Характеристика биохимических процессов, происходящих в организме при выполнении бега на коньках на дистанцию 500 метров в соревновательн

 
Министерство образования РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования  
Уральский государственный университет физической культуры 
Кафедра биохимии

 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Биохимия  спорта»

На тему:

"Характеристика биохимических  процессов, происходящих в организме  при выполнении бега на коньках  на дистанцию 500 метров в соревновательных  условиях".

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Выполнила студентка гр.215 
Камарова Анастасия Андреевна 
Руководитель: Тренева Марина Валерьевна 
Защитила: ________, _________, ______________________ 
оценка дата подпись членов комиссии 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                               Челябинск 2013

 

Содержание.

 

Введение…………………………………………………………………..………………3

 

1. Зона мощности, к которой относится указанная работа.

Соотношение аэробных и анаэробных процессов в организме 

при ее выполнении………………………………………………………………………..3

 

2. Характеристика  основного механизма образования  АТФ: 

 энергетические  источники, краткое описание процесса,

 реакции в которых образуется АТФ, конечные продукты……………………………4

 

3. Энергетические  показатели основного пути энергообеспечения 

(мощность, емкость,  эффективность) и биохимические  факторы,

 которые влияют на их величину…………………………………………………………6

 

4. Биохимические  изменения в мышцах, крови и  моче спортсмена

 при выполнении  данной работы и в период  отдыха после нее……………………….7.

 

5. Ведущее качество  двигательной деятельности, при  выполнении

 данной работы. Методы развития этого качества. Методы контроля 

за уровнем развития данного качества…………………………………………………..10

 

6. Прекисное окисление липидов (ПОЛ). Этапы развития реакций ПОЛ.

 Роль при физических  нагрузках…………………………………………………………12

 

7. Антиоксидантные системы организма. Ферментативные и

 неферментативные антиоксиданты…………………………………………………….14

 

Заключение………………………………………………………………………………..16

 

Список использованных источников……………………………………………………17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Протекания  биохимических  процессов в организме при  мышечной деятельности зависят от мощности и продолжительности нагрузки, а  также от тренированности спортсмена. Между мощностью работы и ее продолжительностью существует обратная зависимость –  чем больше мощность работы, тем  меньше время, за которое можно ее выполнять. В рассматриваемой дистанции работа выполняется тренированными спортсменами в условиях соревнований, т. е. при максимальном физическом напряжении. Следовательно, основным критерием, от которого зависит характер биохимических сдвигов, является продолжительность работы. Хотя в каждом циклическом виде спорта имеются определенные особенности работы, тем не менее, на основе продолжительности работы можно судить о зоне мощности, в которой она выполняется, и о соотношении различных энергетических процессов. Зная относительное участие энергетических процессов при данной нагрузке, можно составить определение об изменениях обмена веществ во время работы и в период отдыха после нее.

 

 1. Зона мощности, к которой относиться дистанция 500м в конькобежном спорт. Соотношение аэробных и анаэробных процессов в организме при ее выполнении.

 

Циклическая работа конькобежцев на дистанциях 500—3000 м  относится к зоне субмаксимальной мощности. Продолжительность работы в этой зоне составляет от 20 сек до 5 минут, интенсивность работы высокая и требует расхода 0,5-0,6 ккал/сек , кислородный долг максимальный и составляет 60-90%.. доходя до 20 литров. Состояние метаболических процессов неустойчивое. В энергообеспечении, в основном, задействованы анаэробные механизмы, баланс АТФ отрицательный. Начальная фаза работы обеспечивается за счет креатинфосфокиназной реакции, затем подключается гликолиз, который в нагрузке субмаксимальной интенсивности является ведущим, а к концу работы может подключиться дыхательное фосфорилирование. 
 
Работа в этой зоне мощности характеризуется глубокими биохимическими сдвигами в организме, т.к. во время анаэробного окисления гликогена мышц образуется максимальное количество молочной кислоты – до 15-25 мм/л.  
Молочная кислота активно образуется в белых мышечных волокнах, затем поступает в кровяное русло. При этом рН крови, который в покое для артериальной крови составляет 7,4, а для венозной - 7,5, снижается до 7,0-6,8. В организме спортсмена развивается ацидоз. Внутриклеточное содержимое мышцы при этом несколько кислее крови. Накопление молочной кислоты в организме вызывает целый ряд неблагоприятных изменений в обмене веществ:

• закисление внутренних сред организма, что снижает активность всех ферментов ( в том числе и миозиновой АТФ-азы), поэтому скорость расщепления АТФ уменьшается;
•  
  увеличение проницаемости оболочек клеток мышц и других тканей для веществ белковой породы, в результате чего содержание белков в мышцах уменьшается, а в моче появляется белок - низкомолекулярные пептиды и отдельные аминокислоты, формирующие рабочую протеинурию (концентрация белка достигает 1,5%);
•  
  изменение осмотического давления в мышечных клетках, что приводит к их набуханию, сдавливанию нервных окончаний на сарколемме и направлению в ЦНС потока болевых импульсов;
•  
  регидность мышц, участвующих в работе, обусловленную нарушением иннервации и набуханием мышечных клеток.

 
Кроме вышесказанного,следует отметить, что содержание сахара в крови значительно повышено и достигает 9-10 мм/л (до 2 г/л), а концентрация жирных карбоновых кислот практически не изменяется. Это позволяет говорить о том, что главным источником энергии при нагрузках субмаксимальной мощности являются углеводы. Белки и жиры как энергетический материал не используются. В их обмене из-за отрицательного баланса АТФ преобладают катаболические реакции. В выдыхаемом спортсменом воздухе после работы обнаруживается избыток углекислого газа, который называют «неметаболический» излишек углекислоты (Excess С0₂), он характеризует работу бикарбонатной буферной системы по устранению молочной кислоты. Основные причины утомления: ацидоз, исчерпание запасов внутримышечных углеводов и отрицательный баланс АТФ.

 

 

2. Характеристика  основного механизма образования  АТФ: энергетические источники.  Краткое описание процесса. Реакции в которых образуется АТФ (уравнения реакций), конечные продукты.

 

Основной механизм образования  АТФ  – анаэробно-гликолитический. В основе этого механизма энергообеспечения лежит процесс гликолиза. Гликолиз – это сложный ферментативный процесс последовательных превращений углеводов (гликогена мышц и глюкозы) протекающий в саркоплазме мышечного волокна без потребления кислорода и сопровождающийся накоплением молочной кислоты. Следовательно, энергетические субстраты гликолиза, необходимые для образования АТФ – гликоген мышц и частично глюкоза, поступающая в мышцы с кровью. Конечный продукт гликолиза – молочная кислота, которая накапливается в мышцах с большой скоростью, поступает в кровь и вызывает выраженное снижение рН. Активизируется процесс распада гликогена под действием фермента фосфорилаза и фосфофруктокиназа. По ходу процесса образуется два макроэргических соединения дифосфоглицерат и фосфоэнолпируват. АТФ образуется путем переноса макроэргических фосфатных группировок от этих промежуточных макроэргических соединений на АДФ. Образование АТФ идет путем субстратного фосфорилирования.

Процесс гликолиза, протекающий в гиалоплазме (цитозоле) клетки, можно условно разделить на три этапа.

Первый этап - подготовительный, на котором происходит активация глюкозы и образование из нее субстратов биологического окисления. Подготовительный этап гликолиза начинается с фосфорилирования глюкозы, т. е. переноса остатка фосфорной кислоты от молекулы АТФ на глюкозу с образованием глюкозо - 6 - фосфата. Реакция катализируется ферментом гексокиназой. Далее глюкозо -6 - фосфат изомеризуется во фруктозо - 6- фосфат, который повторно активируется АТФ под действием фермента фосфофркктокиназы с образованием фруктозо - 1,6 - бифосфата. Данная реакция является наиболее медленно текущей реакцией гликолиза, которая фактически и определяет скорость гликолиза в целом. Под влиянием альдолазы фруктозо - 1,6 - бифосфат расщепляется на две фосфотриозы - глицеральдегид - 3 - фосфат и диоксиацетонфосфат. Поскольку последний способен превращаться в глицеральдегид -3 - фосфат, можно считать, что подготовительный этап гликолиза завершается образованием двух молекул глицеральдегида - 3 - фосфата - субстратов биологического окисления.

Второй этап. На втором этапе гликолиза глицеральдегид - 3 - фосфат подвергается биологическому окислению с помощью специфической дегидрогеназы и кофермента НАД, в результате чего образуется высркрэнергетическое (макроэргическое) соединение 1,3 - бифосфоглицериновая кислота (1,3Б Ф ГК), которая передает свою высокоэнергетическую фосфатную группу на АДФ и образуется АТФ (субстратное фосфорилирование). Второй компонент реакции - 3 - фосфоглицериновая кислота за счет внутримолекулярного переноса фосфатной группы, превращается в 2 - фосфоглицериновую кислоту. Последняя в результате отщепления двух молекул воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту - соединение, содержащее высокоэнергетическую фосфатную связь. Далее происходит разрыв макроэргической связи и перенос высокоэнергетического фосфатного остатка от ФЕПВК на НАД с образованием АТФ (субстратное фосфорилироване).

2 1,3БФГК + 2 АДФ ^{фосфоглицераткиназа}> 2 АТФ + 2 3 ФГК

2 ФЕПВК + 2 АДф ^{пируваткиназа}> 2 АТФ + 2 ПВК

Заканчивается второй этап образованием двух молекул  пировиноградной кислоты.

На третьем этапе гликолиза происходит восстановление пировиноградной кислоты и образование молочной кислоты. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента

СН₃ - СО - СООН + НАД Н₂ ^ЛДГ>_НАДСН₂ - СН(ОН) - СООН +

Пировиноградная кислота молочная кислота

Реакция восстановления пирувата завершает внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза, в котором НАД⁺ играет роль лишь промежуточного переносчика водорода от глицеральдегид - 3 - фосфата на ПВК, при этом сам он регенерирует и вновь может участвовать в циклическом процессе, получившем название гликолитической оксидоредукции.

Биологическая роль гликолиза заключается в образовании высокоэнергетических фосфорных соединений (1,3ФГК и ФЕПВК), которые в процессе перефосфорилирования с АДФ образуют АТФ.

Основными реакциями, лимитирующими скорость и регулирующими  гликолиз, являются фосфофруктокиназная и гексокиназная реакции. Кроме того, контроль за гликолизом осуществляется также лактатдегидрогеназой и ее изоферментами.

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.

Скорость процесса зависит от:

а) активности ферментов гликолиза (фосфорилаза и фосфофруктокиназа), которая увеличивается под действием АМФ и адреналина, ионами кальция, тормозиться избытком АТФ;

б) от содержания гликогена в мышцах

в) от накопления молочной кислоты и сдвига PH в  кислую сторону, что вызывает торможение.

 

 

3. Энергетические  показатели основного пути энергообеспечения  (мощность, емкость, эффективность) и биохимические факторы, которые влияют на их величину.

 

Для количественной оценки процессов анаэробного гликолиза при мышечной деятельности используется 3 основных критерия:

1. Критерий мощности оценивает то максимальное количество энергии в единицу времени, которое может быть обеспечено каждой из метаболических систем.

2. Критерий емкости оценивает доступные для использования общие запасы энергетических веществ в организме, или общее количество выполненной работы за счет данного компонента.

3. Критерий эффективности показывает, какое количество внешней (механической) работы может быть выполнено на каждую единицу затрачиваемой энергии.

Мощность гликолитического анаэробного механизма достаточно велика и составляет 2,5 кДж/кг*мин. Такая мощность определяется его высокой скоростью, которая достигает максимума уже на 20-30 секундах после начла мышечной работы и до 45 секунды поддерживается на максимальном уровне. Однако, довольно быстрое исчерпание запасов гликогена мышц, снижение активности ключевых ферментов гликолиза и внутриклеточного рН под влиянием образующейся молочной кислоты, приводит к падению скорости гликолиза и подключению дыхания.

Емкость процесса от 30 с.до  2-3 минут. Емкость зависит от запасов гликогена в мышцах, от возможностей буферных систем и от устойчивости ферментов к накоплению лактата. 

Эффективность низкая – 30-40%, значение к.п.д. порядка 0.35 – 0.52. это  значит, что примерно  половина всей выделяемой энергии превращается в  тепло и не может быть использована при работе. В результате повышения при гликолизе скорости теплопродукции в работающих мышцах их температура увеличивается до 41-42̊̊ градусов.

Лимитирующим ферментом  гликолиза является фосфофруктокиназа. Увеличение активности этого фермента в 5 раз увеличивает валовый поток гликолиза в 1000 раз. Также значительно влияют на процесс гликолиза фермент фосфорилаза, накопление лактата, концентрация гликогена в работающих мышцах, возможностей буферных резервов организма, резистентности ферментов гликолиза к закислению внутриклеточного содержимого и волевых качеств спортсмена, позволяющих ему работать в условиях значительного сдвига РН.

 

 

4. Биохимические  изменения в мышцах. Крови и  моче спортсмена при выполнении  данной работы и в период  отдыха после нее. Составить  график, отражающих эти изменения.

 

Биохимические изменения  в организме при физической работе в основном обусловлены тем, какие  механизмы принимают участие  в ее энергообеспечении. Следует  учесть, что в данном случае в  начале нагрузки также происходит небольшой  вклад анаэробного алактатного механизма, далее включается в работу анаэробно – гликолитический механизм.