Ответы на вопросы по Биохимии

 

6. Роль витаминов.

Витамины  –  низкомолекулярные   органические   соединения,   которые, присутствуя  в  пище  в  небольших  количествах,  являются  незаменимыми  ее компонентами,   обеспечивают   нормальное   протекание    биохимических    и физиологических процессов путем участия в  регуляции  метаболизма.  Витамины не включаются в структуру тканей человека и животных  и  не  используются  в качестве источника энергии.

Многие витамины представляют собой исходный  материал  для  биосинтеза коферментов и  простетических  групп ферментов.  В этом  состоит одна  из основных причин необходимости витаминов для нормального протекания  обменных процессов.

Витамины необходимы для  нормального протекания практически  всех биохимических процессов в  нашем организме. Они обеспечивают функции желез внутренней секреции, то есть выработку гормонов, повышение  умственной и физической работоспособности, поддерживают устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды (жара, холод, инфекции, интоксикации).

 

 

ТЕМА 2. Биоэнергетика. Взаимосвязь и регуляция процессов  обмена.

 

1. Основные этапы  гликолиза.

 

Гликолиз - процесс распада глюкозы в анаэробных условиях, конечным продуктом которого является молочная кислота.

Отдельные реакции гликолиза  катализируют 11 ферментов, образующих цепь, в которой продукт реакции, ускоряемой предшествующим ферментом, является субстратом для последующего. Гликолиз условно можно разбить  на два этапа. В первом этапе происходит затрата энергии, второй этап, наоборот, характеризуется накоплением энергии в виде молекул АТФ (схема 1).

Первой реакцией гликолиза  является фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Глюкозо-6-фосфат далее изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который фосфорилируется до фруктозе-1,6-дифосфата. Следующей реакцией является лиазное расщепление фруктозо-1,6-дифосфата до двух триоз-3-фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона. Образованием этих триоз заканчивается первый этап гликолиза:

 

Во второй этап гликолиза  вступают 2 молекулы 2-фосфоглицеринового альдегида, одна из которых образуется непосредственно при расщеплении  фруктозо-1,6-дифосфата, а другая при  изомеризации фосфодиоксиацетона.

Второй этап гликолиза  открывается реакцией окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, катализируемой специфической  дегидрогеназой, содержащей в активном центре свободную сульфгидрильную (HS-) группу и кофермент НАД. В результате образуется 1,3-дифосфоглицериновая кислота. Далее происходит перенос фосфатной группы на молекулу АДФ; таким образом происходит запасание энергии в макроэргических связях молекулы АТФ. Поскольку в гликолизе образуются 2 молекулы 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, то и возникают 2 молекулы АТФ. Изомеризация предыдущего метаболита в 2-фосфоглицериновую кислоту необходима для протекания реакции дегидратации, ускоряемой соответствующей лиазой, с образованием макроэргического соединения - фосфоенолпировиноградной кислоты, которая далее отдает фосфатную группу на молекулу АДФ. В результате образуется по 2 молекулы АТФ и пировиноградной кислоты (ПВК). Заключительной реакцией этого метаболического пути является молочная кислота, которая образуется при восстановлении пировиноградной кислоты:

 
Схема 1. Гликолиз

Бо́льшая часть молочной кислоты, образующейся в мышце, вымывается в кровяное русло. Изменению рН крови препятствует бикарбонатная буферная система: у спортсменов буферная емкость крови повышена по сравнению с нетренированными людьми, поэтому они могут переносить более высокое содержание молочной кислоты. Далее молочная кислота транспортируется к печени и почкам, где она почти полностью перерабатывается в глюкозу и гликоген. Незначительная часть молочной кислоты вновь превращается в пировиноградную кислоту, которая в аэробных условиях окисляется до конечных продуктов обмена.

 

 

2. Макроэргические  вещества.

 

Это группа природных веществ, молекулы которых содержат богатые  энергией, или макроэргические, связи; присутствуют во всех живых клетках  и участвуют в накоплении и превращении энергии.

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.

АТФ представляет собой аденозинфосфорную кислоту, содержащую 3 остатка фосфорной кислоты (или фосфатных остатка), служит универсальным переносчиком и основным аккумулятором химической энергии в живых клетках, кофермент многих ферментов. АТФ не единственное биологически активное соединение, содержащее пирофосфатные связи. Некоторые фосфорилированные соединения по количеству энергии, заключенной в таких связях, не отличаются от АТФ. Однако дифосфаты таких соединений не могут заменить аденозиндифосфорную кислоту в тех процессах, которые ведут к синтезу АТФ, а их трифосфаты не могут заменить АТФ в последующих процессах энергетического обмена, в которых АТФ используется как донор энергии, необходимой для протекания биосинтетических реакций. Возможно, что такая высокая степень специфичности отражает не столько уникальность АТФ, сколько уникальные особенности биохимических процессов, приспособленных исключительно к АТФ.

В отдельных биосинтетических реакциях непосредственным источником энергии служат не АТФ, а некоторые  другие трифосфонуклеотиды. Однако их нельзя считать первичным источником энергии, поскольку сами они образуются в результате переноса фосфатной или пирофосфатной группы от АТФ. Это справедливо и для вещества другого типа, приспособленного для запасания энергии, — креатинфосфата. Макроэргическими в молекуле АТФ являются две пирофосфатные связи: между a- и b- и между b- и g-фосфатными остатками. При гидролизе концевой пирофосфатной связи освобождается 8,4 ккал/моль (при рН 7,0, температуре 37°, избытке ионов Mg²⁺ и концентрации АТФ, равной 1 М). Все процессы в организме, сопровождающиеся накоплением энергии, в конечном счете ведут к образованию АТФ, который выполняет роль связующего звена между процессами, протекающими с потреблением энергии, и процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии.

 

 

 

3. Пути устранения  молочной кислоты из тканей.

 

Рассмотрим судьбу молочной кислоты, накопившейся в мышцах во время работы. Молочная кислота, как мы уже знаем, является конечным продуктом распада  глюкозы в анаэробных условиях. В  начальный момент отдыха, когда сохраняется повышенное потребление кислорода, снабжение кислородом окислительных систем мышц возрастает. В таких условиях молочная кислота окисляется лактатдегидрогеназой, коферментом которой является НАД, до пировиноградной.

Молочная кислота + НАД⁺ Пировиноградная кислота + НАДН + Н⁺

Восстановленная форма НАД является источником атомов водорода для электронотранспортной цепи, а образовавшаяся пировиноградная кислота в аэробных условиях окисляется до СО₂ и Н₂О.

Кроме молочной кислоты окислению  подвергаются и другие накопившиеся во время работы метаболиты: янтарная кислота, α-глицерофосфат, глюкоза; а на более поздних этапах восстановления и жирные кислоты.

 

4. Основные жировые  депо в организме.

 

Жир в организме человека представлен  фракциями. Первая фракция жира - структурные эссенциальные липиды, входящие в состав костного мозга, ЦНС, молочных желез, а также всех клеточных мембран.

Другой вид жира - это депонированные жиры, преимущественно триглицериды в подкожной клетчатке, и жиры, окружающие внутренние органы и желудочно-кишечный тракт. Так называемые структурные обязательные жиры представлены липидами нервной ткани, костного мозга, сердца, печени, легких, селезенки, почек, кишечника.

Запасные жиры, или депо жира, образуются в жировой ткани под кожей  или вокруг внутренних органов. Соматические клетки внутренних органов способны накапливать не более 20% жира от своей  массы. Специализированные жировые  клетки - адипоциты, накапливают до 62% жира от своей массы. Адипоциты могут образоваться в любой части тела. Однако наибольшая часть жировых клеток находится в подкожной клетчатке и вокруг жизненно важных внутренних органов, в средостении и забрюшинном пространстве.

Физиологическая роль так называемой белой жировой ткани заключается  в депонировании и сохранении жирных кислот, в том числе и  эссенциальных, в составе триглицеридов, которые могут использоваться как источник энергии, а также как защитная оболочка внутренних органов и изолятор, предупреждающий потери тепла.

Более 90% энергии, депонированной в  теле, составляет энергия, заключенная  в триглицеридах жировой ткани. Жировые депо позволяют иметь резерв энергии, необходимый для обеспечения роста, репродуктивной функции, а также других потребностей, возникающих вследствие воздействия факторов окружающей среды или физиологических состояний. Белок составляет значительно меньшую часть депонированной энергии. Гликоген - еще меньшее депо энергии, но гликоген используется для быстрого получения энергии при физической работе и кратковременном голодании.

 

5. Пути использования  аминокислот в организме.

 

 

 

 

6. Конечные продукты  азотистого обмена.

 

Азотистый обмен – это  совокупность химических превращений, реакций синтеза и распада азотистых соединений в организме; составная часть обмена веществ и энергии. Понятие «азотистый обмен» включает в себя белковый обмен (совокупность хим. превращений в организме белков и продуктов их метаболизма), а также обмен пептидов, аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, азотистых оснований, аминосахаров, азотсодержащих липидов, витаминов, гормонов и других соединений, содержащих азот.

Конечными продуктами распада  азотсодержащих веществ являются углекислый газ, вода и аммиак, в отличие от углеводов и липидов. Источником аммиака в организме являются аминокислоты, азотистые основания, амины. Аммиак образуется в результате прямого и непрямого дезаминирования аминокислот (основной источник), гидралитического дезаминирования азотистых оснований, инактивации биогенных аминов.

Продуктом разных путей деградации аминокислот является аммиак, к-рый может образовываться и в результате метаболизма других азотсодержащих соединений (напр., при дезаминировании аденина, входящего в состав нико-тинамидадениндинуклеотида — НАД).

 

7. Ограничение  потребления солей. 

 

Избыток потребления соли является одной из причин возникновения  гипертонии (высокого артериального давления). В среднем суточная норма поваренной соли составляет 3 - 5 грамм. Многие люди потребляют, однако, 15 - 25 грамм и даже более в день. Необходимо также учитывать, что некоторые продукты питания - среди них готовые блюда, консервы и чипсы - имеют повышенное содержание поваренной соли.

Потеря соли при занятии  спортом не нуждается в особом восстановлении при помощи дополнительного потребления поваренной соли.

 

 

Тема 3. Биохимические  процессы мышечной деятельности

 

1. Сейчас известно, что миозиновые головки, взаимодействующие с актином, сами содержат каталитически активные центры для расщепления АТФ. АТФаза миозина активируется актином в присутствии Mg²⁺. Следовательно, при физиологическом ионном составе среды, т.е. в присутствии Mg²⁺, АТФ расщепляется, высвобождая АДФ и фосфат, только в случае прикрепления головки миозина к активирующему белку–актину. (В отсутствие актина образующийся АДФ не высвобождается, а блокирует на несколько секунд каталитический центр миозина и, таким образом, дальнейшее расщепление АТФ.) В каждом цикле прикрепления–отделения поперечного мостика АТФ расщепляется только один раз (вероятно, одна молекула на каждый мостик). Следовательно, чем больше мостиков находится в активном состоянии, тем выше скорость расщепления АТФ и сила, развиваемая мышцей; значит, эта скорость (интенсивность метаболизма), как правило, пропорциональна силе, развиваемой мышцей.

Скорость мышечного сокращения тем выше, чем быстрее движутся поперечные мостики, т. е. чем больше «гребков» они совершают в  единицу времени. В результате быстрые  мышцы потребляют в единицу времени  больше и сохраняют при тоническом напряжении меньше АТФ (энергии), чем  медленные. Поэтому для поддержания  позы используются преимущественно  медленные мышечные волокна (типа I), богатые миоглобином, а для быстрых  движений – бедные им «белые» (типа IIВ) или светлые (типа IIА) волокна.

 

2. «Мертвая точка»

 

Напряженная работа не может продолжаться длительное время. Через несколько  минут, а при работе максимальной мощности даже через несколько секунд, в организме наступают изменения, которые заставляют его прекратить мышечную деятельность. Эти изменения  обусловлены несоответствием между  интенсивной деятельностью двигательного  аппарата и функциональными возможностями  вегетативных систем организма, обеспечивающих доставку кислорода к работающим мышцам. Вследствие этого нарушается внутриклеточный обмен в ЦНС, в сердце и мышцах и происходят значительные сдвиги во внутренней среде  организма.

При работе меньшей мощности, которая  характеризуется устойчивым состоянием, также может возникнуть несоответствие между деятельностью двигательного  аппарата и внутренних органов. Но здесь  это несоответствие выражено не так  резко, в связи с чем его можно преодолеть и в определенной степени восстановить работоспособность. Такое временное снижение работоспособности называют «мертвой точкой», а состояние, возникающее после его преодоления — «вторым дыханием».

«Мертвая точка» и «второе дыхание» свойственны для работы циклического характера большой и умеренной мощности. При «мертвой точке» у бегунов на длинные дистанции резко возрастает частота дыхательных движений, увеличивается легочная вентиляция, поглощение кислорода и выведение углекислоты. Несмотря на увеличение легочной вентиляции, концентрация углекислоты в крови и в альвеолярном воздухе растет. Частота сокращения сердца при этом резко увеличивается, кровяное давление повышается, рН крови снижается. Артерио — венозная разница по кислороду резко увеличена. При выходе из «мертвой точки» поглощение кислорода и артерио-венозная разница снижаются, легочная же вентиляция некоторое время еще повышена, что объясняется необходимостью высвободить организм от накопленной углекислоты. При «втором дыхании» постепенно происходит относительное восстановление кислотно-щелочного равновесия.

При «мертвой точке» начинается потоотделение, которое усиливается при «втором  дыхании». Это свидетельствует о  «настройке» терморегуляторных  механизмов на необходимый уровень, который играет большую роль в  поддержании работоспособности.