Биохимические изменения в организме при выполнении соревновательных нагрузок в циклических видах спорта (бег 1500 метров - 4 минуты)
2 Федеральное агентство по образованию Южно - Уральский государственный университет Факультет «Физическая Культура и Спорт» Кафедра «Психическая и физическая реабилитация» Курсовая работа По биохимии Тема: «Биохимические изменения в организме при выполнении соревновательных нагрузок в циклических видах спорта бег 1500 метров - 4 минуты» Челябинск 2008 Содержание Введение Глава 1 Зона мощности 1.1 Субмаксимальная зона мощности 1.2 Соотношение аэробных и анаэробных процессов энергообеспечения, и ведущие энергетические системы Глава 2. Анаэробные механизмы энергообеспечения мышечной деятельности 2.1 Гликолитический анаэробный механизм энергообеспечения мышечной деятельности 2.2 Ресинтез АТФ в процессе гликолиза. Анаэробный распад гликогена 2.3 Биоэнергетические характеристики гликолиза Глава 3 Биохимические изменения в мышцах, органах, крови, моче 3.1 Биохимические изменения в мышцах 3.2 Биохимические изменения в органах 3.3 Биохимические изменения в крови 3.4 Биохимические изменения в моче Глава 4 Адаптация организма к нагрузкам 4.1 Биохимическая адаптация 4.2 Основные направления изменения обмена веществ при адаптации к физическим нагрузкам 4.3 Последовательность адаптационных процессов Словарь используемых терминов Заключение Список литературы Введение Изменения биохимических процессов в организме при мышечной деятельности зависят от мощности и продолжительности упражнения, 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 предложенной задаче 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 энергитических процессов. Зная относительное участие энергитических процессов при данной нагрузке, можно составить определение об изменениях обмена веществ во время работы и в период отдыха после нее. Глава 1 Зона мощности 1.1 Субмаксимальная зона мощности Энергетическое обеспечение работы в зоне гликолитического воздействия (нагрузки субмаксимальной мощности) идет в основном за счет анаэробных гликолитических механизмов ресинтеза АТФ. В крови в больших количествах появляется молочная кислота (>10- 12 ммоль/л-1) и, как следствие, наиболее значительные сдвиги ph. Кислородный запрос при работе в этой зоне мощности составляет 20-40 л., а кислородный долг достигает 20 л./ мин.-1. Усиливается мобилизация гликогена печени, что подтверждает повышенный уровень глюкозы в крови (2г/л-1). Под влиянием продуктов анаэробного распада увеличивается проницаемость клеточных мембран для белков, что приводит к увеличению их содержания в крови и моче. При работе в этой зоне мощности возможно также накопление NH3 и нарушение электролитического сопряжения. Развитие скоростной выносливости, характеристика для этой зоны мощности, обеспечивается использованием в тренировке упражнений с интенсивностью работы на уровне мощности истощения, т. е мощность при которой достигается наибольшее развитие гликолитических процессов. Биохимические изменения в организме при выполнении физической нагрузки зависят от участия в энергообеспечении работы различных энергитических систем (механизмов ресинтеза АТФ). 1.2 Соотношение аэробных и анаэробных процессов энергообеспечения, и ведущие энергетические системы Механизмы энергообразования при выполнении работы существенно различаются в зависимости от ее интенсивности и продолжительности. В зависимости от поступления кислорода в мышцы преимущественное значение имеют анаэробные или аэробные процессы. При продолжительности работы 4 минуты, преимущественным механизмом образования АТФ является анаэробный гликолиз. Таким образом, с увеличением продолжительности нагрузки уменьшается доля анаэробных механизмов и увеличивается доля аэробного энергообразования. Однако в условиях соревнований наблюдается максимальное усиление всех систем, обеспечивающих специальную работоспособность, а преобладание одной из систем зависит от продолжительности упражнения. Глава 2. Анаэробные механизмы энергообеспечения мышечной деятельности 2.1 Гликолитический анаэробный механизм энергообеспечения мышечной деятельности В процессе интенсивной мышечной деятельности наряду с креатинфосфокиназной реакцией значительную роль в обеспечении скорости анаэробного рестнтеза АТФ в мышцах играет также и анаэробный гликолиз (гликогенолиз). Гликолиз - это сложный ферментативный процесс последовательных превращений глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза (гликогенолиза) является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ. Энергетическими «фондами» гликолиза являются внутримышечные запасы гликогена, а также глюкоза, поступающая в кровь при распаде гликогена печени. Расщепление глюкозы и гликогена осуществляется под влиянием пусковых ферментов - гексокиназы, расщепляющей глюкозу, и фосфорилазы, которая осуществляет «запуск» начальных стадий гликогенолиза. 2.2 Ресинтез АТФ в процессе гликолиза. Анаэробный распад гликогена 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 заключительном, 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. Энергетическим субстратом является в основном - гликоген мышечного волокна. Активизируется процесс распада гликогена под действием фермента фосфорилаза и фосфофруктокиназа. По ходу процесса образуется два макроэргических соединения дифосфоглицерат и фосфоэнолпируват. Конечными продуктами являются пировиноградная кислота, затем молочная кислота. АТФ образуется путем переноса макроэргических фосфатных группировок. От этих промежуточных макроэргических соединений на АДФ. Образование АТФ идет путем субстратного фосфорилирования. 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. Емкость гликолиза или время работы с мощностью 2-3 минуты. Гликолиз может продолжаться с большим временим, но меньшей мощностью. Максимальное накопление молочной кислоты в крови > 12, максимальный кислородный долг до20 л, максимальный сдвиг рН 7,0 - 6,9. Гликолиз является основным путем энергообеспечения при работе в зоне субмаксимальной мощности. 2.3 Биоэнергетические характеристики гликолиза Мощность гликолитического анаэробного механизма достаточно велика и составляет 2500 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. За счет такой мощности можно развить скорость бега, достигающую 7-8 м/с. 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. Показателями мощности анаэробного гликолитического процесса являются скорость накопления молочной кислоты (Нla/t) и скорость «избыточного выделения» СО2. Молочная кислота является сильной кислотой, образующей при диссоциации значительные количества водородных ионов: СН3СН(ОН)СООН><СН3СН(ОН)СОО + Н+ молочная кислота лактат - ион Ионы водорода частично связываются буферными системами мышечных клеток и крови. При этом в крови наибольшую роль играют бикарбонатный буфер, способный связывать ионы водорода в малодиссоциированные соединения, не влияющие на сдвиг РН. Реакция сопровождается выделением «неметаболического избытка» углекислоты (СО2), образование которой не связано с процессами биологического окисления: NaHCO3 + HC3HC(OH)COOH>CH3CH(OH)COONa + H2O + CO2 Na+ + HCO3 + CH3CH(OH)COO + H+>CH3CH(OH)COO + Na+ + H2O + CO2 ^ HCO3- + H+>H2O + CO2 Поскольку увеличение концентрации водородных ионов и повышение напряжения СО2 являются основными метаболическими сигналами для дыхательного центра, то при выходе молочной кислоты в кровь резко усиливается легочная вентиляция и поставка кислорода к работающим мышцам. Таким образом, усиление гликолиза характеризуется накоплением молочной кислоты, появлением избытка СО2 изменением РН и гипервентиляцией легких.
Страницы: 1, 2
| 
