Контрольная работа по "Биохимии"

   Аэробный  путь образования АТФ характеризуется  следующими критериями:

   - максимальная мощность (составляет 350-450 кал/мин кг);

   - время развертывания (3-4 минуты, у  хорошо тренированных спортсменов  может быть около 1 мин.);

   - время работы с максимальной  мощностью (составляет десятки  минут).

   Как уже указывалось, источниками энергии  для аэробного ресинтеза АТФ  являются углеводы, жиры и аминокислоты, распад которых завершается циклом Кребса. Причем для этой цели используются не только внутримышечные запасы данных веществ, но и углеводы, жиры кетоновые  тела и аминокислоты, доставляемые кровью в мышцы во время физической работы. В связи с этим данный путь ресинтеза АТФ функционирует  с максимальной мощностью течение  такого продолжительного времени.

   По  сравнению с другими идущими  в мышечных клетках процессами ресинтеза  АТФ аэробный ресинтез имеет ряд  преимуществ. Он отличается высокой  экономичностью: в ходе этого процесса идет глубокий распад окисляемых веществ  до конечных продуктов – СО и  НО и поэтому выделяется большое  количество энергии. Другим достоинством этого пути ресинтеза является универсальность  в использовании субстратов. В  ходе аэробного ресинтеза АТФ  окисляются все основные органические вещества организма: аминокислоты (белки), углеводы, жирные кислоты, кетоновые  тела и др. Еще одним преимуществом  этого способа образования АТФ  является очень большая продолжительность  его работы: практически он функционирует  постоянно в течение всей жизни.

   Однако  аэробный способ образования АТФ  имеет и ряд недостатков, Функциональное состояние кардиореспираторной  системы является лимитирующим фактором, ограничивающим продолжительность  работы аэробного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью и величину самой максимальной мощности. Возможности аэробного пути ограничены еще и тем, что все ферменты тканевого дыхания встроены во внутреннюю мембрану митохондрий в форме дыхательных ансамблей и функционируют только при наличии неповрежденной мембраны. Любые факторы, влияющие на состояние и свойства мембран, нарушают образование АТФ аэробным способом. Например, нарушения окислительного фосфорилирования наблюдаются при ацидозе (повышение кислотности), набухании митохондрий, при развитии в мышечных клетках процессов свободно радикального окисления липидов, входящих в состав мембран митохондрий.

   Еще одним недостатком аэробного  образования АТФ можно считать  большое время развертывания (3-4 мин.) и небольшую по абсолютной величине максимальную мощность Анаэробные пути ресинтеза АТФ

   Анаэробные  пути ресинтеза АТФ (креатинфосфатный, гликолитинический) являются дополнительными  способами образования АТФ в  тех случаях, когда основной путь получения АТФ – аэробный –  не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количеством энергии. Это бывает на первых минутах любой  работы, когда тканевое дыхание еще  полностью не развернулось, а также  при выполнении физических нагрузок высокой мощности. 

Креатинфосфатный  путь ресинтеза АТФ

   (креатинкиназный,  алактатный)

   В мышечных клетках всегда имеется  креатинфосфат – соединение, содержащее фосфатную группу, связанную с  остатком креатина макроэргической  связью. Содержание креатинфосфата в  мышцах в покое – 15-20 ммоль/кг.

   Креатинфосфат обладает большим запасом энергии  и высоким сродством к АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися  в мышечных клетках при физической работе в результате гидролиза АТФ.

   Креатинфосфатная  реакция обратима, но ее равновесие смещено в сторону образования  АТФ, и поэтому она начинает осуществляться сразу же, как только в миоцитаз появляются первые порции АДФ. Эта реакция  катализируется ферментом креатинкиназой. При мышечной работе активность креатикиназы значительно возрастает за счет активирующего  воздействия на нее ионов кальция, креатина, образующегося в ходе данной реакции. За счет этих механизмов активность креатинкиназы в начале мышечной работы резко увеличивается и  кеатинфосфатная реакция очень  быстро достигает максимальной скорости.

   Креатинфосфат, обладая большим запасом химической энергии, является веществом непрочным. От него легко может отщепляться  фосфорная кислота, в результате чего происходит циклизация остаток  креатина, приводящая к образованию  креатина.

   Образование креатина происходит без участия  ферментов, спонтанно, Эта реакция  необратима. Образовавшийся креатинин  в организме не используется и  выводится с мочой.

   Синтез  креатинфосфата в мышечных клетках  происходит во время отдыха путем  взаимодействия креатина с избытком АТФ. Частично запасы креатинфосфата могут  восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности, при которой  АТФ синтезируется за счет тканевого  дыхания в таком количестве, которого хватает и на обеспечение сократительной функции миоцитов, и на восполнение засов креатифосфата. Поэтому во время выполнения физической работы креатинфосфатная реакция может включаться многократно. Образование креатина происходит в печени использованием тех аминокислот: глицина, метионина и аргинина.

   Креатинфосфатный  путь синтеза АТФ характеризуется  следующими величинами принятых количественных критериев:

   - максимальная мощность (составляет 900-1100 кал/мин кг);

   - время развертывания (всего 1-2 с);

   - время работы с максимальной  скоростью (всего лишь 8-10 с).

   Главными  преимуществами креатинфосфатного  пути образования АТФ являются очень  малое время развертывания и  высокая мощность, что имеет крайне важное значение для скоростно-силовых  видов спорта. Главным недостатком  этого способа синтеза АТФ, существенно  ограничивающим его возможности, является короткое время его функционирования. Время поддержания максимальной скорости всего 8-10 с, к концу его  скорость снижается вдвое, а к  концу 3-й минуты интенсивной работы креатинфосфатная реакция в мышцах практически прекращается.

   Биохимическая оценка состояния креатинфосфатного  пути ресинтеза АТФ обычно проводится по двум показателям: креатининовому коэффициенту и алактатному кислородному долгу.

   Креатининовый коэффициент характеризует запасы креатинфосфата в мышцах, так как  между содержанием креатинфосфата и образованием его из креатинина существует линейная зависимость, поскольку  это превращение протекает неферментативным путем и является необратимым.

   Алактатный  кислородный долг – это повышение (сверх уровня покоя) потребление  кислорода в ближайшие 4-5 мин после  выполнения кратковременного упражнения максимальной мощности. Этот избыток  кислорода требуется для обеспечения  высокой скорости тканевого дыхания  сразу после окончания нагрузки для создания в мышечных клетках  повышенной концентрации АТФ. Таким  образом, использование креатинфосфата во время работы приводит к накоплению креатина, превращение которого снова  в креатинфосфат требует определенного  количества кислорода. 

Гликолитический путь ресинтеза АТФ (гликолиз)

   Гликолиз  так же является анаэробным способом образования АТФ. Источником энергии, необходимой для ресисинтеза  АТФ является мышечный гликоген. При  анаэробном распаде гликоген под  воздействием фермента фосфорилазы  через ряд последовательных стадий превращается в молочную кислоту. В  процессе гликолиза образуются промежуточные  продукты, содержащие фосфатную группу с макроэргической связью, которая  легко переносится на АДФ с  образованием АТФ.

   Все ферменты гликолиза находятся в  саркоплазме мышечных клеток. Гликолизу  может также подвергаться глюкоза, поступающая в мышцы из кровяного  русла.

   Ферменты  фосфорилаза и фосфофруктокиназа  регулируют скорость гликолиза. Причем в покое гликолиз протекает очень  медленно, при интенсивной мышечной работе его скорость резко возрастает и может увеличиваться по сравнению  с уровнем покоя почти в 2000 раз, причем повышение скорости гликолиза  может наблюдаться уже в предстартовом  состоянии за счет выделения адреналина.

   Максимальная  мощность – 750-850 кал/мин кг.

   Время развертывания – 20-30 с.

   Время работы с максимальной мощностью  – 2-3 мин.

   Преимущества  гликолиза перед аэробным путем  образования АТФ: быстрее выходит  на максимальную мощность, протекает  с высокой скоростью, имеет более  высокую величину максимальной мощности и не требует участия в процессе митохондрий и кислорода.

   Недостатки  гликолиза: высокая скорость протекания процесса быстро приводит к уменьшению в мышцах концентрации гликогена, а  накопление в процессе гликолиза  молочной кислоты приводит к повышению  кислотности внутри мышечных клеток, что снижает каталитическую активность ферментов гликолиза; гликолиз малоэкономичен. Повышение концентрации лактата  в мышечных волокнах вызывает сдвиг pH в кислую сторону, при этом проходят конформационные изменения мышечных белков, приводящие к снижению их функциональной активности, т.е. ведет к развитию утомления.

   При снижении интенсивности физической работы, а также в промежутках  отдыха во время тренировки образовавшийся лактат может частично выходить из мышечных клеток в лимфу и кровь, что делает возможным повторное  включение гликолиза.

   Зоны  относительной мощности мышечной работы

   В настоящее время приняты различные  классификации мощности мышечной деятельности. Одна из них – классификация по В.С.Фарфелю, базирующаяся на положении  о том, что мощность выполняемой  физической нагрузки обусловлена соотношением между тремя основными путями ресинтеза АТФ, функционирующими в  мышцах во время работы. Согласно этой классификации выделяют четыре зоны относительной мощности мышечной работы: максимальной, субмаксимальной, большой  и умеренной.

   Работа  в зоне максимальной мощности может  продолжаться в течение 15-20 с. Основной источник АТФ в этих условиях –  креатин-фосфат. Только в конце работы креатинфосфатная реакция замещается гликолизом.

   Работа  в зоне субмаксимальной мощности имеет продолжительность до 5 мин. Ведущий механизм ресинтенза АТФ  – гликолитический. В начале работы, пока гликолиз не достиг максимальной скорости, образование АТФ идет за счет креатинфосфата, а в конце  работы гликолиз начинает заменяться тканевым дыханием. Работа в зоне субмаксимальной  мощности характеризуется самым  большим кислородным долгом. 

  При беге на длинные дистанции (5 и 10 км) аэробное окисление углеводов является основным механизмом энергообеспечения работы, так как на его долю приходится до 87 % общих затрат энергии на дистанции 5 км и около 97 % — на дистанции 10 км (рис. 136). На этих дистанциях вклад анаэробных источников энергии также еще достаточно большой. Он может достигать 15 % общих затрат энергии и играет важную роль при финишном ускорении, приносящем победу при беге на длинные дистанции. Наиболее значительным фактором, влияющим на работу на выносливость, является кислородное снабжение работающих мышц, поскольку потребление кисло- зда во время бега поддерживает максимальную скорость о^игле^ия углеводов. Порог анаэробного обмена у стайеров при работе ^ ся при 75—90 % МПК.

При марафонском  беге затраты энергии восполняются исключительно за счет аэробного процесса. Погашение этих затрат невозможно только за счет окисления углеводов из-за недостаточности запасов гликогена в работающих мышцах спортсмена, поэтому значительная часть энергии обра- .ется за счет окисления жиров, на долю которых может приходиться от 10 до 50 % общих затрат энергии (рис. 137). Вклад жиров в энергообеспечение при мышечной работе на длинных и сверхдлинных дистанциях у -юокотренированных бегунов с большими запасами гликогена в работащих мышцах составляет 12—20%, у нетренированных бегунов — более 60 %. Всего на дистанции марафонского бега окисляется около 300 г жи-гов, Использование жиров в качестве источника энергии менее эффективно сравнению с окислением углеводов, так как происходит оно с более экой скоростью и с большим потреблением кислорода. Увеличивающаяся концентрация жирных кислот в крови при мобилизации жиров и высокая скорость их окисления в работающих мышцах тормозят окисление в 
них углеводов, в основном глюкозы крови, что влечет за собой снижение 
скорости бега. Увеличение доли окисляемых жиров при работе способ- 
ствует также развитию центрального торможения. Мобилизация жиров при физической работе активизируется рядом гормонов.