витамины - группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная, в химическом отношении, группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Витамины содержатся в пище в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам.

Авитаминоз - заболевание, являющееся следствием длительного неполноценного питания, в котором отсутствуют какие-либо витамины.

Гиповитаминоз - болезненное состояние, возникающее при нарушении соответствия между расходованием витаминов и поступлением их в организм; то же, что витаминная недостаточность.

Гипервитаминоз - острое расстройство в результате интоксикации сверхвысокой дозой одного или нескольких витаминов (содержащихся в пище или витаминсодержащих лекарствах).

2. На чем основана классификация витаминов? На какие группы витамины подразделяются.

Современная классификация витаминов не является совершенной. Она основана на физико-химических свойствах (в частности, растворимости) или на химической природе, но до сих пор сохраняются и буквенные обозначения. В зависимости от растворимости в неполярных органических растворителях или в водной среде различают жирорастворимые и водорастворимые витамины. В приводимой классификации витаминов, помимо буквенного обозначения, в скобках указан основной биологический эффект, иногда с приставкой «анти», указывающей на способность данного витамина предотвращать или устранять развитие соответствующего заболевания; далее приводится номенклатурное химическое название каждого витамина.

Витамины, растворимые в жирах

1. Витамин А (антиксерофтальмический); ретинол

2. Витамин D (антирахитический); кальциферолы

3. Витамин Е (антистерильный, витамин размножения); токоферолы

4. Витамин К (антигеморрагический); нафтохиноны

Витамины, растворимые в воде

1. Витамин B1(антиневритный); тиамин

2. Витамин В2 (витамин роста); рибофлавин

3. Витамин В6 (антидерматитный, адермин); пиридоксин

4. Витамин B12(антианемический); цианкобаламин; кобаламин

5. Витамин РР (антипеллагрический, ниацин); никотинамид

6. Витамин Вc (антианемический); фолиевая кислота

7. Витамин В3 (антидерматитный); пантотеновая кислота

8. Витамин Н (антисеборейный, фактор роста бактерий, дрожжей и грибков); биотин

9. Витамин С (антискорбутный); аскорбиновая кислота

10. Витамин Р (капилляроукрепляющий, витамин проницаемости); биофлаво-ноиды

3. Дайте характеристику жирорастворимых: А, Д, Е, К и водорастворимых витаминов: В1, В2, В3, РР, В6, В9, В12, В 15, С, Р, U по схеме:

· химическое строение витамина; пищевые источники,

· физиологическая роль, характеристика авитаминоза,

· гипо- и гипервитаминозов, антивитамины;

· физиологическая роль и значение витаминов.

А

Ретинол (истинный витамин A, транс-9,13-Диметил-7-(1,1,5-триметилциклогексен-5-ил-6)-нонатетраен-7,9,11,13-ол) — жирорастворимый витамин, антиоксидант. В чистом виде нестабилен, встречается только в продуктах животного происхождения. Поэтому производится и используется в формах ретинола ацетата и ретинола пальмитата. Также может быть синтезирован организмом из бета-каротина. Необходим для зрения и костей, а также здоровья кожи, волос и работы иммунной системы.

Ретинол является жирорастворимым, поэтому для его усвоения пищевым трактом требуются жиры, а также минеральные вещества. В организме его запасы остаются достаточно долго, чтобы не пополнять его запасы каждый день. Существует две формы этого витамина: это готовый витамин А (ретинол) и провитамин А (каротин), который в организме человека превращается в витамин A, поэтому его можно считать растительной формой витамина A. Витамин A имеет бледно-желтый цвет, который образуется из красного растительного пигмента бета-каротина.

Витамин А участвует в окислительно-восстановительных процессах, регуляции синтеза белков, способствует нормальному обмену веществ, функции клеточных и субклеточных мембран, играет важную роль в формировании костей и зубов, а также жировых отложений; необходим для роста новых клеток, замедляет процесс старения.

Витамин А поддерживает ночное зрение путём образования пигмента, называемого родопсин, способного улавливать минимальный свет, что очень важно для ночного зрения. Он также способствует увлажнению глаз, особенно уголков, предохраняя их от пересыхания и последующего травмирования роговицы.

Витамин А необходим для нормального функционирования иммунной системы и является неотъемлемой частью процесса борьбы с инфекцией. Применение ретинола повышает барьерную функцию слизистых оболочек, увеличивает фагоцитарную активность лейкоцитов и других факторов неспецифического иммунитета. Витамин А защищает от простуд, гриппа и инфекций дыхательных путей, пищеварительного тракта, мочевых путей. Наличие в крови витамина А является одним из главных факторов, ответственных за то, что дети в более развитых странах гораздо легче переносят такие инфекционные заболевания как корь, ветряная оспа, тогда как в странах с низким уровнем жизни намного выше смертность от этих «безобидных» вирусных инфекций. Обеспеченность витамином А продлевает жизнь даже больным СПИДом.

Ретинол необходим для поддержания и восстановления эпителиальных тканей, из которых состоят кожа и слизистые покровы. Не зря практически во всех современных косметических средствах содержатся ретиноиды — его синтетические аналоги. Действительно, витамин А применяется при лечении практически всех заболеваний кожи (акне, прыщи, псориаз и т. д.). При повреждениях кожи (раны, солнечные ожоги) витамин А ускоряет процессы заживления, а также стимулирует синтез коллагена, улучшает качество вновь образующейся ткани и снижает опасность инфекций.

Ввиду своей тесной связи со слизистыми оболочками и эпителиальными клетками витамин А благотворно влияет на функционирование легких, а также является стоящим дополнением при лечении некоторых болезней желудочно-кишечного тракта (язвы, колиты).

Ретинол необходим для нормального эмбрионального развития, питания зародыша и уменьшения риска таких осложнений беременности, как малый вес новорожденного.

Д

Группа биологически активных веществ (в том числе эргокальциферол и холекальциферол). Витамины группы D являются незаменимой частью пищевого рациона человека. Суточная потребность: 10-25 мкг

Растворим в жирах. Состоит из феролов, приобретающих активность при ультрафиолетовом облучении. В организме этот процесс осуществляется в коже. Дефицит витамина D — явление очень распространенное, и может вызвать проблемы роста клеток органов, наибольшим из которых является кожа. Учёные также занимаются поисками доказательства того, что долговременный дефицит витамина D приводит к заболеванию раком.

Витамин D регулирует усвоение минералов кальция и фосфора, уровень содержания их в крови и поступление их в костную ткань и зубы. Вместе с витамином A и кальцием или фосфором защищает организм от простуды, диабета, глазных и кожных заболеваний. Он также способствует предотвращению зубного кариеса и патологий дёсен, помогает бороться с остеопорозом и ускоряет заживление переломов.

Е

Группа жирорастворимых биологически активных веществ (токоферолы и токотриенолы), проявляющих антиоксидантные свойства.

В природе существует в виде смеси четырёх структурных изомеров токоферолов и четырёх соответствующих им токотриенолов, отличающихся биологической активностью и исполняемыми в теле функциями.

Витамин Е — жирорастворимый витамин, то есть он растворяется и остается в жировых тканях тела, тем самым уменьшая потребность в потреблении больших количеств витамина. Признаки дефицита жирорастворимых витаминов проявляются не сразу, поэтому его трудно диагностировать.

Витамин Е присутствует во многих продуктах, особенно им богаты некоторые жиры и масла. В частности, он содержится в следующих продуктах: орехи, масла, шпинат, подсолнечное масло и семечки, цельные зерна, лосось, печень, яичный желток, овес.

Витамин Е предотвращает образование тромбов и способствует их рассасыванию. Он также улучшает фертильность, уменьшает и предотвращает приливы в климактерический период. Витамин Е также используется в косметологии для сохранения молодости кожи, он способствует заживлению кожи и уменьшает риск образования рубцовой ткани. Кроме того, токоферол помогает при лечении экземы, язв кожи, герпеса и лишая. Витамин Е очень важен для красных кровяных телец, он улучшает дыхание клеток и укрепляет выносливость.

Гипоавитаминоз α-токоферола как основной антиоксидантной системы организма приводит к нарушению метаболизма витамина А (токоферол — стабилизатор непредельной боковой цепи ретинола), а также к нарушениям в мембранах клеток, так как витамин Е — стерический стабилизатор фосфолипидного слоя биологических мембран. А это в свою очередь ведёт к нарушению транспорта кислорода, бесплодию и т. д.(вследствие деградации мембран эритроцитов и семенников соответственно).

Следует также заметить, что гипо- и гиперавитаминозные состояния у человека при сохранении нормальных функций организма не встречаются. Их можно наблюдать при разного рода заболеваниях — таких, как цирроз печени, печёночная липодистрофия и др.

Нехватка витамина E может служить одной из причин вялости и малокровия.

К

Относится к группе липофильных (жирорастворимых) и гидрофобных витаминов, необходимых для синтеза белков, обеспечивающих достаточный уровень коагуляции. Химически, является производным 2-метил-1,4-нафтохинона. Играет значительную роль в обмене веществ в костях и в соединительной ткани, а также в здоровой работе почек. Во всех этих случаях витамин участвует в усвоении кальция и в обеспечении взаимодействия кальция и витамина D. В других тканях, например, в лёгких и в сердце, тоже были обнаружены белковые структуры, которые могут быть синтезированы только с участием витамина К.

Витамин K определяют как группу липофильных (гидрофобных) витаминов. Витамин K2 (менаквинон, менатетренон) продуцируется бактериями в кишечнике, поэтому его недостаточность проявляется редко, преимущественно при дисбактериозах.

Витамин K участвует в карбоксилировании остатков глутаминовой кислоты в полипептидных цепях некоторых белков. В результате такого ферментативного процесса происходит превращение остатков глутаминовой кислоты в остатки гамма-карбоксилглутаминовой кислоты (сокращенно Gla-радикалы). Остатки гамма-карбоксилглутаминовой кислоты (Gla-радикалы), благодаря двум свободным карбоксильным группам, участвуют в связывании кальция. Gla-радикалы играют важную роль в биологической активности всех известных Gla-белков.

Дефицит витамина К может развиваться из-за нарушения усвоения пищи в кишечнике (такие как закупорка желчного протока), из-за терапевтического или случайного всасывания антагонистов витамина K, или, очень редко, дефицитом витамина К в рационе. В результате приобретенного дефицита витамина К Gla-радикалы формируются не полностью, вследствие чего Gla-белки не в полной мере выполняют свои функции. Вышеописанные факторы могут привести к следующему: обильные внутренние кровоизлияния, окостенение хрящей, серьёзная деформация развивающихся костей или отложения солей на стенках артериальных сосудов.

В1

Водорастворимый витамин, соединение, отвечающее формуле C12H17N4OS. Бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, нерастворимое в спирте. Разрушается при нагревании. Христиа́н Э́йкман предположил существование паралитического яда в эндосперме риса, и полезных для организма веществ, излечивающих болезнь бери-бери в рисовых отрубях. За исследования, которые привели к открытию витаминов, Эйкман получил в 1929 году Нобелевскую премию в области медицины. В 1911 году Казимир Функ получил биологически активное вещество из рисовых отрубей, которое назвал витамином, так как молекула содержала азот.

Известный как витамин B1 тиамин играет важную роль в процессах метаболизма углеводов и жиров. Вещество необходимо для нормального протекания процессов роста и развития и помогает поддерживать надлежащую работу сердца, нервной и пищеварительной систем. Тиамин, являясь водорастворимым соединением, не запасается в организме и не обладает токсическими свойствами.

Гипервитаминоз для тиамина не характерен. Парентеральное введение витамина B1 в большой дозе может вызвать анафилактоидный шок вследствие способности тиамина вызывать неспецифическую дегрануляцию тучных клеток.

В2

Один из наиболее важных водорастворимых витаминов, кофермент многих биохимических процессов.

Рибофлавин является биологически активным веществом, играющим важную роль в поддержании здоровья человека. Биологическая роль рибофлавина определяется вхождением его производных флавинмононуклеотида (FMN) и флавинадениндинуклеотида (FAD) в состав большого числа важнейших оксилительно-восстановительных ферментов в качестве коферментов.

Флавиновые ферменты принимают участие в окислении жирных, янтарной и других кислот; инактивируют и окисляют высокотоксичные альдегиды, расщепляют в организме чужеродные D-изомеры аминокислот, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерий; участвуют в синтезе коферментных форм витамина B6 и фолацина; поддерживают в восстановленном состоянии глутатион и гемоглобин.

В ферментах коферменты функционируют как промежуточные переносчики электронов и протонов, отщепляемых от окисляемого субстрата.

Витамин B2 необходим для образования эритроцитов, антител, для регуляции роста и репродуктивных функций в организме. Он также необходим для здоровой кожи, ногтей, роста волос и в целом для здоровья всего организма, включая функцию щитовидной железы.

Внешними проявлениями недостаточности рибофлавина у человека являются поражения слизистой оболочки губ с вертикальными трещинами и слущиванием эпителия (хейлоз), изъязвления в углах рта (ангулярный стоматит), отёк и покраснение языка (глоссит), себорейный дерматит на носогубной складке, крыльях носа, ушах, веках. Часто развиваются также изменения со стороны органов зрения: светобоязнь, васкуляризация роговой оболочки, конъюнктивит, кератит и в некоторых случаях — катаракта. В ряде случаев при авитаминозе имеют место анемия и нервные расстройства, проявляющиеся в мышечной слабости, жгучих болях в ногах и др.

Основные причины недостатка рибофлавина у человека — недостаточное потребление продуктов содержащих этот витамин; неправильное хранение и приготовление продуктов содержащих данный витамин, вследствие чего содержание витамина резко уменьшается; хронические заболевания желудочно-кишечного тракта, приём медикаментов, являющихся антагонистами рибофлавина.

В3 и РР

Достаточное поступление этого витамина с пищей – залог нормального функционирования пищеварительной системы. Он необходим для белкового и углеводного обменов. В результате этого кожа имеет здоровый и ухоженный вид. Сонливость, состояние депрессии, кариес зубов, запах изо рта – это все недостаток витамина В3. Кроме этого чаще всего склонность к запорам обусловлена дефицитом в рационе продуктов богатых ниацином.

Содержится в тех же продуктах, что и витамины В1 и В2, но наиболее ценны витамином РР дрожжи и отруби.

В6

B пищевых продуктах витамин В6 встречается в трёх видах: пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин, которые примерно одинаковы по своей биологической активности.

Витамин B6 (пиридоксин) используется, прежде всего, как стимулятор в обмене веществ. Он синтезирует фермент, который участвует в переработке аминокислот и регулирует усвоение белка. Пиридоксин принимает участие в производстве кровяных телец и их красящего пигмента — гемоглобина и участвует в равномерном снабжении клеток глюкозой.

Гипервитаминоз развивается при длительном употреблении в больших дозах. Характеризуется снижением содержания белка в мышечной ткани и внутренних органах. На ранних стадиях могут появиться высыпания на коже, помутнение сознания и головокружение, судороги. Лечение: ограничение препарата, симптоматическое.

В9

Водорастворимый витамин B9 необходимый для роста и развития кровеносной и иммунной систем. Наряду с фолиевой кислотой к витаминам относятся и её производные, в том числе ди-, три-, полиглутаматы и другие. Все такие производные вместе с фолиевой кислотой объединяются под названием фолацин.

В12

B12 имеет самую сложную по сравнению с другими витаминами структуру, основой которой является корриновое кольцо. Коррин во многом аналогичен порфирину (сложной структуре, входящей в состав гема, хлорофилла и цитохромов), но отличается от порфирина тем, что два пиррольных цикла в составе коррина соединены между собой непосредственно, а не метиленовым мостиком. В центре корриновой структуры располагается ион кобальта. Четыре координационных связи кобальт образует с атомами азота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт с диметилбензимидазольным нуклеотидом. Последняя, шестая координационная связь кобальта остаётся свободной: именно по этой связи и присоединяется цианогруппа, гидроксильная группа, метильный или 5'-дезоксиаденозильный остаток с образованием четырёх вариантов витамина B12, соответственно. Ковалентная связь углерод-кобальт в структуре цианокобаламина — единственный в природе пример ковалентной связи металл-углерод.

Необходим для жизнедеятельности клеток нервной ткани и клеток костного мозга. При недостатке цианокоболамина развивается тяжелое заболевание В12 – дефицитная анемия, с поражением клеток крови. Однажды возникнув, это заболевание требует пожизненной терапии инъекциями витамина В12.

Источниками этого витамина являются нежирное мясо, субпродукты, рыба, моллюски.

В15

Витамин В15 , пангамовая кислота, пангамат кальция - физиологически активное водорастворимое соединение, обладающее витаминоподобными свойствами. Так как не доказано, что недостаточность пангамовой кислоты в организме человека ведет к нарушению обмена веществ, следовательно, она не является витамином. Правильнее называть ее витаминоподобным веществом.

Витамин В 15 стимулирует работу надпочечников, печени, влияет на обмен кислорода в клетках тканей. Улучшает тканевое дыхание, повышает использование кислорода в тканях и участвует в окислительных процессах, стимулируя их, в связи с чем используется при острых и хронических интоксикациях. Улучшает липидный обмен, снижает уровень холестерина в крови. Стимулирует синтез белков. Стимулирует иммунные реакции.

При недостатке пангамовой кислоты в организме могут отмечаться нервные расстройства, нарушения работы желез, недостаточность снабжения тканей организма кислородом и заболевания сердечно-сосудистой системы (следует учитывать, что исследования были ограничены). Возможно развитие повышенной утомляемости.

Проведенные исследования позволяют рекомендовать пангамовую кислоту для использования в комплексном лечении при следующих патологиях: различные формы атеросклероза, пневмосклероз, склероз сосудов головного мозга, бронхиальная астма, эмфизема легких, хронические гепатиты, хроническая алкогольная интоксикация, начальная стадия цирроза печени, зудящие дерматозы, ревматизм, а также хроническая сердечная недостаточность.

Витамин B 15 назначается для лучшей переносимости сульфаниламидов, кортикостероидов и противотуберкулезных средств.

Пангамовая кислота достаточно широко распространена в продуктах питания. Содержится в семенах многих растений. Продукты богатые витамином В 15 : Семена растений (тыква, кунжут, подсолнечник), пивные дрожжи, цельный коричневый рис, цельное зерно, дыня и арбуз, косточки абрикосов, орехи, миндаль, печень.

Разрушается в воде и под воздействием света.

С

Органическое соединение, родственное глюкозе, является одним из основных питательных веществ в человеческом рационе, которое необходимо для нормального функционирования соединительной и костной ткани. Выполняет биологические функции восстановителя и кофермента некоторых метаболических процессов, рассматривается в качестве антиоксиданта. Биологически активен только один из изомеров — L-аскорбиновая кислота, который называют витамином C.

Образование коллагена, серотонина из триптофана, образование катехоламинов, синтез кортикостероидов. Аскорбиновая кислота также участвует в превращении холестерина в желчные кислоты.

Витамин С необходим для детоксикации в гепатоцитах при участии цитохрома P450. Витамин С сам нейтрализует супероксид-анион радикал до перекиси водорода.

Восстанавливает убихинон и витамин Е. Стимулирует синтез интерферона, следовательно, участвует в иммуномодулировании. Переводит двухвалентное железо в трёхвалентное, тем самым способствует его всасыванию.

Тормозит гликозилирование гемоглобина, тормозит превращение глюкозы в сорбитол.

Витамин С — сильнейший антиоксидант — защищает липопротеины от окисления, антиатерогенная молекула.

Среди симптомов нехватки в организме витамина С находятся слабость иммунной системы, кровоточивость дёсен, бледность и сухость кожи, замедленное восстановление тканей после физических повреждений (раны, синяки), потускнение и выпадение волос, ломкость ногтей, вялость, быстрая утомляемость, ослабление мышечного тонуса, ревматоидные боли в крестце и конечностях (особенно нижних, боли в ступнях), расшатывание и выпадение зубов; хрупкость кровеносных сосудов приводит к кровоточивости дёсен, кровоизлияниям в виде тёмно-красных пятен на коже.

Избыток витамина C может вызывать раздражение мочевого тракта (при длительном употреблении), кожный зуд, понос, однако отчетливых результатов клинических исследований на эту тему не представлено.

Р

Функционально витамин Р участвует вместе с витамином C в окислительно-восстановительных процессах в организме. Витамин Р способен частично снимать остроту авитаминоза С, уменьшая проницаемость и ломкость капиллярных сосудов. Витамины Р предохраняют аскорбиновую кислоту и адреналин от окисления.

Витамин P нормализует и поддерживает структуру, эластичность, функцию и проницаемость кровеносных сосудов, предупреждает их склеротическое поражение, способствует поддержанию нормального давления крови, проявляет противовоспалительное и антиаллергическое действие, способствует расширению сосудов, оказывает противоотечное и мягкое спазмолитическое действие. Высказывается мнение, что витамин P может мягко стимулировать функцию коры надпочечников и тем самым увеличивать синтез глюкокортикоидов, оказывающих лечебно-профилактическое действие при многих состояниях. Полагают, что витамин Р при дозах до 60 мг в сутки (при приеме по крайней мере в течение четырех недель) способен снижать уровень внутриглазного давления, что применяется с профилактической целью и для вспомогательной терапии глаукомы.

В зависимости от структуры флавоноиды также оказывают антиязвенное, гипоазотемическое, противовоспалительное, противоопухолевое, радиопротекторное, желчегонное и другие действия на организм.

Содержится в лимонах и апельсинах (белая кожура и междольковая часть), абрикосах, черной смородине, перце, гречке, капусте, салате, помидорах, винограде, руте, шиповнике, малине, зеленых листьях чая и других продуктах.

Витамин P содержат следующие экстракты соков: арония, черника, рябина.

В промышленных объемах, для фармацевтической и пищевой индустрии флавоноиды, а именно дигидрокверцетин, извлекаются из лиственницы сибирской и лиственницы даурской.

Суточная потребность взрослого человека — 25-50 мг.

U

(син. S-метилметионин) общее название витаминоподобных веществ - метилметионинсульфония и метилметионинсульфония хлорида, участвующих в обмене веществ в качестве источника свободных метильных групп и оказывающих липотропное действие, аналогичное действию метионина, холина и бетаина; содержится в сырых овощах.

4. Применение и функции витаминов.

Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

Они не являются для организма поставщиком энергии и не имеют существенного пластического значения. Однако витаминам отводится важнейшая роль в обмене веществ.

Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организм наступают характерные и опасные патологические изменения.

Большинство витаминов не синтезируются в организме человека. Поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключение составляет витамин К, достаточное количество которого в норме синтезируется в толстом кишечнике человека за счёт деятельности бактерий.

С нарушением поступления витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: недостаток витамина — гиповитаминоз, отсутствие витамина — авитаминоз, и избыток витамина — гипервитаминоз.

Известно около полутора десятков витаминов. Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, F, K и водорастворимые — все остальные. Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются, а при избытке выводятся. Это с одной стороны объясняет то, что довольно часто встречаются гиповитаминозы водорастворимых витаминов, а с другой — иногда наблюдаются гипервитаминозы жирорастворимых витаминов.

Витамины отличаются от других органических пищевых веществ тем, что не включаются в структуру тканей и не используются организмом в качестве источника энергии (не обладают калорийностью).

5. Какие витамины накапливаются в организме?

Жирорастворимые витамины (A, D, E, F, K) накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень.

6. Какие витамины необходимо употреблять ежедневно?

Водорастворимые. А, В1, В2, В6, В12, С, Калий.

7. Роль витаминов в обмене веществ.

Для каждой новой клетки необходимы витамины. Они входят в состав многих ферментов и влияют на превращения питательных веществ в клетках и тканях. Они принимают участие в сложных цепях химических превращений. Недостаток витаминов или отсутствие их в организме вызывает нарушение обмена веществ, а поэтому развиваются различные заболевания.

Каждый витамин выполняет свою определенную функцию в организме. Витамин А – составная часть светочувствительного вещества в сетчатке глаза. Он необходим для роста клеток.

Для нормального распада углеводов в тканях необходим витамин В1.Он принимает участие в превращениях сложных углеводов в более простые. А поскольку в них особенно нуждаются мозг и сердце, то недостаток витамина прежде всего сказывается на их работе.

Витамин В6 принимает участие в белковом обмене, витамин D влияет на отложение солей Ca и Р в растущей кости. Витамины В1, В2, В6, РР необходимы для дыхания клеток. Витамин С влияет на ход окислительных реакций в живом организме.

Витамины A, D, E, B6 помогают усвоению пищи и превращению веществ. Витамин В12 обеспечивает нормальное развитие эритроцитов, а витамин К влияет на свертывание крови.

8. Какой из витаминов оказывает влияние на развитие скелета?

Витамин А.

9. Можно ли употреблять избыточное количество витаминов А, Д, Е и К?

Нет.

10. Прием, каких витаминов способствует укреплению иммунитета?

С, Р, А, К, В1, В2, В6, РР, Е.

11. Какие витамины необходимы спортсменам при увеличении нагрузок?

На сегодняшний день специалисты имеют четкое представление о том, какие витамины обязательно должны быть включены в рацион питания спортсменов, как профессионалов, так и любителей.

Витамин А

Витамин А определяет темпы и количество образования гликогена в организме. От него зависят не только плотность мышц и их объемы, но и потенциальная способность спортсмена к высокоинтенсивным, требующим больших энергозатрат, тренировкам. Дефицит этого вещества способен свести к нулю послетренировочное восстановление. Именно поэтому спортсмен должен обогащать свой рацион продуктами, которые содержат Витамин А: печенью, морковью, сливками, шпинатом, сыром, тыквой, рыбьим жиром. Для нормального усвоения Витамина А необходимо присутствие в рационе жиров и белков.

Витамин В1 (Тиамин)

Витамин В1 очень важен для спортсменов, поскольку от него всецело зависит углеводный обмен. Если этого вещества в организме не хватает, съеденные углеводы не усваиваются, а в организме накапливаются токсичные продукты промежуточного обмена углеводов - молочная и пировиноградная кислоты. Кроме того, Витамин В1 является необходимым помощником при выработке энергии и участвует в делении клеток. Тиамин содержат бобы, зерновые и семена, мясо (особенно свинина), печень, пивные дрожжи.

Витамин В2 (Рибофлавин)

Этот витамин играет важную роль при создании упругих мышц. Между мышечными объемами и усвоением Витамина В2 учеными отмечена устойчивая связь. Объясняется это участием Рибофлавина в белковом обмене. Исследования показали, что занятия любым видом спорта вызывают повышенный расход Витамина В2. Кроме того, именно это вещество стимулирует производство энергии в клетках тела. В связи с этим спортсмены должны обязательно принимать Витамин В2 дополнительно. Отличным источником Рибофлавина являются яйца, мясо, рыба, печень, молочные продукты, гречка, овсянка, брокколи, шпинат.

Витамин В3 (Ниацин)

Этот витамин принимает участие в 60 метаболических процессах, имеющих целью извлечение энергии. В случае острой нехватки Ниацина организм способен самостоятельно синтезировать его из аминокислоты под названием триптофан. Витамин В3 содержат: говяжья печень, дрожжи, морковь, сыр, крапива, финики, яйца, рыба, мята перечная, молоко, арахис, щавель, свинина, картофель, плоды шиповника, помидоры.

Витамин В5 (Пантотеновая кислота)

Те, кто занимается тяжелым физическим трудом или спортом, уменьшают запасы этого вещества. В этом причина того, что высококлассные спортсмены после тяжелых, изнурительных соревнований часто бывают близки к нервному срыву и не в состоянии справиться со стрессом. Поэтому им необходимо включить в свой рацион продукты, которые содержат Витамин В5. Природные источники, богатые Пантотеновой кислотой: печень, арахис, цельное зерно, зерновые ростки, пивные дрожжи, отруби, яичный желток, куриное мясо и брокколи.

Витамин В6 (Пиридоксин)

Спортсмены испытывают повышенную потребность в Витамине В6, поскольку он участвует во всех процессах роста белковых тканей. Встречаются спортсмены, которые приходят в отчаяние от того, что, несмотря на утомительные тренировки, не могут избавиться от лишнего веса. Фигура с отвислым животом обычно у тех, кто злоупотребляет соленой пищей или употребляет недостаточно Витамина В6. Это приводит к скоплению жидкости (отеки) в организме. Чтобы увеличить содержание Пиридоксина в крови, необходимо употреблять пивные дрожжи, печень, творог, соевые бобы, бананы, капусту, домашнюю птицу, говядину, тунец, свинину, почки, горх, лосось, картофель, грецкие орехи и арахис, гречку, авокадо.

Витамин В12 (Цианкобаламин)

Для спортсменов главная роль Витамина В12 заключается в том, что он непосредственно влияет на рост мышц, поскольку участвует в процессах белкового обмена и синтеза аминокислот. Кроме того, Витамин В12 активизирует энергообмен в организме. Немаловажно и то, что это вещество поддерживает жизнедеятельность нервных клеток спинного мозга, через которые происходит общее управление мускулатурой тела. Витамин В12 содержится только в продуктах животного происхождения (печень, говядина, куриное мясо, яйца, творог, рыба). По мнению ряда диетологов, потребление белого хлеба, особенно дрожжевого, ухудшает усвоение Витамина В12. Поэтому всем, желающим нарастить мышечную массу, рекомендуют исключить из своего рациона хлеб и перейти на крупы. __Витамин С (Аскорбиновая кислота)

Витамин С — это "король мышечной массы"

Именно от него зависит усвоение пищевого белка и дальнейший синтез новых белковых структур. Потребность в Витамине С возникает у тех спортсменов, чей вид спорта требует повышенной выносливости. Максимальное количество этого витамина содержится в цитрусовых, черной смородине, помидорах, сладком перце, брокколи, дынях, сырой капусте и зелени. Витамин С является сильнейшим стимулятором анаболизма мускулатуры. Тем не менее, принимать его спортсменам следует осторожно.

Витамин D (Кальциферол)

Благодаря этому витамину в организме происходит усвоение кальция и фосфора - двух микроэлементов, необходимых для мышечного сокращения. Дефицит Витамина D приводит к уменьшению силовой выносливости. Интересно, что образовываться Витамин D может в организме самостоятельно (под действием на кожу солнечных лучей). Вот поэтому умеренное пребывание на пляже способствует повышению физического тонуса. Как показали исследования, искусственное облучение штангистов ультрафиолетом в солярии приводит к увеличению результатов на 4-5%. Основной источник Витамина D - печень рыб, морских животных и рогатого скота, зерновые проростки, пивные дрожжи, яйца, сливочное масло.

Витамин Е (Токоферол)

Люди, занимающиеся спортом, должны обращать особое внимание на пополнение запасов Витамина Е. Дело в том, что достаточный уровень Витамина Е в организме способствует развитию мышц и нормализует мышечную деятельность, предотвращая развитие мышечной слабости и утомления. Эта способность используется в спортивной медицине как средство нормализации мышечной деятельности в период "ударных" тренировок. Витамин Е содержится в растительном масле, семенах подсолнечника, миндале, арахисе.

Витамин H (Биотин)

Данный витамин играет огромную роль в метаболизме аминокислот, а также в процессах, обеспечивающих мышцы энергией. Нередко именно дефицит Витамина H служит причиной медленного роста мышечной "массы". Нехватка этого вещества может возникнуть в силу распространенной среди спортсменов привычки есть яйца сырыми. В кишечнике человека Витамин H вступает в связь с другим соединением яичного белка - авиданом. В итоге образуется трудноперевариваемое соединение, которое лишает прием Биотина всякого смысла. Хотя прием яичного белка сырым и считается среди спортсменов (например, культуристов) более эффективным, однако от него стоит отказаться не только по причине блокирования Витамина Н. Сырые яйца несут в себе опасность тяжелого кишечного заболевания - сальмонеллеза. Биотин широко распространен в природе и содержится как в продуктах растительного, так и животного происхождения. Наибольшие концентрации Витамина H приходятся на печень, почки, соевые бобы, яичный желток, грецкие орехи, дрожжи прессованные, арахис.

12. Суточную дозу, какого витамина следует увеличить при употреблении дополнительных количеств белка с целью наращивания мышечной массы?

Биотин (витамин Н). Хотя исследований по роли биотина в спорте очень мало, он попал в наш список из-за важной роли в метаболизме аминокислот и получении энергии из разнообразных источников. Это соединение должно привлекать внимание тех, кто заботится о сбалансированности своего питания. Одна из причин возможных трудностей с биотином — его нейтрализация авидином, содержащимся в сырых яичных белках. Культуристы, едящие сырые белки или не доваривающие их до необходимого состояния, могут испытывать трудности с ростом, если потребляют около 20 белков в день.

Источники: дрожжи, печень, яичный желток, соя, зерновые.

13. Какой витамин необходимо ввести в рацион при тренировках в горных условиях?

Многими исследователями была показана важность усиленной углеводной диеты, которая оказывает благоприятный эффект в условиях гипоксии в нескольких направлениях: она облегчает симптомы острой горной болезни, способствует увеличению содержания гликогена в клетках мышц и печени, улучшает работоспособность, стимулирует легочную вентиляцию. Опираясь на эти сведения, следует принять особые меры для увеличения углеводной части рациона питания спортсменов при тренировках в условиях сниженного давления кислорода. Отмечается также полезность приема витамина Е, т.к. он оказывает профилактический эффект на реологические свойства крови, на которые сочетанный эффект гипоксии с физическими нагрузками производит неблагоприятное действие.

14. Какие витамины способствуют улучшению спортивных результатов в разных видах спорта?

Одним из важнейших компонентов сбалансированного питания спортсменов является получение с пищей (или дополнительно со специальными препаратами) необходимого количества витаминов. По мнению специалистов, суточные потребности людей, занимающихся различными видами спорта, в витаминах составляют:

Бег на средние и длинные дистанции

Витамин А - 3,8мг Витамин В1 - 4мг Витамин В2 - 4,8мг Витамин В3 - 17мг Витамин В6 - 9мг Витамин В12 - 0,01мг Витамин С - 250мг Витамин Е - 40мг

Борьба, бокс

Витамин А - 3,8мг Витамин В1 - 4мг Витамин В2 - 5,2мг Витамин В3 - 20мг Витамин В6 - 10мг Витамин В12 - 0,009мг Витамин С - 250мг Витамин Е - 30мг

Велотрек

Витамин А - 3,6мг Витамин В1 - 4мг Витамин В2 - 4,6мг Витамин В3 - 17мг Витамин В6 - 7мг Витамин В12 - 0,01мг Витамин С - 200мг Витамин Е - 35мг

Гимнастика, фигурное катание

Витамин А - 3мг Витамин В1 - 3,5мг Витамин В2 - 4мг Витамин В3 - 16мг Витамин В6 - 7мг Витамин В12 - 0,003мг Витамин С - 120мг Витамин Е - 30мг

Игровые виды

Витамин А - 3,7мг Витамин В1 - 4,2мг Витамин В2 - 4,8мг Витамин В3 - 18мг Витамин В6 - 9мг Витамин В12 - 0,008мг Витамин С - 240мг Витамин Е - 35мг

Конькобежный спорт

Витамин А - 3,5мг Витамин В1 - 4мг Витамин В2 - 4,4мг Витамин В3 - 18мг Витамин В6 - 9мг Витамин В12 - 0,009мг Витамин С - 200мг Витамин Е - 40мг

Культуризм

Витамин А - 3,8мг Витамин В1 - 4мг Витамин В2 - 5,5мг Витамин В3 - 20мг Витамин В6 - 10мг Витамин В12 - 0,009мг Витамин С - 210мг Витамин Е - 35мг

Легкая атлетика

Витамин А - 3,5мг Витамин В1 - 3,6мг Витамин В2 - 4,2мг Витамин В3 - 18мг Витамин В6 - 8мг Витамин В12 - 0,008мг Витамин С - 200мг Витамин Е - 26мг

Марафон

Витамин А - 3,8мг Витамин В1 - 5мг Витамин В2 - 5мг Витамин В3 - 19мг Витамин В6 - 10мг Витамин В12 - 0,01мг Витамин С - 350мг Витамин Е - 45мг

Плавание

Витамин А - 3,8мг Витамин В1 - 3,9мг Витамин В2 - 4,5мг Витамин В3 - 18мг Витамин В6 - 8мг Витамин В12 - 0,01мг Витамин С - 250мг Витамин Е - 45мг

Показания к дополнительному приему витаминных препаратов при занятиях спортом могут быть следующие: - профилактика гиповитаминозов (признаки которых имеют от 20 до 60% спортсменов); - возрастание потребности в витаминах (например, периоды интенсивных ростовых сдвигов и полового созревания в детском и юношеском спорте требуют адекватного применения витаминов); - изменения пищевого рациона (например, снижение калорийности суточного пищевого рациона менее 2000 ккал в сутки при направленной регуляции массы тела, резкое изменение пищевого статуса (сгонка веса, вегетарианство, посты и пр.); - направленная коррекция анаболических, катаболических и восстановительных процессов; - состояние перетренированности; - восстановление после заболеваний и травм; - нарушения углеводного, жирового или белкового обмена; - поддержание нормальной иммунологической реактивности организма; - резкая смена климатических и часовых поясов. Преимущества использования витаминных препаратов: - витаминные препараты легко дозируются и достаточно эффективны как для лечения развивающейся витаминной недостаточности, так и для ее профилактики; - объединение витаминов с микроэлементами и другими минеральными веществами позволяет вырабатывать высокоэффективные препараты узкоспециализированного действия (например, специально для детей, спортсменов, людей пожилого возраста); - современные витаминные препараты не содержат синтетических красителей, консервантов. Стоит отметить, что до сих пор остается нерешенным вопрос дозировки витаминных препаратов для спортсменов. Не вызывает сомнения то, что потребность в витаминах у людей, занимающихся спортом, возрастает, однако какие дозы целесообразны - профилактические, терапевтические, субтоксические - до сих пор не определено. В статье "Cовременные подходы к применению витаминных и иммунологических препаратов в спортивной медицине и программах физической реабилитации" (автор Дидур М.Д.) приведены средние дозы витаминов, рекомендуемые на отдельных этапах подготовки спортсменов при различной направленности тренировочного процесса.

Витамин А

Оздоровительная физическая культура - 3330МЕ. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 3500-4000МЕ, соревновательный период - 4000-4500МЕ); - выносливость (тренировочный период - 4500МЕ, соревновательный период - 5000МЕ).

Витамин В1

Оздоровительная физическая культура - 1,3мг-2,5мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 2мг-4мг, соревновательный период - 2мг-4мг); - выносливость (тренировочный период - 3мг-5мг, соревновательный период - 4мг-8мг).

Витамин В2

Оздоровительная физическая культура - 1,5мг-3,0мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 2мг, соревновательный период - 3мг); - выносливость (тренировочный период - 3мг-4мг, соревновательный период - 4мг-8мг).

Витамин В3

Оздоровительная физическая культура - 15мг-20мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 30мг, соревновательный период - 30мг-40мг); - выносливость (тренировочный период - 30мг-40мг, соревновательный период - 40мг-45мг).

Витамин С

Оздоровительная физическая культура - 75мг-100мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 100мг-140мг, соревновательный период - 140мг-200мг); - выносливость (тренировочный период - 140мг-200мг, соревновательный период - 200мг-400мг).

Витамин Е

Оздоровительная физическая культура - 8мг-10мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 14мг-20мг, соревновательный период - 24мг-30мг); - выносливость (тренировочный период - 20мг-30мг, соревновательный период - 30мг-50мг).

Витамин В6

Оздоровительная физическая культура - 1,5мг-2,8мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 3мг-4мг, соревновательный период - 4мг-5мг); - выносливость (тренировочный период - 4мг-5мг, соревновательный период - 6мг-9мг).

Витамин В12

Оздоровительная физическая культура - 0,002мг-0,003мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 0,003мг, соревновательный период - 0,004мг); - выносливость (тренировочный период - 0,005мг-0,006мг, соревновательный период - 0,006мг-0,009мг).

Витамин В5

Оздоровительная физическая культура - 7мг-10мг. Группировка видов спорта: - скоростно-силовые (тренировочный период - 12мг-15мг, соревновательный период - 14мг-18мг); - выносливость (тренировочный период - 15мг, соревновательный период - 15мг-20мг). Очевидно, что при назначении витаминных препаратов необходимо учитывать конституциональные особенности спортсмена, состояние метаболизма его основных систем и множество других факторов (например, потребности бегуньи (массой тела 55 кг) и десятиборца (массой тела 110 кг) будут абсолютно разными, не говоря уже о влиянии различий в методике тренировки и характере питания). Необходимость дополнительного употребления витаминов (помимо их содержания в пище) отнюдь не означает, что их повышенный прием способствует улучшению спортивных результатов. Напротив, передозировка витаминных препаратов чревата очень тяжёлыми последствиями для организма: - витаминные препараты (при условии неправильного их использования) могут вызвать побочные явления и осложнения; - витаминные препараты не всегда хорошо усваиваются. При назначении неправильных доз или передозировке часто наблюдается избыточное накопление или выведение витаминов из организма.

15. Перечислите пищевые продукты, содержащие большое количество витаминов.

Витамин А. Основные пищевые источники витамин А. В каких продуктах содержится витамин A

Основные источники витамина А:

морковь, листья салата, капуста, зеленые части растений, печень и почки, рыба морская, печень рыб, яичный желток, сливочное масло, сливки, кисломолочные продукты.

Потребность организма в этом витамине должна быть обеспечена на 1/3 продуктами, содержащими ретинол: сливочное масло, яичный желток, сливки, печень, почки, кисломолочные продукты, а на 2/3 продуктами, содержащими каротин: абрикосы, морковь, капуста, салат-латук, картофель, слива, печень рыб, зеленые части растений, все желтые фрукты. При этом следует учитывать, что витаминная активность каротина в продуктах питания в 3 раза меньше, чем ретинола (витамина А), поэтому живых овощей и фруктов необходимо есть в 3 раза больше, чем вареных продуктов животного происхождения..

Витамины группы В. Основные пищевые источники витаминов группы В. В каких продуктах содержатся витамины группы В

Витамины группы В - для увеличения продолжительности жизни и сохранения здоровья нам нужны прежде всего витамины группы В. Вот основные из них.

Основные пищевые источники витамина В1:

ячмень, фасоль, спаржа, картофель, отруби, печень, орехи (арахис, лесные, грецкие), дрожжи, почки, хлеб из муки грубого помола, цельные зерна овсяной крупы, цельные зерна пшеницы (лучше проращенной), зерна кукурузы, цельная гречневая крупа.

Основные пищевые источники витамина В2:

капуста, свежий горох, яблоки, миндаль, зеленая фасоль, помидоры, репа, овес, пивные дрожжи, яйцо, лук-порей, картофель, цельные зерна пшеницы, говядина, сыр, печень, кисломолочные продукты.

Основные пищевые источники витамина В3 (PP):

дрожжи, в том числе и пивные, продукты животного происхождения — мясо, почки, печень, кисломолочные продукты, гречиха, грибы, соя, пророщенная пшеница, каши из недробленных круп — овса, кукурузы, ржи, пшеницы, ячменя.

Основные пищевые источники витамина В5:

дрожжи, пивные дрожжи, яичный желток, почки, печень, кисломолочные продукты, зеленые части растений (ботва репы, редиса, лука, моркови, салатные овощи), арахис, каши из недробленых круп.

Основные пищевые источники витамина В6:

каши из недробленых круп, хлеб из муки грубого помола, мясо, рыба, большинство растительных продуктов, дрожжи, отруби, кисломолочные продукты, бобовые культуры, печень, яичный желток.

Основные пищевые источники витамина В9 и В12:

кисломолочные продукты, яйца, соя, дрожжи, пивные дрожжи, зеленые части растений (ботва репы, редиса, моркови), салаты, зеленый лук, говяжья печень или ливерный паштет (не более 1 раза в неделю) — небольшой кусочек с овощами, которых должно быть в 3 раза больше.

К витаминам группы В относятся и такие микроэлементы, как инозит, холин, парааминобензойная кислота. Все они играют важную роль в укреплении здоровья и продлении молодости.

Инозит относится к противосклеротическим веществам. Он влияет на состояние нервной системы, регулирует функции желудка и кишечника.

Основные пищевые источники витамина В9 и В12:

апельсины, зеленый горошек, дыни, картофель, мясо, рыба, яйца.

Холин также обладает противосклеротичеким действием. Недостаток его в пище способствует отложению жира в печени, вызывает поражение почек.

Основные пищевые источники холина:

мясо, творог, сыр, бобовые культуры, капуста, свекла.

Парааминобензойная кислота способствует сохранению здоровой кожи. Парааминобензойная кислота содержится в достаточном количестве в печени, проращенной пшенице, шпинате.

Как же добиться, чтобы в нашем рационе присутствовало как можно больше витаминов группы В? «Для того чтобы в нашем рационе присутствовали все витамины группы В, добавляйте в супы, соки 3—4 столовые ложки сухих пивных дрожжей»,— советует Дж. Гласе.

Прекрасный источник витаминов группы В — кисломолочные продукты. В них содержится и большое количество кальция. Сухое молоко богато рибофлавином. Используйте его для увеличения питательной ценности супов, подливок. Обезжиренное сухое молоко является хорошей добавкой к натуральным пищевым продуктам, поскольку не увеличивает калорий и содержания холестерина в крови.

К 1 л молока или кефира, простокваши, йогурта и т. п. надо добавить полчашки сухого молока. Сочетание сухого и свежего молока даст хороший результат при меньшем объеме. Не забывайте, что физиологически лучше употреблять кисломолочный продукт.

Наряду с кефиром, простоквашей, ацидофилином, ряженкой появился еще один продукт, который по вкусовым качествам не уступает перечисленным, но к тому же обладает выраженными лечебными свойствами,— это «Наринэ». Продукт используется при многих кишечных заболеваниях.

Витамин С. Основные пищевые источники витамина С. В каких продуктах содержится витамин С

Витамин С (аскорбиновая кислота) — это очень важный витамин. Витамин С влияет не только на здоровье в целом, но и увеличивает продолжительность жизни, поскольку без него не создаются и не оздоравливаются соединительные ткани. Без этого витамина в организме невозможны никакие окислительно-восстановительные процессы. Под влиянием витамина С повышаются эластичность и прочность кровеносных сосудов, он защищает организм от инфекций, блокируя токсичные вещества в крови.

Без него нельзя уберечься от простудных заболеваний. Чем больше человек употребляет белка, тем больше витамина С ему необходимо. Применять его надо регулярно. Передозировка витамина С не страшна, если вы получаете его в натуральном виде.

Витамин С лучше сохраняется в кислой среде: добавление к пище соды или соли ведет к быстрому снижению содержания аскорбиновой кислоты. При тушении также происходит ее потеря. Особенно разрушается витамин С при разогревании супов. Если картофельный суп или щи в процессе приготовления теряют почти половину аскорбиновой кислоты, то постояв 3 ч на плите, они теряют еще 20—30%, а через 6 ч аскорбиновой кислоты в них уже нет. Витамин С разрушается под воздействием металла (меди, свинца, цинка и т.д.), но алюминиевая и из нержавеющей стали посуда не разрушает витамина С при тепловой обработке.

Для повышения биологической ценности пищи и профилактики С-витаминной недостаточности выпускают таблетки, содержащие 0,5 и 2,5 мг аскорбиновой кислоты, которые могут применяться и для витаминизации пищи в домашних условиях. Аскорбиновую кислоту вводят в готовое блюдо из расчета суточной нормы потребности человека (то есть до 100 мг). Супы, компоты, настои можно витаминизировать кристаллической, пищевой (аптечной) аскорбиновой кислотой.

Настои витамина С могут быть приготовлены из хвойных игл, листьев березы, липы, люцерны, клевера: 1 кг очищенной, промытой и измельченной зеленой массы помещают в стеклянную или эмалированную посуду, заливают 1,5—2 л воды, подкисляют яблочным уксусом из расчета 2 г крепкой уксусной кислоты на 1 л воды, закрывают крышкой и настаивают в течение суток, затем процеживают через марлю. В 100 мл полученного настоя содержится суточная доза витамина С. Цельные иглы хвои, сосны, ели, кедра, листьев березы, липы, брусники, черной смородины, малины, клевера, люцерны можно заваривать как чай и пить в течение суток по 2—3 стакана в день зимой, весной, осенью. На ранних стадиях простудных заболеваний следует каждые полчаса принимать такой чай или по 50 мг витамина С.

Курильщикам необходимо знать, что при выкуривании одной сигареты теряется 25 мг (четверть суточной дозы) этого жизненно важного витамина. Запомните! Курильщик наносит вред не только своему организму, еще больше он отравляет окружающих, сжигая вокруг них кислород и витамин С.

Витамин Д (кальциферод). Основные пищевые источники витамина В. В каких продуктах содержится витамин Д

Витамин D (кальциферол). Основная функция витамина D — способствовать усвоению организмом кальция, регулировать фосфорно-кальциевый баланс. Витамин Д необходим для свертывания крови, нормального роста костей, тканей, работы сердца, регуляции возбудимости нервной системы. С помощью этого витамина излечивают глазные болезни и некоторые виды артрита. При недостатке витамина Д в рационе питания и при длительном отсутствии солнечного света кости ребенка, недополучая витамин D, размягчаются, и возникает рахит. Необходимую дозу этого витамина (0,0025 мг для взрослого и 0,0125 мг для ребенка) нельзя получить только с продуктами питания: лишь некоторые из них содержат его, да и то в недостаточном количестве.

Основные источники витамина D:

яйца, молоко, сливочное масло, печень, рыба. Наиболее богат им жир печени трески и палтуса.

Витамин Е (токоферол). Основные пищевые источники витамина Е. В каких продуктах содержится витамин Е

Витамин Е (токоферол). Этот витамин часто называют «витамином плодовитости». Кроме того, он обеспечивает функционирование сердечной мышцы, эффективен при лечении диабета и астмы, препятствует образованию тромбов в кровеносных сосудах, очищая вены, артерии от кровяных сгустков. Канадские врачи утверждают, что если на пути кровяного потока появляется препятствие (тромб, закупорка сосудов), то витамин Е может помочь образовать рядом новый кровеносный сосуд.

Основные источники витамина Е:

зерна злаков, растительные масла, яйца, салат-латук, печень.

Витамин Е нетоксичен, однако избыточное его содержание повышает кровяное давление. Его суточная доза составляет для взрослого 10—20 мг, для детей — 0,5 мг на 1 кг веса. Витамин Е следует употреблять только в сочетании с ретинолом (витамином А), то есть с овощами — картофелем, капустой, салатом-латук, морковью, зелеными частями растений.

Тема 6. Водный и минеральный обмен.

Обмен веществ.

1. Дайте определение анаболизма и катаболизма.

Анаболи́зм (от греч. ἀναβολή, «подъём») — совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование составных частей клеток и тканей.

Катаболи́зм (от греч. καταβολή, «основание, основа») — процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до более простых.

2. Укажите пути распада углеводов в организме.

Дихотомический путь распада углеводов (гликолиз) протекает путем распада Glc-6-P через образование 2-х молекул 3-ФГА (фосфоглицеральальдегид). Апотомический путь (иначе ПФП или пентозофосфатный путь, или гексозомонофосфатный шунт)-за счет отщепления 1-го (одного)атома углерода в виде СО2, в результате которого, через ряд сложных преобр. генерируются Rib-5-P, Ribu-5-P,или NADPH2.

4. Расскажите о значении обмена воды и минеральных солей.

Вода у взрослого человека составляет 60% от массы тела, а у новорожденного — 75%. Она является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях. Непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий поддержания его жизнедеятельности. Основная масса (около 71 %) всей воды в организме входит в состав протоплазмы клеток, составляя так называемую внутриклеточную воду. Внеклеточная вода входит в состав тканевой, или интерстициалъной, жидкости (около 21%) и воды плазмы крови (около 8%). Баланс воды складывается из ее потребления и выделения. С пищей человек получает в сутки около 750 мл воды, в виде напитков и чистой воды — около 630 мл. Около 320 мл воды образуется в процессе метаболизма при окислении белков, углеводов и жиров. При испарении с поверхности кожи и альвеол легких в сутки выделяется около 800 мл воды. Столько же необходимо для растворения экскретируемых почкой осмотически активных веществ при максимальной осмолярности мочи. 100 мл воды выводится с фекалиями. Следовательно, минимальная суточная потребность составляет около 1700 мл воды.

Поступление воды регулируется ее потребностью, проявляющейся чувством жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра гипоталамуса.

Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и минеральных солей. Наиболее важное значение имеют натрий, калий, кальций.

Натрий (Na+) является основным катионом внеклеточных жидкостей. Его содержание во внеклеточной среде в 6—12 раз превышает содержание в клетках. Натрий в количестве 3—6 г в сутки поступает в организм в виде NaCl и всасывается преимущественно в тонком отделе кишечника. Роль натрия в организме многообразна. Он участвует в поддержании равновесия кислотно-основного состояния, осмотического давления внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в формировании потенциала действия, оказывает влияние на деятельность практически всех систем организма. Ему придается большое значение в развитии ряда заболеваний. В частности, считают, что натрий опосредует развитие артериальной гипертензии за счет как увеличения объема внеклеточной жидкости, так и повышения сопротивления микрососудов. Баланс натрия в организме в основном поддерживается деятельностью почек.

Калий (К+) является основным катионом внутриклеточной жидкости. В клетках содержится 98% калия. Суточная потребность человека в калии составляет 2—3 г. Основным источником калия в пище являются продукты растительного происхождения. Всасывается калий в кишечнике. Особое значение калий имеет благодаря своей потенциалобразующей роли как на уровне поддержания мембранного потенциала, так и в генерации потенциала действия (см. главу 2). Калий принимает также активное участие в регуляции равновесия кислотно-основного состояния. Он является фактором поддержания осмотического давления в клетках. Регуляция его выведения осуществляется преимущественно почками.

Кальций (Са2+) обладает высокой биологической активностью. Он является основным структурным компонентом костей скелета и зубов, где содержится около 99% всего Са2+. В сутки взрослый человек должен получать с пищей 800—1000 мг кальция. В большем количестве кальция нуждаются дети ввиду интенсивного роста костей. Всасывается кальций преимущественно в двенадцатиперстной кишке в виде одноосновных солей фосфорной кислоты. Примерно 3/4 кальция выводится пищеварительным трактом, куда эндогенный кальций поступает с секретами пищеварительных желез, и 1/4 — почками. Велика роль кальция в осуществлении жизнедеятельности организма. Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, играет определенную роль в инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпатикотропным действием.

Кислород, углерод, водород, азот, кальций и фосфор составляют основную массу живого вещества.

В организме значительную роль в осуществлении жизнедеятельности играют и элементы, находящиеся в небольшом количестве. Их называют микроэлементами. К микроэлементам, имеющим высокую биологическую активность, относят железо, медь, цинк, кобальт, молибден, селен, хром, никель, олово, кремний, фтор, ванадий. Кроме того, в организме обнаруживается в незначительном количестве много других элементов, биологическая роль которых не установлена. Всего в организме животных и человека найдено около 70 элементов.

Большинство биологически значимых микроэлементов входит в состав ферментов, витаминов, гормонов, дыхательных пигментов.

5. Рассмотрите потребность человека в воде в зависимости от условий внутренней и внешней среды.

Если человек может прожить без пищи около 40 дней, то без воды — не больше недели. Вода считается важнейшей составляющей частью нашего пищевого рациона, поскольку она обеспечивает нормальное течение обменных процессов, пищеварение, выведение с мочой продуктов обмена веществ, теплорегуляцию. Но при этом надо знать, как правильно её употреблять.

Потребность в воде зависит от характера питания и труда, климата, состояния здоровья и других факторов. Средняя суточная потребность в воде взрослого человека, живущего в умеренном климате, — 2,5 л. Из них 1–1,5 л воды должны поступать в организм в виде свободной жидкости (суп, чай, компот и т. д.), 1–1,5 л — из пищевых продуктов и 0,3–0,4 л образуется в самом организме в ходе обменных процессов.

Одинаково вредны для организма, как излишнее потребление, так и нехватка воды. Например, установлено, что обезвоживание, потеря организмом более 10% воды, угрожает его жизнедеятельности, в то время как чрезмерное поступление жидкости в организм затрудняет работу почек, сердца, становится причиной отёков.

Принято считать, что при избыточном употреблении воды создаётся повышенная нагрузка на сердце и почки, из организма выводятся минеральные вещества и витамины. При ограничении же воды увеличивается концентрация мочи, в ней могут выпадать осадки солей, уменьшается выделение из крови продуктов обмена веществ. В целом эти положения верны, но не для всех людей. Многое зависит от индивидуальных особенностей конкретного человека и характера его питания.

Нет смысла без медицинских показаний резко увеличивать или резко ограничивать употребление воды в надежде на особые оздоровительные результаты. Увеличение жидкости в рационе рекомендуется при интоксикациях, инфекционных заболеваниях, высокой температуре тела, пиелонефритах и циститах, мочекаменной болезни, подагре, заболеваниях печени и желчных путей. Количество жидкости уменьшают (вместе с ограничением поваренной соли) при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, особенно сопровождающихся отёками, а также при ожирении, болезнях почек с нарушением выделительной функции.

Потеря организмом большого количества жидкости сопровождается сгущением крови, из-за чего возникает чувство жажды. Однако это ощущение иногда не совпадает с действительной потребностью в воде, а вызывается сухостью во рту от уменьшения слюноотделения. В таких случаях бывает достаточно прополоскать рот.

Усилению слюноотделения способствуют лимонная, яблочная и другие органические кислоты. Поэтому лучше утоляют жажду вода, подкислённая лимонной или аскорбиновой кислотой, вода с лимоном или добавлением кислых соков фруктов и ягод, газированная вода. Хорошо утоляют жажду неподслащённые отвары сухих фруктов и шиповника, морсы, зелёный чай, обезжиренные кисломолочные напитки. Для утоления жажды в воде не должно быть более 1–2% сахара. При температуре выше 15 градусов вода не даёт освежающего эффекта.

Холодная вода, выпитая после приёма жирной пищи, ведёт к тому, что пища задерживается в желудке, а употребление холодной воды сразу же после съеденных сырых фруктов и ягод обычно вызывает усиленное газообразование и вздутие кишечника. Питьё воды или других жидкостей во время еды теоретически должно несколько замедлить пищеварение в желудке за счёт разбавления желудочного сока. Однако недавние исследования, проведённые в США, не подтвердили это положение. Очевидно, многое зависит от характера желудочной секреции (концентрации соляной кислоты и ферментов) и состава пищи.

У народов разных стран издавна практикуется питьё жидкостей во время еды. Различия заключаются лишь в употребляемых жидкостях: вода, разбавленное или неразбавленное вино, квас, пиво, чай, разбавленные кисломолочные напитки. Например, французы пьют во время еды столовое вино, органические кислоты которого стимулируют пищеварение, а американцы — холодную воду. В Японии принято пить чай до и во время еды.

Вопрос об употреблении воды или иных жидкостей во время еды должен решаться индивидуально. Исключение составляют лишь щелочные минеральные воды, пить которые до, во время и сразу же после еды здоровым людям не следует.

Холодная вода, выпитая натощак, усиливает двигательную функцию кишечника, что используют при запорах. Поэтому тем, кто страдает этим недугом, каждое утро за несколько минут до завтрака полезно выпивать по стакану холодной воды.

6. Приведите потребность организма в основных минеральных веществах.

Содержание, метаболические характеристики и потребность человека в минеральных веществах:

Элементы

Метаболические характеристики

Содержание и распределение в организме

Наличие в пищевых продуктах

Суточная потребность, мг

М
и
к
р
о
э
л
е
м
е
н
т
ы

Кальций (Са)

Возбуждение нервных и мышечных клеток, свертывание крови, активация ферментов, строительный материал для зубов и костей

1000-1500 г, 99% в костях и зубах, 1% в свободной форме

Молоко, молочные продукты, овощи, орехи, фрукты

0,8-1,0 г

Фосфор (Р)

Составная часть богатых энергией фосфорных соединений, нуклеиновых кислот, строительный материал для зубов и костей

500-800 г, 80% в скелете

Молоко, молочные продукты, мясо, рыба, яйца, орехи, бобовые

1,2 г

Магний (Mg)

Активация ферментов, возбуждение нервов и мышц

20-30 г, 50% в скелете

Зеленые овощи, картофель, орехи, бобовые, фрукты

0,4-0,5 г

Натрий (Na)

Регуляция, осмотического давления, активация ферментов

70-100 г, 60% во внеклеточной жидкости

Поваренная соль, копченые продукты, колбасы, сыр

4-5 г

Калий (К)

Регуляция, осмотического давления, возбуждение нервных и мышечных клеток, активация ферментов, синтез коллагена

150 г, 90% во внутриклеточной жидкости

Овощи, картофель, орехи, бобовые, фрукты

3-5 г

Хлор (Cl)

Регуляция, осмотического давления, образование кислоты желудочного сока

80-100 г, 90% во внутриклеточной жидкости

Поваренная соль, копченые продукты, колбасы, сыр

5-7 г

М
а
к
р
о
э
л
е
м
е
н
т
ы

Железо (Fe)

Составная часть гемоглобина и миоглобина, ряда ферментов, транспорт кислорода

4-5 г, 69% в гемоглобине и миоглобине

Печень, мясо, яйуа, ржаные продукты, бобовые, лук, шпинат, пивные дрожжи

10-18 мг

Йод (I)

Составная часть гормонов щитовидной железы

10-15 мг, 99% в щитовидной железе

Морская рыба, молоко, йодированная столовая соль

100-200 мкг

Фтор (F)

Предотвращение кариеса зубов

2-3 г, 96% в скелете

Растительные продукты, чай, питьевая вода

2-4 мг

Медь (Cu)

Составная часть белков крови и ряда ферментов

80-100 мг, 45% в мышцах, 20% в печени, 20% в скелете

Рыба, яйца, картофель, орехи, бобовые

2 мг

Цинк (Zn)

Активатор ферментов

1-2 г, 90% в эритроцитах

Говядина, печень, горох, хлебные злаки

10-15 мг

Марганец (Mn)

Составная часть ферментов и скелета

10-40 мг. Распределен в скелете, печени, железах и других органах

Печень, хлебные злаки, соя, фрукты, бобовые шпинат

5-10 мг

Кобальт (Co)

Составная часть витамина В12, эритроцитов

1-2 мг. Распределен в почках и других органах

Печень, орехи, овощи, фрукты, дрожжи

100-200 мкг

7. Какие микроэлементы относятся к микро биогенным?

Mn, Co, Cu, Mo, Zn, F, Br, I.

8. В каком виде присутствуют в живых организмах минеральные вещества?

Все минеральные вещества принято делить на макроэлементы - вещества, присутствующие в организме человека в относительна большом количестве, и микроэлементы - вещества, доля которых в организме микроскопически мала.

К макроэлементам относятся кальций (Са), калий (К), магний (Мg), натрий (N), сера (S), фосфор (Р) и хлор (Сl).

Из микроэлементов наибольшее значение в питании имеют; железо (Fе), медь (Сu), марганец (Мn), йод (I), цинк (Zn), фтор (F), хром (Сг), молибден (Мо), кобальт (Со), ванадий (V), никель (Ni), кремний (Si), селен (Sе), стронций (Sr). бор (В).

9. Какие катионы в клетках и внеклеточных жидкостях организма человека являются основными? Перечислите их основные функции.

Основными катионами в клетках и внеклеточных жидкостях организма человека являются: Ка+, К+, Са2+, М2+, 2п2+, Ре2+.

Биологические функции катионов

Структурообразующая: обусловлена комплексообразующими свойствами металлов, катионы которых участвуют в образовании функционально активных структур макромолекул и надмолекулярных комплексов (гем, хлорофилл, белки, нуклеиновые кислоты и т.д.).

Транспортная: катионы в составе металлопротеидов участвуют в переносе электронов или молекул простых веществ. Например, ионы железа и меди входят в цитохромы, которые переносят электроны, а железо в составе гемоглобина связывает и переносит кислород.

Регуляторная: ионы металлов, соединяясь с ферментами, влияют на активность катионов и регулируют (активируют или ингибируют) скорость химических реакций в клетке (Mg2+ активирует ДНК- и РНК-полимеразу, Ca2+ – креатинкиназу, Mg2+, Mn2+ – гексокиназу; ионы Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+ ускоряют распад и синтез белков, а ионы Ca2+, Mg2+ участвуют в распаде и синтезе липидов и углеводов).

Осмотическая: катионы используются для регуляции осмотического и гидроосмотического давлений в клетке и организме в целом.

Биоэлектрическая: катионы участвуют в возникновении и регуляции величины разности потенциалов на клеточных мембранах в возбудимых клетках (нервных, мышечных) и проведении нервных импульсов.

Синтетическая: связана с использованием неорганических катионов для синтеза сложных молекул, например, Fe3+ – в синтезе гемоглобина, Ca2+ – в синтезе амилазы. Cu2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+ поддерживают вторичную и третичную структуру ДНК и РНК, Zn2+, участвуют в образовании активного центра 30 ферментов.

10. Приведите пример белков, в которых катионы железа выполняют транспортную функцию.

Гемоглобин, цитохромы.

11. Какую функцию выполняют катионы К+ и Са 2+ в водном обмене?

Они определяют характер физико-химических процессов в тканях.

12. Приведите примеры процессов, в которых образуется эндогенная вода.

В процессе обмена веществ и окисления водорода, входящего в состав субстратов (белков, жиров и углеводов).

13. В образовании активной формы инсулина принимают участие катионы: а) Nа; б) Zn 2+; в) Fе 2+ ; г) Мg 2+ ; д) Сu 2+ .

б.

14. Катионы кобальта входят в состав витамина: а) А; б) С; в) Е; г) В12; д) В6.

г.

15. Основной костной ткани являются соединения а) кальция и фосфора; б) натрия и калия; в) кальция и хлора; г) меди и азота.

а.

16. Перечислите незаменимые аминокислоты.

Незаменимые аминокислоты — необходимые аминокислоты, которые не могут быть синтезированы в том или ином организме, в частности, в организме человека. Поэтому их поступление в организм с пищей необходимо.

Незаменимыми для взрослого здорового человека являются 8 аминокислот: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треони́н, триптофан и фенилалани́н;

Для детей незаменимыми также являются аргинин и гистидин.

Энергетический обмен.

1. Укажите основные источники энергии в организме.

Это гликоген, жировые кислоты и аминокислоты.

2. Приведите энергетическую ценность белков, жиров и углеводов.

Пищевое вещество

Энергетическая ценность при окислении организма

кДж/г

ккал/г

Белки

16,74

4,0

Жиры

37,66

9,0

Углеводы

16,74

4,0

3. Каким образом происходит энергетический обмен в тканях и клетках.

4. Перечислите источники быстрого восполнения энергии.

Углеводы.

Тема 7. Биохимия сокращения и расслабления мышц.

Биохимия мышц и мышечного сокращения.

1. Расскажите о химическом составе мышц.

Минимальный структурный элемент всех типов мышц — мышечное волокно, каждое из которых в отдельности является не только клеточной, но и физиологической единицей, способной сокращаться. Это связано со строением такого волокна, содержащего не только органеллы (ядро клетки, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи), но и специфические элементы, связанные с механизмом сокращения — миофибриллы. В состав последних входят сократительные белки — актин и миозин.

Актин — сократительный белок, состоящий из 375 аминокислотных остатков с молекулярной массой 42300, который составляет около 15 % мышечного белка. Под световым микроскопом более тонкие молекулы актина выглядят светлой полоской (так называемые Ι-диски). В растворах с малым содержанием ионов актин содержится в виде единичных молекул с шарообразной структурой, однако в физиологических условиях, в присутствии АТФ и ионов магния, актин становится полимером и образует длинные волокна (актин фибриллярный), которые состоят из спирально закрученных двух цепочек молекул актина. Соединяясь с другими белками, волокна актина приобретают способность сокращаться, используя энергию, содержащуюся в АТФ.

Миозин — основной мышечный белок; содержание его в мышцах достигает 60 %. Молекулы состоят из двух полипептидных цепочек, в каждой из которых содержится более 2000 аминокислот. Белковая молекула очень велика (это самые длинные полипептидные цепочки, существующие в природе), а её молекулярная масса доходит до 470000. Каждая из полипептидных цепочек оканчивается так называемой головкой, в состав которой входят две небольшие цепочки, состоящие из 150—190 аминокислот. Эти белки проявляют энзиматическую активность АТФазы, необходимую для сокращения актомиозина. Под микроскопом молекулы миозина в мышцах выглядят темной полоской (так называемые А-диски).

Актомиозин — белковый комплекс, состоящий из актина и миозина, характеризующийся энзиматической активностью АТФазы. Это значит, что благодаря энергии, освобожденной в процессе гидролиза АТФ, актомиозин может сокращаться. В физиологических условиях актомиозин создает волокна, находящиеся в определенном порядке. Фибриллярные части молекул миозина, собранные в пучок, образуют так называемую толстую нить, из которой перпендикулярно выглядывают миозиновые головки. Молекулы актина соединяются в длинные цепочки; две таких цепочки, спирально закрученные друг вокруг друга, составляют тонкую нить. Тонкая и толстая нити расположены параллельно таким образом, что каждая тонкая нить окружена тремя толстыми, а каждая толстая нить — шестью тонкими; миозиновые головки цепляются за тонкие нити.

2. Сравните строение разных видов мышечных волокон.

Каждая скелетная мышца представляет собой активный орган движения, построенный из многих тканей, главной из которых является поперечнополосатая мышечная ткань. Кроме того, в состав мышцы входят рыхлая и плотная соединительные ткани, сосуды и нервы. Функциональное значение мышцы как органа состоит в ее способности сокращаться и изменять при этом свои размеры.

Это свойство мышцы обусловлено сократительной способностью скелетной мышечной ткани, что в свою очередь связано с сокращением мышечных волокон в результате укорочения миофибрилл в пределах каждого саркомера. Мышечные волокна являются основными рабочими элементами мышцы.

Различают красные и белые мышечные волокна. Четкие границы между красными и белыми мышечными волокнами отсутствуют, поэтому их подразделение производится на основе сопоставления количественных показателей их структурных компонентов. Так, красные мышечные волокна (нередко обозначаемые мионами 1-го типа) содержат больше саркоплазмы и, соответственно, меньшее количество миофибрилл.

В саркоплазме определяются многочисленные митохондрии, которые отличаются высокой активностью окислительных ферментов (в частности, СДГ — сукцинатдегидрогеназы). Саркоплазма характеризуется повышенным содержанием миоглобина. Диаметр красных мышечных волокон несколько меньше, чем средний диаметр белых мышечных волокон. Вокруг красных мионов интенсивно развита капиллярная сеть.

По данным гисторадиографии, для этих мышечных волокон характерен более высокий уровень синтеза белков. На красных мышечных волокнах некоторых мышц (например, глаза) определяются нетипичные множественные моторные бляшки.

Белые мышечные волокна (или мионы II-го типа) содержат большее число миофибрилл, расположенных в виде столбиков, или колонок, образующих на поперечном срезе широкие поля. Саркоплазма образует узкие прослойки между миофибриллярными колонками. В ней мало митохондрий. Невысоко содержание и миоглобина. Диаметр белых мышечных волокон больше, чем красных. На каждом белом мышечном волокне имеется лишь одна моторная бляшка типичного строения. Белые мионы сокращаются быстрее, чем красные.

Между красными и белыми мышечными волокнами имеются переходные формы — промежуточные волокна. Мышцы человека, как правило, смешанные по составу мионов разных типов, но каждая из них имеет свой рисунок, определяемый процентным соотношением числа красных, белых и промежуточных мышечных волокон.

Важная роль в построении мышцы как органа принадлежит соединительной ткани, которая объединяет мышечные волокна в пучки, проводит кровеносные сосуды и нервы, а также обеспечивает прикрепление мышцы к костям. Рыхлая соединительная ткань внутри мышечных пучков называется эндомизием. Пучки мышечных волокон соединяются между собой также прослойками рыхлой соединительной ткани, которую называют перимизием.

Снаружи мышца покрыта плотной соединительнотканной оболочкой — эпимизием, или фасцией. Внутримышечная соединительная ткань обеспечивает развитие густой капиллярной сети вокруг каждого мышечного волокна. Благодаря эластическим свойствам она участвует в процессах, обусловливающих расслабление мышцы после ее сокращения.

3. Опишите строение миофибрилл.

Миофибриллы — органеллы клеток поперечнополосатых мышц, обеспечивающие их сокращение. Служат для сокращений мышечных волокон. Миофибрилла — нитевидная структура, состоящая из саркомеров. Каждый саркомер имеет длину около 2 мкм и содержит два типа белковых филаментов: тонкие микрофиламенты из актина и толстые филаменты из миозина. Границы между филаментами (Z-диски) состоят из особых белков, к которым крепятся ±концы актиновых филаментов. Миозиновые филаменты также крепятся к границам саркомера с помощью нитей из белка титина (тайтина). С актиновыми филаментами связаны вспомогательные белки — небулин и белки тропонин-тропомиозинового комплекса.

У человека толщина миофибрилл составляет 1-2 мкм, а их длина может достигать длины всей клетки (до нескольких сантиметров). Одна клетка содержит обычно несколько десятков миофибрилл, на их долю приходится до 2/3 сухой массы мышечных клеток.

4. Нарисуйте строение саркомера.

Схема саркомера.

5. Дайте характеристику толстых протофибрилл.

Толстые протофибриллы образуют плотный обладающий двойным лучепреломлением участок Миофибриллы - анизотропный диск (диск А). Между толстыми протофибриллами частично вдвинуты тонкие протофибриллы («зона перекрывания»). Участок саркомера по обе стороны от полоски Z, содержащий лишь тонкие протофибриллы, называется изотропным диском (диск 1). Центральная зона диска А, лишённая тонких протофибрилл, называется диском Н; в его центре обычно видна полоска М, составленная короткими (40 нм) М-нитями, расположенными вдоль длинной оси Миофибриллы; длина их соответствует ширине полоски Миофибриллы С обеих сторон от полоски Миофибриллы расположен субдиск Н - узкая зона (~ 130 нм), более светлая, чем остальной диск Н. Толстые протофибриллы имеют по всей длине равномерно расположенные отростки («мостики»), представляющие, по-видимому, отошедшие от протофибрилл концы миозиновых молекул. Середина толстых протофибрилл лишена отростков, чем и обусловлено возникновение светлой зоны (субдиска Н). Данная схема строения Миофибриллы допускает ряд возражений, например при сильном растяжении Миофибриллы тонкие протофибриллы должны полностью выйти из диска А, а саркомер - распасться на фрагменты, однако этого не происходит, т. к. допускается существование 3-го типа протофибрилл - «сверхтонких нитей», соединяющих полоски Z.

6. Опишите строение молекулы белка миозина.

Миозины — семейство белков, являющихся моторами цитоскелета системы микрофиламентов. Миозины состоят из тяжёлых цепей (H) и лёгких (L) в разном количестве в зависимости от типа миозина. H-цепь имеет 2 участка — «головку» и «хвостик». Головка тяжёлой цепи миозина имеет сайт связывания с актином и сайт связывания АТФ. По количеству «головок» миозины делятся на «традиционные» (convention myosin) — 2 головки, и нетрадиционные (unconvention myosin) — одна «головка». Традиционные миозины могут связываться между собой в протофибриллы, а нетрадиционные — не могут.

На электронных микрофотографиях молекулы миозина имеют вид палочек (1600´25) с двумя глобулярными образованиями на одном из концов. Полагают, что 2 полипептидные цепи, образующие миозина, скручены в спираль. Белки, аналогичные миозину, обнаружены в жгутиках, ресничках и других двигательных структурах у многих простейших и бактерий, сперматозоидов животных и некоторых растений.

7. Какие формы актина существуют?

Существует в двух формах: глобулярной (Г-актин) и фибриллярной (Ф-актин), являющейся продуктом полимеризации Г-актина.

8. Опишите строение белков актина и тропомиозина.

Актин — белок, полимеризованная форма которого образует микрофиламенты — один из основных компонентов цитоскелета эукариотических клеток. Вместе с белком миозином образует основные сократительные элементы мышц — актомиозиновые комплексы саркомеров.

Водорастворимый глобулярный белок (М 42 000), состоящий из 376 аминокислотных остатков (G-актин). С каждой молекулой G-актина связана одна молекула ATФ. При добавлении Mg2+ и некоторых других ионов актин быстро полимеризуется (с образованием неорганического фосфата), образуя двунитчатую спиральную структуру – F-актин, содержащий АДФ. Тонкие филаменты мышцы образованы такими двунитчатыми структурами, внутри которых молекулы актина связаны между собой нековалентными связями.

Тропомиозин — белок (70 кДа), в составе которого две субъединицы, переплетающиеся между собой в α-спиралевидные фибриллярные структуры. Тропомиозин связывается в единый комплекс с F-актином в области изгиба молекулы, обеспечивая его стабильность. По длине тропомиозин равен 7 субъединицам G-актина, при этом контактирует только с одной из нитевидных структур F-актина. Кроме этого, тропомиозин совместно с тропонином участвует в регуляции взаимодействия актина с миозином.

9. Какие белки принимают участие в мышечном сокращении?

В осуществлении мышечного сокращения принимают участие несколько белков: актин , миозин , тропо-миозин и тропонин.

10. Нарисуйте схему мышечного сокращения.

Биохимические основы спортивной тренировки.

1. Расскажите об основных задачах спортивной тренировки.

Спортивная тренировка – это основная форма подготовки спортсмена, которая представляет собой специализированный педагогический процесс, построенный на системе упражнений и направленный на воспитание и совершенствование определенных способностей, обуславливающих готовность спортсмена к достижению высших результатов.

Целью спортивной тренировки является подготовка к спортивным состязаниям, направленная на достижение максимально возможного для данного спортсмена уровня подготовленности, обусловленного спецификой соревновательной деятельности и гарантирующего достижение запланированных спортивных результатов.

В процессе спортивной тренировки решаются следующие основные задачи:

- освоение техники и тактики избранной спортивной дисциплины;

- совершенствование двигательных качеств и повышение возможностей функциональных систем организма, обеспечивающих успешное выполнение соревновательного упражнения и достижение планируемых результатов;

- воспитание необходимых моральных и волевых качеств;

- обеспечение необходимого уровня специальной психической подготовленности;

- приобретение теоретических знаний и практического опыта, необходимых для успешной тренировочной и соревновательной деятельности.

2. Дайте характеристику основных скоростно-силовых качеств спортсменов.

Выполнение любого движения или сохранения какой-либо позы тела человека обусловлено работой мышц. Величину развиваемого при этом усилия принято называть силой мышц.

Мышечная сила – это способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных напряжений.

Одним из наиболее существенных моментов, определяющих мышечную силу, является режим работы мышц. В процессе выполнения двигательных действий мышцы могут проявлять силу:

 при уменьшении своей длины (преодолевающий, т.е. миометрический режим, например, жим штанги лежа на горизонтальной скамейке);

 при ее удлинении (уступающий, т.е. полиометрический режим, например, приседание со штангой на плечах);

 без изменения своей длины (статический, т.е. изометрический режим, например, удержание разведенных рук с гантелями в наклоне

 вперед);

 при изменении и длины и напряжения мышц (смешанный, т.е. ауксотонический режим, например, подъем силой в упор на кольцах, опускание в упор руки в стороны («крест») и удержание в «кресте»).

Первые два режима характерны для динамической, третий – для статической, четвертый – для статодинамической работы мышц.

В любом режиме работы мышц сила может быть проявлена медленно и быстро. Это характер их работы.

Различают следующие виды силовых способностей: собственно- силовые, и их соединение с другими ДС (скоростно-силовые и силовая выносливость и силовая ловкость).

Скоростно-силовые способности проявляются в двигательных действиях, в которых наряду со значительной силой мышц требуется и

значительная быстрота движений (прыжки в длину и высоту с места и разбега, метания снарядов и т.п.). При этом, чем значительнее внешнее отягощение, преодолеваемое школьником (например, при толкании ядра или выполнение рывка гири достаточно большого веса), тем большую роль играет силовой компонент, а при меньшем отягощении (например, при метании малого мяча) возрастает значимость скоростного компонента.

К числу скоростно-силовых способностей относят:

− быстрая сила, которая характеризуется непредельным напряжением мышц, проявляемых в упражнениях, которые выполняются со значительной скоростью, не достигающей предельной величины;

− взрывная сила − способность по ходу выполнения двигательного действия достигать максимальных показателей силы в возможно короткое время (например, при старте в спринтерском беге, в прыжках, метаниях и т.д.).

Уровень развития взрывной силы можно оценить с помощью скоростно-силового индекса, который вычисляется по формуле:

J = F max / t max

J – скоростно-силовой индекс;

F max – максимальное значение силы, показанной в данном

движении;

t max – время достижения максимальной силы;

− ускоряющая сила − способность мышцы к быстроте наращивания

рабочего усилия в условиях их начавшегося сокращения.

Как разновидность скоростно-силовых усилий выделяют еще

амортизационную силу − способность как можно быстрее закончить движение при его осуществлении с максимальной скоростью (например, остановка после ускорения).

3. Перечислите факторы физической работоспособности.

Физическая работоспособность человека зависит от многих факторов. Среди них выделяют несколько основных, «ведущих», которые в наибольшей мере определяют конкретное проявление работоспособности. К этим факторам обычно относят следующие:

· Сократительные особенности нервно-мышечного аппарата, т. е. скоростно-силовые возможности двигательной системы.

· Особенности координации движений.

· Биоэнергетические возможности организма.

· Мощность и устойчивость вегетативных систем обеспечения двигательной активности.

· Технику выполнения двигательных действий.

· Тактику решения двигательных задач в процессе спортивной или профессиональной деятельности.

· Психическую подготовку человека, его мотивацию, волю и т. д.

Скоростно-силовые качества, координационные способности, возможности биоэнергетики и вегетативных систем обеспечения двигательной активности составляют группу внутренних, или потенциальных факторов. Степень реализации этих потенциальных возможностей в конкретных условиях какой-либо двигательной деятельности (спортивной или профессиональной) определяется факторами производительности: технической, тактической и психической подготовленностью человека.

Рациональная техника выполнения спортивных или профессионально-прикладных действий позволяет более эффективно использовать скоростно-силовой и энергетический потенциалы, координационные возможности, а совершенная тактика выполнения двигательных действий позволяет лучше распределить и реализовать потенциальные возможности на определенном отрезке времени.

Любая двигательная, в том числе и спортивная, деятельность совершается при помощи мышц при их сокращении. Поэтому строение и функциональные возможности мускулатуры необходимо знать всем людям, но в особенности тем, кто занимается физической культурой и спортом. На долю мышц приходится значительная часть сухой массы тела человека. У женщин на мышцы приходится от 30 до 35% общей массы тела, а у мужчин - 40-50% соответственно. Специальной силовой тренировкой можно значительно увеличить мышечную массу. Физическое же бездействие (гиподинамия2) приводит к уменьшению массы мышц и очень часто - к увеличению жировой массы.

4. Охарактеризуйте основные биохимические принципы спортивной тренировки.

Основные принципы спортивной тренировки:

· Повторность;

· Регулярность;

· Правильное соотношение работы и отдыха;

· Постепенное увеличение нагрузок.

В процессе тренировки работоспособность постепенно повышается и выполнение каждой последующей мышечной нагрузки, если она остается такой же, что и предыдущие, для организма облегчается. При таких условиях работа будет сопровождаться все меньшими биохимическими сдвигами в организме. Следовательно, и фаза суперкомпенсации ускорится и будет выражена слабее, что приведет к прекращению роста работоспособности. Чтобы этого не произошло, необходимо увеличивать нагрузки постепенно.

Под влиянием тренировки существенно улучшаются показатели физической работоспособности. Так, аэробная мощность начинающих спортсменов составляет 45 мл/кг-мин, а спортсменов международного класса – 90 мл/кг-мин; алактатная мощность – 60 мМ/кг-мин для начинающих и 102 мМ/кг-мин для мастеров международного класса; гликолитическая мощность – 20 мМ/кг-мин и 35 мМ/кг-мин лактата соответственно.

5. Дайте характеристику явлению суперкомпенсации.

Это явление превышения исходного уровня в процессе восстановления после снижения, вызванного выполнением физической работы. Сложный характер генеза восстановительного периода, отраженный в гетерохронизме восстановления вегетативных функций и фазном колебании уровня восстановления работоспособности двигательной функции имеет явно волнообразный характер.

Фазу повышенной работоспособности при выполнении повторной работы (жим штанги и подтягивания на перекладине) через разные интервалы времени после первой работы описал Б.С. Гиппенрейтер (1953). По его данным, наблюдается возникновение трех основных фаз восстановления работоспособности после выполнения первой работы до утомления: первая фаза – фаза последовательного восстановления работоспособности (из состояния пониженной работоспособности), вторая фаза – повышенной работоспособности, которая может превысить исходный уровень на 20-23%, и третья фаза – фаза постепенного возвращения к исходному уровню работоспособности.

В восстановительном периоде после мышечной работы имеется своеобразная «экзальтационная фаза». С этим связано явление суперкомпенсации в биохимических процессах после мышечной работы. Если бы каждый раз после выполнения мышечной работы или физических упражнений человеческий организм только возвращался к исходному состоянию покоя с восстановлением его прежней работоспособности, исчезла бы возможность совершенствования организма путем упражнения и тренировки.

Повторное выполнение мышечной работы – физических упражнений в течение ряда дней и месяцев обусловливает суммацию этих следовых реакций в организме, что приводит к возникновению и нарастанию тренированности человека. В этих случаях суммация следовых реакций фиксируется уже не только в функциональных изменениях органов и тканей, но и в морфологических – структурных изменениях функциональных систем, т.е. фиксируется уже в конструктивных изменениях организма.

7. Перечислите основные виды утомления.

В зависимости от вида выполняемой работы выделяют умственное и физическое Утомление, при котором учитывают отклонения энергетических показателей обмена, например изменение температуры тела, биоэлектрических потенциалов. В связи с тем что обнаружилась принципиальная общность физического и умственного Утомление, приобретает большое распространение классификация, основанная на преимущественной локализации Утомление в звеньях нервной системы, обеспечивающей деятельность человека. Так, различают сенсорное Утомление и его разновидности (перцептивное и информационное) и эффекторное Утомление Кроме того, выделяют как обобщённую форму общее Утомление Однако та или иная классификация зависит от принятой физиологической теории Утомление Сенсорное Утомление развивается в результате длительного или интенсивного воздействия раздражителя (например, сильный шум, свет), при котором первичные изменения возникают в сенсорных системах, начиная от рецептора и кончая корковым концом анализатора. Перцептивное Утомление, локализованное преимущественно в корковом конце анализатора, связано с трудностью обнаружения сигнала (например, при больших помехах, при его малой интенсивности, трудности дифференцирования). Информационное Утомление развивается вследствие недостаточности информации или при информационной перегрузке, когда наибольшая нагрузка падает на динамику меж центральных отношений, заключающуюся в замыкании временных связей между различными структурами в центральной нервной системе и оживлении ассоциативных связей, позволяющих правильно отразить в сознании объективную картину внешней среды. Эффекторное Утомление возникает при локализации изменений преимущественно в отделах центральной нервной системы, формирующих двигательный акт. При изменениях, появляющихся вследствие интенсивных процессов репродуктивной деятельности, связанной лишь с обработкой получаемой информации по жёстким правилам (например, счёт, разнесение по рубрикам), а также продуктивной, включающей процессы преобразования информации и формирования суждения, понятия, умозаключения и т.п., и эвристической, т. е. творческой, осуществляемой по индивидуальным, неявным алгоритмам, формируется умственное Утомление В связи с тем, что при трудовой деятельности чаще сочетаются все перечисленные изменения, выделяют общее Утомление, подчёркивая при этом наиболее выраженные нарушения в центральной нервной системе.

8. Опишите биоэнергетические возможности организма.

Биоэнергетические возможности организма являются наиболее важным фактором, лимитирующим его физическую работоспособность. Образование энергии для обеспечения мышечной работы может осуществляться анаэробным (бескислородным) и аэробным (окислительным) путем. В зависимости от биохимических особенностей протекающих при этом процессов принято выделять три обобщенных энергетических системы, обеспечивающих физическую работоспособность человека:

· алактная анаэробная, или фосфагенная, связанная с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет энергии другого высокоэнергетического фосфатного соединения - креатинфосфата (КрФ);

· гликолитическая (лактацидная) анаэробная, обеспечивающая ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена или глюкозы до молочной кислоты (МК);

· аэробная (окислительная), связанная с возможностью выполнения работы за счет окисления энергетических субстратов, в качестве которых могут использоваться углеводы, жиры, белки при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.

Каждый из перечисленных биоэнергетических компонентов физической работоспособности характеризуется критериями мощности, емкости и эффективности.

9. Охарактеризуйте явления утомления.

Утомление - это функциональное состояние, временно возникающее под влиянием 'продолжительной и интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности. Утомление проявляется в том, что уменьшается сила и выносливость мышц, ухудшается координация движений, возрастают затраты энергии при выполнении работы одинакового характера, замедляется скорость переработки информации, ухудшается память, затрудняется процесс сосредоточения и переключения внимания, усвоения теоретического материала. Утомление связано с ощущением усталости, и в то же время оно служит естественным сигналом возможного истощения организма и предохранительным биологическим механизмом, защищающим его от перенапряжения. Утомление, возникающее в процессе упражнения, это еще и стимулятор, мобилизующий как резервы организма, его органов и систем, так и восстановительные процессы.

Утомление наступает при физической и умственной деятельности. Оно может быть острым, т.е. проявляться в короткий промежуток времени, и хроническим, т.е. носить длительный характер (вплоть до нескольких месяцев); общим, т.е. характеризующим изменение функций организма в целом, и локальным, затрагивающим какую-либо ограниченную группу мышц, орган, анализатор. Различают две фазы утомления: компенсированную (когда нет явно выраженного снижения работоспособности из-за того, что включаются резервные возможности организма) и некомпенсированную (когда резервные мощности организма исчерпаны и работоспособность явно снижается). Систематическое выполнение работы на фоне не довосстановления, непродуманная организация труда, чрезмерное нервно-психическое и физическое напряжение могут привести к переутомлению, а следовательно, к перенапряжению нервной системы, обострениям сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической и язвенным болезням, снижению защитных свойств организма. Физиологической основой всех этих явлений является нарушение баланса возбудительно-тормозных нервных процессов. Умственное переутомление особенно опасно для психического здоровья человека, оно связано со способностью центральной нервной системы долго работать с перегрузками, а это в конечном итоге может привести к развитию запредельного торможения, к нарушению слаженности взаимодействия вегетативных функций.

10. Опишите процесс восстановления организма после физических нагрузок.

После прекращения физической работы происходят обратные изменения в деятельности тех функциональных систем организма, которые обеспечивали выполнение нагрузки. Вся совокупность изменений в этот период объединяется понятием восстановления. На протяжении восстановительного периода из организма удаляются продукты рабочего метаболизма и восполняются энергетические запасы, пластические вещества (белки, углеводы и т.д.) и ферменты, израсходованные за время мышечной деятельности. По существу происходит восстановление нарушенного работой равновесного состояния организма. Однако восстановление - это не только процесс возвращения организма к пред рабочему состоянию. В период восстановления происходят также изменения, которые обеспечивают повышение функциональных возможностей организма, входя в стадию сверх восстановления.

Интервалы отдыха между занятиями зависят от величины тренировочной нагрузки. Они должны обеспечивать полное восстановление работоспособности как минимум до исходного уровня или в лучшем случае до фазы сверх восстановления. Тренировка в фазе неполного восстановления недопустима, так как адаптационные возможности организма ограничены.

Чем больше продолжительность тренировочной нагрузки с соответствующей интенсивностью, тем более продолжительными должны быть интервалы отдыха. Так, продолжительность восстановления основных функций организма после кратковременной максимальной анаэробной работы - несколько минут, а после продолжительной работы малой интенсивности, например, после марафонского бега - несколько дней.

Тема 8. Биохимия физических упражнений и спорта.

1. В чем состоит сущность процессов адаптации организма к физическим нагрузкам?

Сущность адаптации к физическим нагрузкам заключается в раскрытии механизмов, за счет которых нетренированный организм становится тренированным.

2. На какие два этапа подразделяют адаптацию организма к физическим нагрузкам? Дайте характеристику каждого этапа.

Этап срочной адаптации – это ответ организма на однократное воздействие физической нагрузки. Срочные адаптационные процессы осуществляются непосредственно во время работы мышц. Их первоочередная задача заключается в мобилизации энергетических ресурсов, транспорте кислорода и субстратов окисления к работающим мышцам, удалении конечных продуктов реакций энергообмена и создании условий для пластического обеспечения работы мышц.

Этап долговременной адаптации - характеризуется структурными и функциональными изменениями в организме, заметно увеличивающими его возможности. Этап долговременной адаптации развивается на основе многократной реализации срочной адаптации. В процессе долговременной адаптации организма под влиянием физических нагрузок активизируется синтез нуклеиновых кислот и специфических белков. Это создает возможность усиленного образования разных клеточных структур и нарастания мощности их функционирования. Под влиянием физической нагрузки происходит увеличение сократительной активности мышц, что приводит к изменению концентрации макроэргических фосфатов в клетке. Эти процессы стимулируют синтез АТФ и восстановление нарушенного баланса макро эргов в мышце, что и составляет начальное звено срочной адаптации. Срочные адаптационные процессы, в свою очередь, приводят к усилению синтеза нуклеиновых кислот и специфических белков при воздействии на определенные структуры мышц, таких соединений, как креатин, циклический АМФ, стероидные и некоторые пептидные гормоны.

3. Как изменяется соотношение интенсивности анаэробных и аэробных процессов: в состоянии покоя; в начале мышечной работы, при дальнейшей деятельности, в период отдыха.

Анаэробные процессы

Анаэробные процессы имеют место при отсутствии или недостаточном притоке кислорода воздуха. В этих условиях под влиянием неспороносных гнилостных микробов, микроорганизмов брожении и других организмов, находящихся в почве, происходят восстановительные процессы, выражающиеся в отщеплении кислородной частицы от органического вещества. Процессы нитрификации и другие окислительные процессы здесь не имеют места.

В анаэробных условиях биохимические процессы происходят весьма медленно, с образованием промежуточных продуктов распада органических соединений. В результате этих биохимических процессов углеводы распадаются на воду и углекислоту; жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые затем распадаются на воду и углекислоту; сложные белки превращаются в аминокислоты и аммиак (аммонификация); сера белков превращается в сероводород, растительная клетчатка — в гумус.

В анаэробных условиях процесс гниения и брожения органических веществ сопровождается выделением зловонных газов — аммиака, сероводорода, метана, меркаптанов и др., которые загрязняют воздух.

Образующийся в процессе разложения органического вещества перегной (гумус) имеет большое санитарное и агрономическое значение. Он представляет собой органическое вещество темного цвета, которое неспособно ни загнивать, ни издавать зловоние, ни привлекать мух и не содержит возбудителей инфекций, кроме спороносных. В силу этого при обезвреживании отбросов в определенных условиях (почвенные методы, компостирование, биотермические методы) вполне возможно ограничиться гумификацией отбросов, не доводя разложение их до полной минерализации.

Образование перегноя обусловливается жизнедеятельностью трех основных групп микроорганизмов: 1) грибов, 2) аэробных бактерий и 3) анаэробных бактерий. В почве на глубине примерно более 10 см атмосферного кислорода очень мало, потому что он перехватывается аэробными микробами, находящимися в самом верхнем слое почвы, где происходят процессы полной минерализации. Ниже 10 см устанавливается все более нарастающее анаэробное разложение органического вещества с образованием перегноя (гумуса), который необходим для создания структурной почвы.

Для интенсивного протекания процессов минерализации и нитрификации необходимо, чтобы количество органических отбросов, вносимых в почву, не превышало ее способности к самоочищению. При несоблюдении этого правила всегда развиваются анаэробные процессы с образованием промежуточных продуктов распада, некоторые из которых могут выделяться в атмосферу в виде зловонных и при определенной концентрации вредных ядовитых газов.

Аэробный процесс

При достаточно продолжительных силовых нагрузках вклад анаэробных процессов в деле энергоснабжения очень низкий, поэтому большую часть энергии для процессов метаболизма получают именно от аэробной (кардио) работы. В процессе кардиотренинга для получения энергии используются в основном углеводы и жиры. Вклад белка для получения энергии минимален.

В покое 70% от молекул АТФ заряжаются энергией, получаемой в процессе расщепления жира, и 30 % энергией расщепления углеводов. Более интенсивные действия ведут к увеличению расхода доли углеводов. Аэробные процессы используют кислород, поступающий из крови, которая наполняет работающую мышцу. Продуктами распада в данном случае являются углекислый газ CO2 и вода H2O.

Аэробный процесс состоит из трех этапов:

• Гликолиз

• Цикл Кребса

• Дыхательная цепь

4. Напишите схему гликолиза.

6. Расскажите о гликогенолизе.

Гликогенолиз (англ. glycogenolysis)- биохимическая реакция, протекающая главным образом в печени и мышцах, во время которой гликоген расщепляется до глюкозы и глюкозо-6-фосфата. Гликогенолиз стимулируется гормонами глюкагоном и адреналином.

7. Сравните энергетические эффекты гликолиза и дыхания.

Энергетический эффект гликолиза равняется двум молекулам АТФ при окислении молекулы глюкозы, поскольку на первом этапе гликолиза затрачивается 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции), а на втором этапе 4 молекулы АТФ образуются за счет 1,3 БФГК и ФЭПВК (4АТФ - 2АТФ =2АТФ). Кроме того, при гликолизе освобождается четыре атома водорода, которые в анаэробных условиях передаются на пировиноградную кислоту, а в аэробных условиях переходят в дыхательную цепь.

8. Сравните энергетический эффект окисления жиров и белков.

Жиры обладают высокой энергетической ценностью: при полном окислении в живом организме 1 г жира выделяется 37,7 кДж, что в два раза больше, чем при окислении 1 г белка или углевода.

При сгорании 1 г белков освобождается энергия, равная 16,8 кДж.

Классификация и механизм действия гормонов.

1. Какая классификация гормонов существуют?

Таблица. Химическая классификация гормонов

Класс химических соединений

Гормон (сокращенное название)

Основной источник

Амины

Дофамин

ЦНС

Норадреналин

ЦНС, мозговой слой надпочечников

Адреналин

Мозговой слой надпочечников

Мелатонин

Эпифиз

Иодтиронины

Тироксин (Т4)

Щитовидная железа

Трииодтиронин (Т3)

Периферические ткани (щитовидная железа)

Небольшие пептиды

Вазопрессин (антидиуретический гормон, АДГ)

Задняя доля гипофиза

Окситоцин

Задняя доля гипофиза

Меланоцитстимулирующий гормон (МСГ)

Промежуточная доля гипофиза

Тиреотропин – рилизинг гормон (ТРГ)

Гипоталамус, ЦНС

Гонадотропин-рилизинг гормон (ГнРГ, ЛГ-РГ)

Гипоталамус, ЦНС

Соматостатин (СРИФ)

Гипоталамус, ЦНС, панкреатические островки

Кортикотропин-рилизинг-гормон (КРГ)

Гипоталамус, ЦНС

Соматокринин (СТГ-РГ, СТГ-РФ)

Островковые опухоли, гипоталамус, ЦНС

Ангиотензины (А II, А III)

Кровь (из предшественника), ЦНС

Белки

Инсулин

бета-клетки, панкреатические островки

Глюкагон

альфа-клетки, панкреатические островки

Гормон роста, или соматотропин (ГР, СТГ)

Передняя доля гипофиза

Плацентарный лактоген (ПЛ)

Плацента

Пролактин (ПРЛ)

Передняя доля гипофиза

Паратиреоидный гормон, или паратгормон (ПТГ)

Паращитовидные железы

бета-.липотропин и энкефалин

Гипофиз, ЦНС

Кальцитонин

К-клетки, щитовидная железа

Адренокортикотропный гормон (АКТГ)

Передняя доля гипофиза

Секретин

Желудочно-кишечный тракт, ЦНС

Холецистокинин (ХЦК)

Желудочно-кишечный тракт, ЦНС

Гастрин

Желудочно-кишечный тракт, ЦНС

Желудочный ингибиторный пептид (ЖИП)

Желудочно-кишечный тракт

Гликопротеины

Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ)

Передняя доля гипофиза

Лютеинизирующий гормон (ЛГ)

Передняя доля гипофиза

Хорионический гонадотропин (ХГ)

Плацента

Тиреотропный гормон (ТТГ)

Передняя доля гипофиза

Стероиды

Эстрогены (Э2, Э3)

Яичники, плацента

Прогестерон (П)

Желтое тело, плацента

Тестостерон (Т)

Семенники

Дигидротестостерон (ДГТ)

Ткани, чувствительные к тестостерону

Глюкокортикоиды

Кора надпочечников

Альдостерон

Кора надпочечников

Метаболиты холекальциферола (вит. D)

Печень, почки

2. Опишите механизм действия стероидных гормонов.

Стероидные гормоны локализованы в цитоплазме клетки. Взаимодействие стероидного гормона со специфическим белком-рецептором приводит к возникновению гормон рецепторного комплекса. В создавшемся комплексе гормон меняет свою конформацию; именно такой видоизмененный гормон рецепторный комплекс транслоцируется в ядро, где связывается со специфическим акцепторным участком хроматина, переводя ДНК в этом участке хроматина в транскрипционноактивное состояние. Эти процессы стимулируют синтез РНК в ядре и последующий синтез определенного белка.

3. Опишите механизм действия пептидных гормонов.

Пептидные гормоны взаимодействуют с белками-рецепторами, расположенными на поверхности мембран клеток-мишеней. Такое взаимодействие возбуждает активность аденилатциклазы, локализованной в той же мембране. Фермент катализирует образование циклического аденозинмонофосфата (АМФ) из АТФ: Поэтому АМФ считается одним из основных регуляторов обмена веществ.

4. Как действуют тиреоидные гормоны?

Тиреоидные гормоны стимулируют рост и развитие организма, рост и дифференцировку тканей. Повышают потребность тканей в кислороде. Повышают системное артериальное давление, частоту и силу сердечных сокращений. Повышают уровень бодрствования, психическую энергию и активность, ускоряет течение мыслительных ассоциаций, повышает двигательную активность. Повышают температуру тела и уровень основного обмена.

Тиреоидные гормоны повышают уровень глюкозы в крови, усиливают глюконеогенез в печени, тормозят синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Также они повышают захват и утилизацию глюкозы клетками, повышая активность ключевых ферментов гликолиза. Тиреоидные гормоны усиливают липолиз (распад жира) и тормозят образование и отложение жира.

Действие тиреоидных гормонов на обмен белков зависит от концентрации гормонов. В малых концентрациях они оказывают анаболическое действие на обмен белков, повышают синтез белков и тормозят их распад, вызывая положительный азотистый баланс. В больших же концентрациях тиреоидные гормоны оказывают сильное катаболическое действие на белковый обмен, вызывая усиленный распад белков и торможение их синтеза, и как следствие — отрицательный азотистый баланс.

Тиреоидные гормоны повышают чувствительность тканей к катехоламинам. Действие тиреоидных гормонов на рост и развитие организма синергично с действием соматотропного гормона, причём наличие определённой концентрации тиреоидных гормонов является необходимым условием для проявления ряда эффектов соматотропного гормона.

Тиреоидные гормоны усиливают процессы эритропоэза в костном мозгу.

Тиреоидные гормоны также оказывают влияние на водный обмен, понижают гидрофильность тканей и канальцевую реабсорбцию воды.

5. Опишите значение гормональной системы и ее связи с нервной системой.

Гормональная система совместно с нервной системой обеспечивает деятельность организма как единого целого. Химическая природа гормонов различна — белки, пептиды, производные аминокислот, стероиды, жиры. Гормоны, синтезом которых занята эндокринная система, обеспечивают наше физическое, половое и умственное созревание, позволяют организму адаптироваться к условиям окружающей среды. Только действию гормонов мы обязаны, к примеру, постоянством содержания глюкозы в крови и других жизненно важных функций.

Гормоны имеют различную химическую структуру. Это приводит к тому, что они имеют разные физические свойства. Гормоны разделяют на водо- и жирорастворимые. Принадлежность к какому-то из этих классов обуславливает их механизм действия. Это объясняется тем, что жирорастворимые гормоны могут спокойно проникать через клеточную мембрану, которая состоит преимущественно из бислоя липидов.

Гормоны выполняют три известные важные функции:

1) Делают возможным и обеспечивают физическое, умственное и половое развитие. Например, при недостатке гормона щитовидной железы тироксина в эмбриональный период (при дефиците йода в организме матери) развивается заболевание кретинизм. У кретина страдает умственное, половое и физическое развитие; при избытке или недостатке гормона гипофиза соматотропина развивается гигантизм либо карликовость, т.е. страдает физическое развитие; при недостатке мужского полового гормона тестестерона в эмбриональный период, из развивающейся по генотипу мужской особи формируется особь со вторичными половыми признаками по женскому типу.

2) Гормоны обеспечивают адаптацию организма к изменяющимся условиям. Например, при стрессе, выделяется мозговым слоем надпочечников гормон адреналин, изменяющий функции организма к новым условиям: увеличивается сила и частота сердечных сокращений, дыхательных движений, происходит перераспределение крови от внутренних органов и кожи к мышцам и головному мозгу, увеличивается образование глюкозы и т. д.

3) Гормоны обеспечивают поддержание постоянства внутренней среды организма - гомеостаза. Например, целых три гормона поддерживают постоянным количество кальция в организме. При усиление выработки кальцитонина - гормона паращитовидной железы развивается заболевание, на ранних стадиях которого резко возрастает подвижность суставов (больные могут принимать неестественные позы, закладывать ногу за голову, скручиваться спиралью). В силу повышенной выработки кальцитонина происходит «вымывание» кальция из костей. Теряя кальций, кости становятся вначале гибкими, потом непрочными, ломкими, возникают множественные переломы.

Характеристика основных гормонов.

1. Дайте характеристику пептидных гормонов аденогипофиза и нейрогипофиза.

Гормоны аденогипофиза.

Наиболее изучен адренокортикотропный гормон (АКТГ) - молекула АКТГ представляет собой одиночную пептидную цепь, состоящую из 39 аминокислотных остатков.

Биологической активностью обладает N-концевой фрагмент гормона, состоящий из первых 24 аминокислотных остатков, что послужило основанием для синтеза аналога естественного гормона, включающего 19 (α-кортикотропин) или 24 (β-кортикотропин) аминокислотных остатка. Последовательность аминокислот в этом фрагменте АКТГ одинакова у различных видов животных. За иммунологические свойства ответствен карбоксильный конец молекулы. Между 25-м и 33-м остатками сосредоточены все видовые различия в первичной структуре АКТГ различного происхождения.

Фарманокинетика АКТГ связана с окислением единственного остатка метионина в 4-м положении АКТГ в метионинсульфоксид, что сопровождается обратимой, но полной инактивацией гормона. Инактивация АКТГ при окислении метионина препятствует взаимодействию его со специфическими рецепторами в организме, через которые гормон осуществляет свое биологическое действие. Быстро инактивируется АКТГ и при отщеплении или блокировании N-концевого серина. Синтетический АКТГ инактивируется в организме быстрее, чем натуральный.

Фармакодинамика АКТГ связана с преимущественной стимуляцией коры надпочечников и повышением биосинтеза в ней стероидных гормонов. Он также стимулирует распад нейтральных жиров в жировой ткани и способствует выходу свободных жирных кислот в кровь (липотропная активность). В связи с тем что первые 13 аминокислот в АКТГ представляют полную структуру α-меланоцитостимулирующего гормона (α-МСГ), АКТГ оказывает меланоцитостимулирующий эффект. Он усиливает кетогенез, понижает дыхательный коэффициент, способствует накоплению гликогена в мышцах, снижает содержание аминокислот в плазме крови и увеличивает их поступление в мышечные ткани; у адреналэктомированных животных уменьшает распад кортикостероидов, при стрессе стимулирует образование кортикостероидов и тормозит их распад в печени.

В нейрогипофизе синтезируются пептидные гормоны, из которых наиболее изучены вазопрессин и окситоцин.

2. Расскажите о функции пептидных гормонов паращитовидных желез и щитовидной железы.

Гормон паращитовидных желез состоит из одной пептидной цепи с молекулярным весом 8500, содержащей 77 аминокислот. Он инактивируется протеолитическими ферментами, и его нельзя вводить через рот.

Количество гормона, выделяемого паращитовидными железами, регулируется содержанием кальция в крови. Уменьшение концентрации кальция стимулирует секреторную активность этих желез, а увеличение — подавляет.

Щитовидная железа производит также пептидный гормон тиреокальцитонин, или просто кальцитонин, принимающий участие в регуляции фосфорно-кальциевого обмена, активности остеокластов и остеобластов.

3. Какие пептидные гормоны вырабатывает поджелудочная железа и желудочно-кишечный тракт?

Поджелудочная железа вырабатывает пептидные гормоны – соматостатин, инсулин;

Желудочно-кишечный тракт вырабатывает пептидные гормоны – соматостатин.

4. Опишите строение и функции инсулина и глюкагона.

Инсулин.

Строение: Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь расположена в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека — треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.

Функции:

1. Инсулин является важнейшим регулятором в промежуточном обмене веществ. Главное его действие заключается в понижении уровня сахара в крови.

2. Он не только облегчает работу мышечным и жировым клеткам по поглощению и использованию глюкозы, но еще и тормозит образование новых молекул глюкозы в печени.

3. Также инсулин способствует формированию запаса глюкозы в клетках в форме гликогена, оказывает действие накоплению других веществ, которые тоже могут быть источниками энергии,— жира, белка.

4. Инсулин частично накапливается в поджелудочной железе, и, чтобы освободиться и соединиться в дополнительном количестве, ему необходимо повышение уровня глюкозы в крови. Инсулин вырабатывается постоянно, но скорость его секреции в отличие от его действия меняется.

Само действие жестко координировано с эффектами других гормонов: глюкагона, катехол аминов, которые повышают уровень глюкозы в крови, что, в свою очередь, и обеспечивает поддержание этого уровня в узких пределах нормы (около 80-100 мг глюкозы на 100 мл крови).

5. Кроме того, инсулин участвует в образовании гликогена в печени.

6. Играет немаловажную роль в энергетическом балансе организма, препятствуя переходу аминокислот в сахара.

7. Способствует переходу углеводов в жиры.

8. Улучшает белковый синтез.

Глюкагон.

Строение: По химическому строению глюкагон является пептидным гормоном.

Молекула глюкагона состоит из 29 аминокислот и имеет молекулярный вес 3485 дальтон. Глюкагон был открыт в 1923 году Кимбеллом и Мерлином. Первичная структура молекулы глюкагона следующая: NH2-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe- Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser- Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu- Met-Asn-Thr-COOH.

Функции: Механизм действия глюкагона обусловлен его связыванием со специфическими глюкагоновыми рецепторами клеток печени. Это приводит к повышению опосредованной G-белком активности аденилатциклазы и увеличению образования цАМФ. Результатом является усиление катаболизма депонированного в печени гликогена (гликогенолиза). Глюкагон также активирует глюконеогенез, липолиз и кетогенез в печени. Глюкагон практически не оказывает действия на гликоген скелетных мышц, по-видимому, из-за практически полного отсутствия в них глюкагоновых рецепторов. Глюкагон вызывает увеличение секреции инсулина из здоровых β-клеток поджелудочной железы и торможение активности инсулиназы. Это является, по-видимому, одним из физиологических механизмов противодействия вызываемой глюкагоном гипергликемии. Глюкагон оказывает сильное инотропное и хронотропное действие на миокард вследствие увеличения образования цАМФ (то есть оказывает действие, подобное действию агонистов β-адренорецепторов, но без вовлечения β-адренергических систем в реализацию этого эффекта). Результатом является повышение артериального давления, увеличение частоты и силы сердечных сокращений. В высоких концентрациях глюкагон вызывает сильное спазмолитическое действие, расслабление гладкой мускулатуры внутренних органов, в особенности кишечника, не опосредованное аденилатциклазой. Глюкагон участвует в реализации реакций типа «бей или беги», повышая доступность энергетических субстратов (в частности, глюкозы, свободных жирных кислот, кетокислот) для скелетных мышц и усиливая кровоснабжение скелетных мышц за счёт усиления работы сердца. Кроме того, глюкагон повышает секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников и повышает чувствительность тканей к катехоламинам, что также благоприятствует реализации реакций типа «бей или беги».

5. Какие гормоны вырабатывает корковое вещество надпочечников? Их биологическая значимость.

Кортикостероидные гормоны (синоним: адренокортикостероиды, адреностероиды, кортикостероиды, кортикоиды) — гормоны, образующиеся в корковом веществе (коре) надпочечников. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле гормоны коры надпочечников делят на С18-стероиды — женские половые гормоны — эстрогены, вырабатываемые корковым веществом надпочечников в следовых количествах; С19-стероиды — мужские половые гормоны — андрогены (см. Половые гормоны), С21-стероиды — собственно кортикостероидные гормоны, обладающие специфическим биологическим действием. К. г., превращающиеся в 17-кетостероиды в результате окислительного отщепления боковой углеродной цепи (С20—С21) под воздействием химических реагентов (пейродата натрия, окиси хрома или висмута натрия), называют 17-кетогенными стероидами.

По характеру влияния К. г. на обмен веществ выделяют две группы этих гормонов: глюкокортикоидные гормоны, участвующие в регуляции обмена углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот, и минералокортикоидные, гормоны, влияющие на водно-солевой и минеральный обмен. При этом глюкокортикоидные гормоны обладают слабо выраженной минералокортикоидной активностью, что необходимо учитывать при использовании препаратов этих гормонов в качестве лекарственных средств, особенно при назначении их в больших дозах.

Из коркового вещества надпочечников выделено 46 соединений, 9 из которых обладают биологической активностью гормонов; это (а порядке убывания биологической активности) глюкокортикоидные гормоны кортизол, кортикостерон, кортизон, 11-дезоксикортизол, 11-дегидрокортикостерон и минералокортикоидные гормоны альдостерон, дезоксикортикостерон, 18-оксидезоксикортикостерон и 18-оксикортикостерон.

Большую часть К. г. составляют кортизол и кортикостерон. У человека секреция К. г. колеблется в следующих пределах: кортизола — 15—30 мг/сутки, кортикостерона — 2—5 мг/ сутки, альдостерона — 75—300 мгк/сутки. Секреция К. г. в кровоток в течение суток подвержена определенному ритму. У человека максимальное содержание кортизола (до 0,44 мкмоль/л, или 16 мкг/100 мл) и кортикостерона (до 0,033 мкмоль/л, или 1,5 мкг/100 мл) в крови определяется утром между 6 и 9 ч; к полуночи концентрация этих гормонов в крови снижается в 3—4 раза. Выявлен также эпизодический ритм секреции К. г.: пики выброса в кровь кортизола и кортикостерона разделены периодами покоя, когда концентрация К. г. в крови падает до нуля. Максимальная секреция альдостерона совпадает с максимумом секреции кортизола в утренние часы, в остальное время синхронность в пиках секреции этих гормонов отсутствует. Период биологической полужизни К. г. различен, в среднем для кортизола он равен (в минутах): 95 (80—110), для кортикостерона 75 (60—90), для альдостерона 30 (24—36).

6. Опишите строение и функции основных кортикостероидов.

Рис. Строение и основные этапы синтеза кортикостероидов. 1 - превращение холестерола в прегненолон (гидроксилаза, отщепляющая боковую цепь); 2 - образование прогестерона (3-β-гидроксистероиддегидрогеназа);3,4,5 - реакции синтеза кортизола (3 - 17-гидроксилаза, 4 - 21-гидроксилаза, 5 - 11-гидроксилаза); 6, 7, 8 - путь синтеза альдостерона (6 - 21-гидроксилаза, 7 - 11-гидроксилаза, 8 - 18-гидроксилаза, 18-гидроксидегидрогеназа); 9,10,11 - путь синтеза тестостерона (9 - 17-гидроксилаза, 10 - 17,20-лиаза, 11 - дегидрогеназа).

7. Опишите строение и функции половых гормонов.

Половые гормоны - биологически активные вещества, вырабатываемые в половых железах, коре надпочечников и плаценте, стимулирующие и регулирующие половую дифференцировку в раннем эмбриональном периоде, развитие первичных и вторичных половых признаков, функционирование половых органов и формирование специфических поведенческих реакций, а также влияющие на обмен веществ, состояние систем адаптации организма и др. По биологическому действию делятся на андрогены, эстрогены и гестагены - гормоны жёлтого тела.

Синтезируются половые гормоны в основном в стероидообразующих клетках половых желез из общего для стероидов предшественника - холестерина. В яичках образуется в основном мужской половой гормон тестостерон, в яичниках - также тестостерон, который в клетках зреющего фолликула превращается в эстрогены. Жёлтое тело яичника продуцирует преимущественно женский половой гормон прогестерон.

Биосинтез половых гормонов контролируется гонадотропными гормонами гипофиза.

Основным стимулятором стероидообразующих клеток яичка и яичника является лютеинизирующий гормон (ЛГ). Необходимым условием является участие в этом процессе фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), что особенно существенно для правильного функционирования яичников в отношении продукции половых гормонов, так как только при развитии полноценного фолликула, своевременной овуляции и формировании активного жёлтого тела яичник способен обеспечить нормальный гормональный баланс. При нарушении созревания фолликулов и отсутствии овуляции страдает эстрогенообразующая функция яичника, что приводит к нарушению количественного соотношения между синтезируемыми половыми гормонами в сторону предшественника эстрогенов - тестостерона. Отсутствие овуляции ведёт к невозможности развития жёлтого тела и к недостатку в организме прогестерона. Надпочечники также продуцируют небольшие количества половых гормонов, в основном андрогенов. В период беременности гормонами организм матери и плода насыщает плацента.

Биологическое действие половых гормонов опосредуется при участии специфических рецепторов, имеющихся на поверхности клеток тканей органов-мишеней и обеспечивающих захват молекулы гормона и перенос её внутрь клетки. Органами-мишенями для андрогенов являются мужские половые органы, волосяные фолликулы, расположенные на участках кожи, соответствующих мужскому типу оволосения, мышечная ткань, а для эстрогенов и гестагенов - женские половые органы и молочные железы.

Нарушение гормоносвязывающей активности клеточных рецепторов органов-мишеней ведёт к развитию характерных патологических состояний. Особенно важную роль в регуляции половой функции играют рецепторы половых гормонов, располагаюпщеся в клетках гипоталамуса.

От концентрации половых гормонов в крови, поступающей к клеткам гипоталамуса, зависит количество продуцируемого этими клетками гонадолиберина. При низкой концентрации половых гормонов в крови биосинтез гонадолиберина увеличивается и соответственно возрастает выделение гипофизом гонадотропных гормонов, стимулирующих стероидообразующие клетки половых желез. При высокой концентрации половых гормонов в крови синтез гонадолиберина подавляется, а продукция гонадотропных гормонов снижается. Таким образом осуществляется поддержание гормональной и гаметогенной функции половых желез на уровне, соответствующем норме (так называемый гонадостат). В медицине препараты половых гормонов и их синтетические аналоги используются в качестве лекарственных средств для заместительной терапии, для противоопухолевой терапии, контрацепции и лечения различных сексуальных расстройств у партнёров, в целях диагностики.

8. Значение и функции женских половых гормонов.

Существует два основных гормона, которые оказывают наибольшее влияние на состояние и функционирование женской половой системы — эстроген и прогестерон.

Эстроген

Эстроген считается женским гормоном. Часто его упоминают во множественном числе, потому что существует несколько их видов. Они постоянно вырабатываются яичниками с момента начала полового созревания и до климактерического периода, однако их количество зависит от того, в какой фазе менструального цикла находится женщина. Одним из признаков того, что в организме девочки уже начали вырабатываться эти гормоны, является увеличение молочных желез и набухание сосков. Кроме того, девочка, как правило, внезапно начинает быстро расти, а затем рост прекращается, на что тоже влияют эстрогены.

В организме взрослой женщины эстрогены выполняют ряд важнейших функций. Во-первых, именно они отвечают за протекание менструального цикла, так как их уровень в крови регулирует деятельность гипоталамуса и, следовательно, все другие процессы. Но, кроме этого, эстрогены влияют и на функционирование других частей организма. В частности, они защищают сосуды от скопления на их стенках холестериновых бляшек, вызывающих такое заболевание, как атеросклероз; регулируют водно-солевой обмен, увеличивают плотность кожи и способствуют ее увлажнению, регулируют деятельность сальных желез. Также эти гормоны поддерживают прочность костей и стимулируют образование новой костной ткани, задерживая в ней необходимые вещества — кальций и фосфор. В этой связи, во время климакса, когда яичники вырабатывают очень малое количество эстрогенов, у женщин нередки переломы или развитие остеопороза.

Гормон прогестерон

Гормон прогестерон считается мужским гормоном, так как доминирует он у мужчин (напомним, что у любого человека содержится определенное количество и тех, и других гормонов). В отличие от эстрогенов он вырабатывается исключительно после того, как яйцеклетка покинула свой фолликул и образовалось желтое тело. В том случае, если это не произошло, прогестерон не вырабатывается.

По словам гинекологов и эндокринологов нашего медицинского центра «Евромедпрестиж», ситуации отсутствия прогестерона в организме женщины могут считаться нормальными в первые два года после начала менструации и в период, предшествующий климаксу. Однако в другие моменты недостаток прогестерон является достаточно серьезным нарушением, так как может привести к невозможности забеременеть. Подробнее об этой форме бесплодия вы можете прочитать в соответствующем разделе сайта нашего медицинского центра.

В организме женщины прогестерон действует только вместе с эстрогенами и как бы в противовес им, согласно диалектическому закону философии о борьбе и единстве противоположностей. Так, прогестерон уменьшает набухание тканей молочных желез и матки, способствует загустению жидкости, которую выделяет шейка матки, и образованию так называемой слизистой пробки, закрывающей канал шейки матки. В целом же, прогестерон, подготавливая матку к беременности, действует таким образом, что она постоянно находится в состоянии покоя, уменьшает число сокращений.

Помимо этого, гормон прогестерон оказывает специфическое воздействие и на другие системы организма. В частности, он способен уменьшать чувство голода и жажды, влияет на эмоциональное состояние, «тормозит» активную деятельность женщины. Благодаря ему, температура тела может повышаться на несколько десятых градуса.

И в заключение разговора о влиянии гормональных веществ на организм и состояние женщины необходимо отметить, что, как правило, часто встречающиеся изменения настроения, раздражительность, проблемы со сном и т.д. в предменструальный и собственно менструальный период являются следствием нарушения баланса гормонов эстрогена и прогестерона. Таким образом, заметив у себя подобные симптомы, женщине лучше всего обратиться к специалисту, врачу-гинекологу, чтобы нормализовать свое состояние и предупредить возможные проблемы со здоровьем.

9. Дайте характеристику мужских половых гормонов.

Внутрисекреторная функция мужских половых желез была установлена в 1849 г., однако только в 1931 г. А. Бутенандтом из мочи мужчин был выделен гормон в кристаллическом виде, который оказывал стимулирующее действие на рост петушиного гребня каплунов. Этот гормон был назван андростероном (от греч. andros – мужчина, а предложенная его химическая структура подтверждена химическим синтезом, осуществленным в 1934 г. одновременно А. Бутенандтом и Л. Ружичкой. Позже из мочи мужчин был выделен еще один гормон – дегидроэпиандростерон, который обладал меньшей биологической активностью. В дальнейшем группа С19-стероидов (состоят из 19 атомов углерода), обладающих способностью ускорять рост петушиного гребня, была названа андрогенами. В то же время гормон, выделенный из ткани семенников, оказался активнее андростерона почти в 10 раз и был идентифицирован в виде тестостерона (от лат. testis – семенник). Строение всех трех андрогенов может быть представлено в следующем виде:

Андрогены в отличие от эстрогенов имеют две ангулярные метильные группы (у С10- и С13-атомов); в противоположность ароматическому характеру кольца А эстрогенов тестостерон, кроме того, содержит кетон-ную группу (как и кортикостероиды).

Биосинтез андрогенов осуществляется главным образом в семенниках и частично в яичниках и надпочечниках. Основными источниками и предшественниками андрогенов, в частности тестостерона, являются уксусная кислота и холестерин. Существуют экспериментальные доказательства, что путь биосинтеза тестостерона от стадии холестерина включает несколько последовательных ферментативных реакций через прегненолон и 17-α-окси-прегненолон (см. ранее). Регуляция биосинтеза андрогенов в семенниках осуществляется гонадотропными гормонами гипофиза (ЛГ и ФСГ), хотя механизм их первичного эффекта до сих пор не раскрыт; в свою очередь андрогены регулируют секрецию гонадотропинов по механизму отрицательной обратной связи, блокируя соответствующие центры в гипоталамусе.

Биологическая роль андрогенов в мужском организме в основном связана с дифференцировкой и функционированием репродуктивной системы, причем в отличие от эстрогенов андрогенные гормоны уже в эмбриональном периоде оказывают существенное влияние на дифференцировку мужских половых желез, а также других тканей, определяя характер секреции гонадотропных гормонов у взрослых. Во взрослом организме андрогены регулируют развитие мужских вторичных половых признаков, сперматогенез в семенниках и т.д. Следует отметить, что андрогены оказывают значительное анаболическое действие, выражающееся в стимуляции синтеза белка во всех тканях , но в большей степени в мышцах. Для реализации анаболического эффекта андрогенов необходимым условием является присутствие соматотропина. Имеются данные, свидетельствующие об участии андрогенов в регуляции биосинтеза макромолекул в женских репродуктивных органах, в частности синтеза мРНК в матке.

Распад мужских половых гормонов в организме осуществляется в основном в печени по пути образования 17-кетостероидов (см. ранее). Период полураспада тестостерона не превышает нескольких десятков минут. У взрослых мужчин с мочой экскретируется не более 1% неизмененного тестостерона, что свидетельствует о его расщеплении преимущественно в печени до конечных продуктов обмена. Дегидроэпиандростерон в основном экскретируется с мочой в неизмененном виде. При некоторых заболеваниях увеличивается экскреция с мочой гидроксилированных форм андро-генов при эквивалентном снижении выделения классических форм 17-кето-стероидов. Следует указать также на возможность образования 17-кетосте-роидов из тестостерона у женщин. Отмечен высокий уровень частоты рака молочных желез у женщин с пониженной экскрецией 17-кетостероидов. Тестостерон и его синтетические аналоги (тестостерон-пропионат) нашли применение в медицинской практике в качестве лекарственных препаратов при лечении раковой опухоли молочной железы.

10. Рассмотрите роль катехоламинов в организме.

Катехоламины оказывают влияние на обмен углеводов и жиров, усиливают тканевое дыхание и газообмен, активируют интенсивность обмена метаболитов цикла Кребса, что. Им принадлежит важная роль в адаптации организма к систематической мышечной деятельности.

11. Запишите формулы адреналина и норадреналина.

Формула адреналина.

Формула норадреналина.

12. Напишите формулу тироксина.

Структурная формула тироксина.

13. Расскажите о роли гормонов щитовидной железы в организме.

Щитовидная железа, несмотря на малые размеры и массу, за счет вырабатываемых гормонов влияет на организм по многим направлениям, обеспечивая нормальное функционирование большинства органов и систем. Причем это воздействие четко взаимосвязано с другими эндокринными железами - надпочечниками, половыми железами, гипофизом и др., нервной и иммунной системами. Это позволяет организму адекватно реагировать на постоянно изменяющиеся условия внешней и внутренней среды.

Гормоны щитовидной железы регулируют энергетический обмен, обмен белков, жиров и углеводов, кальция во всех клетках организма, в том числе и нервной системе. Но все же можно определить 3 главных направления действия этих гормонов:

1. Метаболическое - выражающееся в регуляции обменных процессов: увеличение синтеза белка, повышение распада жиров и углеводов, что происходит во всех клетках организма, особенно нервной системы.

2. Регуляторное - эти гормоны отвечают за нормальный процесс усвоения кальция костями и уровень содержания сахара в крови.

3. Адаптационное - наряду с гормонами коры надпочечников они обеспечивают физиологическую адаптацию, то есть способность организма приспосабливаться , изменять свою активность в зависимости от потребностей в ней конкретного органа или системы.

Гормоны щитовидной железы жизненно важны особенно в детском и подростковом возрасте. В первые годы жизни они отвечают за созревание высших структур головного мозга и интеллектуальный потенциал, физическое развитие и линейный рост, запуск и нормальное протекание полового созревания.

Гормоны щитовидной железы необходимы для контроля образования тепла, скорости поглощения кислорода клетками, участвуют в поддержании нормального функционирования дыхательного центра, иммунитета.

Они влияют на состояние и качество работы сердечной и скелетных мышц, состояние жировой ткани, улучшают кроветворение , стимулируют моторику желудочно-кишечного трактаъ

Приведенный выше не самый полный перечень влияния гормонов щитовидной железы в организме человека четко показывает значение нормального функционирования этого органа для всего организма его хозяина. С другой стороны становится ясно почему сбой в работе этой маленькой железы может привести к развитию многих заболеваний других органов, лечение которых без приведения в порядок уровня гормонов щитовидной железы будет недостаточно эффективным.

14. Сравните механизм действия пептидных и стероидных гормонов. Что общего в механизме их действия и чем они отличаются?

Молекулу гормона обычно называют первичным посредником регуляторного эффекта, или лигандом. Молекулы большинства гормонов связываются со специфическими для них рецепторами плазматических мембран клеток мишеней, образуя лиганд-рецепторный комплекс. Для пептидных, белковых гормонов и катехоламинов его образование является основным начальным звеном механизма действия и приводит к активации мембранных ферментов и образованию различных вторичных посредников гормонального регуляторного эффекта, реализующих свое действие в цитоплазме, органоидах и ядре клетки. Среди ферментов, активируемых лиганд-рецептор-ным комплексом, описаны: аденилатциклаза, гуанилатциклаза, фосфолипа-зы С, D и А2, тирозинкиназы, фосфаттирозинфосфатазы, фосфоинозитид-3-ОН-киназа, серинтреонин-киназа, синтаза N0 и др.

Вторичными посредниками, образующимися под влиянием этих мембранных ферментов, являются: 1) циклический аденозинмонофосфат (цАМФ); 2) циклический гуано зинмонофосфат (цГМФ); 3) инозитол-3-фосфат (ИФЗ); 4) диацилглицерол; 5) олиго (А) (2,5-олигоизоаденилат); 6) Са2+ {ионизированный кальций); 7) фосфатидная кислота; 8) циклическая аденозиндифосфатрибоза; 9) N0 (оксид азота). Многие гормоны, образуя лиганд-рецепторные комплексы, вызывают активацию одновременно нескольких мембранных ферментов и, соответственно, вторичных посредников.

Механизм действия стероидных (жирорастворимых) гормонов

· Проникновение стероида (С) в клетку

· Образование комплекса СР. Все Р стероидных гормонов представляют собой глобулярные белки примерно одинакового размера, с очень высоким сродством связывающие гормоны

· Трансформация СР в форму, способную связываться ядерными акцепторами [СР] Любая клетка содержит всю генетическую информацию. Однако при специализации клетки большая часть ДНК лишается возможности быть матрицей для синтеза иРНК. Это достигается путем сворачивания вокруг белков гистонов, что ведет к препятствию транскрипции. В связи с этим генетический материал клетки можно разделить на ДНК 3-х видов:

1.транскрипционно неактивная

2.постоянно экспрессируемая

3.индуцируемая гормонами или другими сигнальными молекулами.

· Связывание [СР] с хроматиновым акцептором.

· Следует отметить, что этот этап действия С полностью не изучен и имеет ряд спорных моментов. Считается что [СР] взаимодействует со специфическими участками ДНК так, что это дает возможность РНК-полимеразе вступить в контакт к определенным доменам ДНК.

Интересным является опыт, который показал, что период полужизни иРНК при стимуляции гормоном увеличивается. Это приводит к многим противоречиям: становится непонятно ¾ увеличение количества иРНК свидетельствует, о том что [СР] повышает скорость транскрипции или увеличивает период полужизни иРНК; в то же время увеличение полужизни иРНК объясняется наличием большого числа рибосом в гормон-стимулированной клетке, которые стабилизируют иРНК или другим действием [СР] неизвестным для нас на сегодняшний момент.

· Избирательная инициация транскрипции специфических иРНК; координированный синтез тРНК и рРНК

Можно полагать, что основной эффект [СР] состоит в разрыхлении конденсированного хроматина, что ведет к открыванию доступа к нему молекул РНК-полимеразы. Повышение количества иРНК приводит к увеличению синтеза тРНК и рРНК.

· Процессинг первичных РНК

· Транспорт мРНК в цитоплазму

· Синтез белка

· Посттрансляционная модификация белка

Тема 9. Биохимическая характеристика тренированного организма.

Питание спортсменов.

1. Перечислите основные составляющие продуктов питания.

При занятиях спортом исчерпание запасов гликогена может вызвать утомление и плохое выполнение упражнений.Большое содержание углеводов в питании является частью здорового дневного режима, а употребление углеводов вскоре после тренировок максимально способствует восстановлению сил.

Белки - основа живой материи, строительный материал для всех органов тела,мышечной системы, костной ткани,сухожилий и связок.Они состоят из более простых веществ,которые называются аминокислотами.Некоторые аминокислоты вырабатывает сам организм, остальные поступают вместе с пищей.Белки могут быть животного происхождения: в большом количестве они содержатся в мясе, рыбе, сырых яйцах и молочных продуктах.

Белки растительного происхождения содержатся в сое, миндале, орехах,в цельных зернах злаковых культур, в бобовых - в фасоли. чечевице и т.д.

Белковые продукты растительного происхождения не могут обеспечить наш организм всеми необходимыми ему аминокислотами. Поэтому нужно употреблять растительный белок наравне с животным.

Дефицит белка может вызвать самые серьезные последствия: дряблость мышц, снижение иммунитета, увядание кожи и т.д.

Если потребление белков(протеинов) слишком велико, а физические нагрузки недостаточны,то белки накапливаются в организме и трансформируются в мочевую кислоту, вызывающую подагру(это относится, прежде всего, к пуриновым основаниям, содержащимся в мясе и рыбе, точнее - не в мышцах, а в субпродуктах - почках, печени, которые переходят при варке в бульон)

Белок - не особенно полезный источник энергии. При ращеплении белков получается менее 10% энергии, используемой на тренировках. Спортсменам необходимо всего лишь 1 - 2 г белка на 1кг веса тела в день, людям, ведущим активный образ жизни достаточно 40 - 60г в день. Для образования тканей необходимо ограниченное количество протеина.Излишек белка способствует накоплению жира.

Если общее потребление углеводов недостаточно, то организм переключается на белки для производства энергии, вместо того чтобы использовать их для основной задачи - образования тканей. В этом случае тело начинает терять мышечную массу.

Жиры представляют собой наиболее концентрированный источник энергии из всех пищевых веществ. Кроме того, жиры(а точнее - липиды) входят в состав клеточных мембран и участвуют в разнообразных процессах, происходящих в клетке. Жиры можно разделить на насыщеннее и ненасыщенные( в свою очередь - полиненасыщенные и мононенасыщенные).

Насыщенные жирные кислоты (жир говядины, свинины, баранины, птицы, молочных продуктов, кокосового и пальмового масла. маргарина,шоколада)имеют тенденцию увеличивать уровень холестерина в крови. Насыщенные жирные кислоты должны обеспечивать не более10% от дневного потребления калорий.

Полиненасыщенные жиры содержатся в кукурузе, хлопчатнике, сое, подсолнечнике и в рыбе.

Мононенасыщенные жиры находятся в авокадо, оливковом масле, арахисовом, рапсовом масле и большинстве орехов.

Жиры должны обеспечивать от10 до 30% дневного потребления калорий.

Потребление слишком малого количества жиров создает для спортсмена другие проблемы, главным образом неадекватное потребление калорий. Избыток жиров приводит к нарушению обмена холестерина, усиливаются свертывающие свойства крови, возникают условия, способствующие развитию ожирения, желчекаменной болезни,атеросклероза.Избыток полиненасыщенных жирных кислот приводит к заболеваниям почек и печени. Некоторое количество жира уместно при каждом приеме пищи. Однако следует избегать избыточных количеств жаренной, жирной,маслянистой пищи,которая заполняет желудок, но оставляет организм без горючего.

Витамины - биологически активные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности, которые не обеспечивают организм энергией, но необходимы для успешного обмена веществ.При полном отсутствии хотя бы одного из витаминов наступает нарушение обмена веществ и развивается авитаминоз. Недостаток витаминов вызывает гиповитаминоз,сопровождающийся также нарушением обмена веществ, но в меньшей степени. Гиповитаминозы могут возникать при неправильном питании человека и повышенном расходе витаминов, например, у спортсменов при напряженных тренировках. Согласно утверждению Американской медицинской ассоциации, здоровый мужчина или женщина. которая не является беременной или кормящей грудью, не нуждаются в витаминных добавках, пока они находятся на разнообразной диете.

Минеральные вещества - это строительный материал. Например,железо - для крови, кальций и фосфор - для костей,фтор для зубов. Однако они участвуют и во многих процессах обмена веществ - как, например, магний в сокращении мышц, калий и натрий в регулировании водного обмена.Они являются основной частью гормонов - как йод в секреции щитовидной железы. Важнейшие поставщики минеральных веществ - молоко и молочные продукты, мясо, цельное зерно, овощи и фрукты, бобовые и рыба. В отношении минеральных веществ также справедливо правило:лучше получать их через здоровое питание, чем по отдельности в виде медикаментов.

Добавки витаминов или минеральных веществ, превышающие рекомендованные нормы потребления, не улучшают выполнение упражнений у хорошо питающихся спортсменов.

Вода отвечает за регулирование температуры тела и предупреждение перегрева, осуществляет доставку витаминов, минеральных веществ по системе кровообращения. Источник - вода, соки, спортивные напитки.

2. Опишите роль белков в питании спортсменов.

Белки— это высокомолекулярные азотистые соединения, основная и обязательная часть всех организмов. Белки состоят из углерода, кислорода, водорода, фосфора, серы и азота— 16%., входящих в состав аминокислот — основных структурных компонентов белка, которые подразделяются на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме, а незаменимые (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) — поступают только с пищей. Белки представляют собой полимерные молекулы в состав которых входит 20 различных аминокислот. Изменение числа аминокислотных остатков и последовательности их расположения в молекуле белка обеспечивает возможность образования громадного количества белков, отличающихся своими физико-химическими свойствами, структурной или функциональной ролью в организме.

Белки нужны животному организму в готовом виде, так как синтезировать их, подобно растениям, из неорганических веществ почвы и воздуха он не может.

3. Дайте характеристику углеводов как основного источника энергии.

Углеводы – основной источник энергии. Самый главный компонент пищи, который надо контролировать пациенту с сахарным диабетом. Существует несколько видов углеводов:

Моносахариды (простые сахара, растворимые в воде) – глюкоза, фруктоза, галактоза.

Дисахариды (более сложные сахара) – сахароза, лактоза, мальтоза, гликоген.

Полисахариды (сложные сахара, нерастворимые в воде) – крахмал, целлюлоза.

Олигосахариды – сахара, присутствующие в бобах и горохе.

Пищевые волокна:

– растворимые (пектин, гуар, клейковина и др.)

– нерастворимые (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза).

К углеводам относятся все растительные продукты питания: зерновые (мука и хлебобулочные изделия, крупяные изделия), фрукты, ягоды, овощи, а также молоко и жидкие молочные продукты. Так, группа зерновых продуктов, помимо углеводов, является источником белка, минеральных веществ (магния, фосфора, железа, цинка, селена), пищевых волокон, фитиновых соединений, витаминов группы В, РР. Молочные продукты – важнейший источник полноценного белка, кальция, фосфора, калия, витаминов А, D, B2. Кальций в молочных продуктах находится в благоприятных соотношениях с фосфором и магнием, что способствует усвоению и повышает содержание этих минеральных веществ в костях. Овощи и фрукты являются важным источником незаменимых пищевых веществ, которые не синтезируются в организме и должны поступать с пищей. Это многие витамины и минералы, пищевые волокна, органические кислоты и другие биологически активные вещества (индолы, полифенолы, эфирные масла, фитонциды, хлорофилл).

При сгорании 1 г углеводов выделяется 4 килокалории тепловой энергии. По своему составу углеводы можно разделить на:

• Медленноусвояемые (сложные) – полисахариды, олигосахариды и пищевые волокна

Источником сложных углеводов являются: крахмалсодержащие зерновые продукты (крупы, хлеб, картофель, макаронные изделия), не крахмальные овощи (бобовые, фасоль), фрукты и жидкие молочные продукты. Они всасываются более медленно и плавно (в среднем от 30 до 60 минут), так как подвергаются более длительному процессу расщепления на простые углеводы. Составляют основу питания – 50% от суточного количества калорий.

• Быстроусвояемые (простые) – моносахариды и дисахариды

Источник легких углеводов – сладкие газированные напитки и соки, мед, варенье, конфеты. Всасываются быстро и легко через 10–15 минут. Часто содержат скрытые жиры и не создают ощущения сытости. Рекомендуются в питании больного сахарным диабетом как средство быстрого повышения содержания сахара в крови.

4. Опишите роль жиров в питании спортсменов.

Жиры снабжают мышцы энергией во время лазания. Сначала организм берёт энергию из углеводов. Если тренировка становится более интенсивной или протекает дольше одного часа, основную роль в производстве энергии начинают играть жиры. Перед тренировками, однако, не стоит принимать продукты содержащие большое количество жира. Что бы переварить жиры необходимо от трех до пяти часов, в этот период физические возможности спортсмена значительно снижаются, и человек весь этот период испытывает навязчивое состояние сонливости.

5. Укажите особенности питания при занятиях спортом.

Питание при занятиях различными видами спорта не может и не должно строиться по одному и тому же образцу. Никакая, даже самая полезная маложирная диета с высоким содержанием углеводов, не может быть одинаково приемлемой для всех видов спорта, например для бега на большие дистанции, где требуется большая выносливость, и для тех видов, где необходимо максимальное напряжение в течение небольших промежутков времени, как, например, в тяжелой атлетике. Жировая прослойка, необходимая для пловца, будет мешать фигуристу.

ДИЕТЫ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ:

В традиционном питании диеты применяются в основном для лечения и профилактики различных заболеваний, а также для улучшения состояния здоровья человека. Принципиальное отличие спортивных диет заключается в том, что в определенные периоды своей деятельности спортсмены, даже обладающие хорошей физической формой, придерживаются тех или иных диет. В современном спорте используется множество диет, которые различны как по своей направленности, так и по своему назначению.

Диеты и их особенности:

В современном спортивном питании существует и используется достаточно много диет, их разработка год от года ведется все активнее. В настоящее время в диеты включаются не только обычные продукты в определенном количестве, но и специализированные добавки, препараты и стимуляторы, помогающие быстрее и действеннее добиться желаемого результата. Диеты, предназначенные для спортсменов, различаются в основном по характеру воздействия на организм и преследуемым спортивным целям. Количество диет огромно, однако каждая из них должна основываться на следующих принципах:

1) полноценное питание является залогом спортивного успеха;

2) жиры не всегда негативно влияют на организм и спортивную форму;

3) нельзя без разбора употреблять те или иные диетические продукты, так как важно не то, что находится на тарелке, а то, что переварит желудок, и именно эти вещества насыщают энергией организм и питают кровь.

6. Опишите роль витаминов в питании спортсменов.

Витамины играют важную роль в питании спортсменов. Дефицит поступления витаминов приводит к снижению эффективности тренировок и может способствовать возникновению перетренировки.

Основная причина дефицита наступления витаминов - недостаточно разнообразный набор продуктов суточного рациона, что встречается и в спортивной практике.

Повышенные физические нагрузки и нервно-эмоциональное напряжение в период соревнований является фактором, повышающим потребность организма в витаминах. Особенно заметна потребность в витаминах, используемых для синтеза ферментов энергетического обмена (никотиновая кислота, тиамин, рибофлавин). Велика потребность в витамине С, принимающем непосредственное участие в процессах биологического окисления, синтезе гормонов. Нормальное поступление витамина Е необходимо всем категориям спортсменов, но особенно важно для представителей скоростно-силовых видов спорта. Для гимнастов, акробатов, особенно важно достаточное поступление пиридоксина, его дефицит приводит к нарушению функции вестибулярного анализатора.

Витамин А оказывает влияние на функцию зрения, поэтому его содержанию в рационе уделяют особое внимание при подготовке стрелков, биатлонистов, авто- и мотогонщиков.

Ряд витаминов (цианкобаламин, пиридоксин, фолиевая кислота и др.) или витаминоподобных веществ (карнитин и др.) оказывают положительное действие на белковый обмен.

Витамины поступают с пищевым рационом в комплексе и в определенных соотношениях. Витамины содержатся в разных продуктах: витаминов С и Р - больше в овощах и фруктах, витамин Е поступает преимущественно с растительными маслами, витамин В содержится в хлебе грубого помола, его почти нет в высших сортах хлеба, пиридоксина много в рыбе, витамин А содержится только в животных продуктах (жирах).

Для повышения витаминной ценности рациона, удовлетворения повышенной потребности в них организма спортсменов используются витаминные препараты - аэровит, ундевит, декамевит. Последние два предпочтительны для использования лицами старшего возраста. Что целесообразно при занятиях оздоровительной физической культурой. Имеются витаминные комплексы, содержащие широкий набор витаминов и коферментов в сочетании с минеральными веществами (например, компливит). Применение комплекса витаминов в профилактических целях способствует большому эффекту тренировки, предупреждает проявление перетренировки.

Отдельные витамины в больших дозах применяются при наличии специальных показаний, получения направленного эффекта, как правило, лечебного. Они назначаются врачом. Бесконтрольное использование витаминов в больших дозах, без достаточных оснований недопустимо, так как может оказать нежелательное влияние на обмен веществ и даже вызвать болезненное проявление.