18

Спортивная Биохимия

При физических нагрузках изменяются обмен веществ и энергии, а также механизмы их регуляции, что составляет основу метаболической адаптации организма к воздействующим нагрузкам (тренировкам). Изу­чение приспособительных изменений обмена веществ позволяет познать особенности адаптации организма к физическим нагрузкам, выбрать эф­фективные средства, методы восстановления и повышения физической работоспособности.

Химическое строение организма человека

В состав организма человека входят органические и неорганические ве­щества. Вода составляет около 60 % массы тела, а минеральные вещества — в среднем 4 %. Органические вещества представлены в ос­новном белками (18 %), жирами (15 %) и углеводами (2—3 %).

В состав организма человека из 110 известных химических элементов вхо­дит в основном 24. В зависимости от количества в организме химические элементы делятся на основные, макро- , микро- и ультра-микроэлементы. К основным относятся кислород, углерод, водород и азот, составляющие примерно 98 % общей массы тела. К макроэлементам относятся элементы, содер­жание которых в организме составляет не менее 0,1 % массы тела (Са, Р, S, К, Cl, Na, Mg). К мик­роэлементам относятся такие элементы, содержание которых составляет не менее 0,001 % общей массы тела (Си, Si, Mn, Со и др.). Если содержа­ние химического элемента в организме меньше 0,001 % массы тела, то он относится к ультрамикроэлементам. В биохимии используется классификация органических веществ, в ос­нову которой положены выполняемые ими биологические функции в орга­низме. Выделяют четыре основных класса органических веществ: углево­ды, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Превращение макромолекул

Процессы роста и развития, самообновление всех клеточных структур, энергообеспечение функций, постоянство внутренней среды, приспособление к воздействующим факторам среды, в том числе к физическим нагрузкам, а также другие процессы жизнедеятельности обеспечивает обмен веществ. Под обменом веществ, или метаболизмом понимают строго упорядоченную систему биохимических и фи­зиологических процессов, которые обеспечивают поступление питательных и других веществ в орга­низм, их усвоение, превращение внутри клеток, а так­же выведение образовавшихся продуктов обмена во внешнюю среду.

Особенностью обменных процессов живого организма является их большая скорость, которая обеспечивается биологическими катализатора­ми — ферментами. В клетках существуют целые комплексы ферментов, действие которых часто взаимосвязано таким образом, что продукт одной ферментативной реакции является исходным веществом (субстратом) другого фермента. Таким образом создаются сложные метаболические пути превращения различных веществ, приводящие к распаду сложных ве­ществ до простых или образованию сложных белковых и других молекул.

Метаболический путь — это последовательность химических реакций, в ходе которых происходит постепенное превращение веществ с участием многих ферментов до соответствующих конечных продуктов. Разли­чают линейные и циклические метаболические пути. Вещества, которые образуются в ходе метаболических реакций, называются метаболитами. Объединение химических реакций в ме­таболические циклы создает условия для саморегуляции метаболического пути конечным продуктом реакции, взаимосвязи и интеграции обмена ве­ществ различных классов. Центральным метаболическим путем в организме человека является аэробный путь окисления глюкозы, который включает постепенный распад молекулы глюкозы до пировиноградной кислоты, а затем до ацетил-КоА с последующим окислением в цикле лимонной кислоты до конечных продук­тов обмена СО₂ и Н₂О. На нем сходятся многие другие пути превращения питательных веществ, которые сопровождаются выделением свободной энергии.

В обмене веществ выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса — анаболизм и катаболизм.

Анаболизм (ассимиляция) — это процессы синтеза сложных химичес­ких веществ из простых молекул. В процессе анаболизма образуются нуклеиновые кислоты, белки и другие макромолекулы организма. Анаболи­ческие реакции протекают с использованием химической энергии в виде АТФ или НАДН₂.

Катаболизм (диссимиляция) — это процессы распада сложных ве­ществ в клетках организма до более простых или до образования низко­молекулярных конечных продуктов распада (СО₂, Н₂О, NH₃ и др.) и выве­дения их из организма. Катаболические реакции сопровождаются выделе­нием свободной энергии, которая заключена в сложных молекулах органи­ческих веществ. Часть этой энергии превращается в химическую форму энергии (АТФ, НАДН₂ и др.) и запасается в клетках организма. Большая часть энергии рассеивается в виде тепла.

Скорость и сбалансированность анаболических и катаболических про­цессов зависят от многих факторов и прежде всего от возраста и двига­тельной активности человека. Нарушение сбалансированности анаболических и катаболических процессов наблюдается при ряде заболеваний, неправильном питании, воздействии неблагоприятных факторов среды, чрезмерных физических нагрузках, неправильной организации тренировочного процесса.

Под воздействием физических нагрузок повышается общая интенсив­ность обмена веществ, особенно усиливаются катаболические процессы в скелетных мышцах и других тканях организма. Они обеспечивают энергией работающие мышцы. Скорость анаболизма при этом из-за дефицита энергии снижается. В период отдыха после выполненной работы напряженно функциони­руют оба процесса. Их сбалансированность наступает после восстановле­ния процессов биосинтеза белка, которые в зависимости от вида выпол­ненной физической работы могут длиться от 12 до 24 ч. В период восстановления после физических нагрузок наблюдается из­быточное накопление отдельных энергетических субстратов и белковых соединений, что называется процессом сверхвосстановления. Такая при­способляемость обмена веществ создает условия для повышения функци­ональных возможностей организма, совершенствования его физических способностей в процессе спортивней тренировки.

Для обмена веществ характерна многостадийность происходящих про­цессов. Распад питательных веществ в клетках организма и извлечение из них энергии происходят постепенно, включая три основных этапа: подготовительный, этап универсализации и этап окислительного распа­да. На подготовительном этапе сложные молекулы углеводов, жиров и белков распадаются до простых структурных мономеров: белки — до 20 разных аминокислот, сложные углеводы — до моносахаридов, в основном глюкозы, жиры — до глицерина и жирных кислот. На этом этапе выделяет­ся незначительное количество энергии. Такой рас­пад питательных веществ происходит в системе пищеварения под дей­ствием пищеварительных ферментов и в различных тканях под действием внутритканевых ферментов. Образовавшиеся различные вещества на этапе универсализации превращаются в единое вещество — ацетил-КоА, который является актив­ной формой уксусной кислоты. Ацетил-КоА играет главную роль в метаболизме углеводов, жиров и белков, так как объединяет пути превращения различных органических ве­ществ. На этом этапе распада высвобождается 1/3 потенциальной энергии, заключенной в окисляемых веществах. Этап окисления питательных веществ является конечным метаболи­ческим путем распада всех питательных веществ. Он включает цикл ли­монной кислоты, систему терминального окисления {дыхательная цепь) и процесс окислительного фосфорилирования, которые протекают на мем­бранах митохондрий. В процессе сложных окислительных превращений ацетил-КоА распадается до конечных продуктов СО₂ и Н₂О. При этом вы­деляется около 2/3 заключенной в питательных веществах энергии. Часть энергии выделяется в виде тепла, а другая ее часть накапливается в хи­мических связях молекул АТФ, образующихся в процессе окислительного фосфорилирования — присоединения фосфорной кислоты к АДФ.