Дыхательная цепь

При непосредственном взаимодействии водорода с кислородом одновре­менно выделяется большое количество энергии, что может привести к ги­бели клетки. Во избежание прямого взаимодействия водорода с кислоро­дом в клетке во внутренних мембранах митохондрий имеется специальная система переносчиков водорода к кислороду, обеспечивающая постепен­ное освобождение энергии. Такая система называется электронтранспортной, или дыхательной цепью. В состав дыхательной цепи входят три основных ферментных комплек­са, осуществляющих постепенную передачу электронов от НАДН к атомар­ному кислороду. Переносчики располагаются в дыхательной це­пи в определенной последовательности, взаимосвязанной с их окисли­тельно-восстановительным потенциалом.

Первый комплекс дыхательной цепи, называемый НАД-дегидрогеназным, осуществляет прием электронов от НАДН и передачу их на передатчик убихинон (кофермент Q). В переда­че электронов участвуют атомы железа, которые входят в состав серосодержащих ферментов этого комплекса.

Следующий комплекс дыхательной цепи представляет собой ан­самбль из двух цитохромов — b и с₁ и называется комплексом b—c_r Цитохромы — это группа сложных белков, которые содержат небелковую геминовую группу, близкую по строению к гемоглобину, в состав которой входит железо, способное отдавать и присоединять электроны. Этот комплекс принимает электроны от кофермента Q и передает их на цитохром с — небольшую белковую молекулу, встроенную в мембра­ну митохондрий, которая переносит эти электроны на цитохромоксидазный ком­плекс (IV).

Комплекс IV включает цитохромы а и а₃, которые представляют собой сложный фермент, обозначаемый как цитохромоксидаза. Цитохромоксидаза передает электроны с цитохрома с на атомарный кислород. В состав этого комплекса входит медь (Си), кото­рая участвует в передаче электронов, Одновременно из окружающей сре­ды к кислороду присоединяются два протона водорода, в результате чего образуется молекула воды. При передаче электронов по дыхательной цепи на кислород про­исходит постепенное высвобождение энергии.

Вода и ее роль в организме

Вода (Н₂0) — одно из самых важных соединений в ор­ганизме человека. Без воды не могут осуществляться процессы жизнедеятельности, без воды невозможна и сама жизнь. Потеря всего 10—20% воды организ­мом приводит к его гибели.От содержания воды в организме зависит физи­ческая работоспособность спортсмена, скорость про­текания процессов восстановления, способность про­тивостоять разнообразным стрессам и само состоя­ние здоровья. В организме вода находится в разных состояниях, поэтому оказы­вает различное влияние на биохимические процессы. Выделяют следующие три состо­яния воды: свободная, гидратационная и иммобили­зованная.

Свободная вода составляет основу многих биологических жидкостей: крови, лимфы, слюны, мочи и т. д. Она участвует в обмене веществ между клетками тела и внешней средой, в доставке питательных веществ, уда­лении продуктов внутриклеточного обмена, в поддержании температуры тела, а также выполняет механическую роль, способствуя скольжению тру­щихся поверхностей суставов. Кроме того, она проявляет свойства уни­кального растворителя веществ. При ее потере уменьшается объем плазмы крови, кровоснабжение тканей, а следовательно, доставка к ним кислорода и питательных веществ, что влияет на деятельность моз­га, сердечно-сосудистой системы и скелетных мышц.

Гидратационная вода входит в состав гидратных оболочек неоргани­ческих ионов, белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот. Она участвует в формировании пространственных структур большинства биополимеров. Гидратационная вода не замерзает при температуре ниже 0°С и не прояв­ляет свойств растворителя. В течение жизни ее количество почти не изме­няется. Только при старении организм теряет эту воду. Потеря гидратационной воды приводит к "усыханию" тканей, в частности к сморщиванию кожи.

Иммобилизованная вода сосредоточена в замкнутых структурах раз­личных молекул или мембран, но не входит в состав их гидратных оболочек. Эта вода находится в порах, пронизывающих биологические мембраны и рибосомы, в ядрах, митохондриях, других структурах и прочно с ними связана. В отличие от гидратационной иммобилизованная вода замерзает при температуре ниже О "С, растворяет вещества и участвует в реакциях обмена.

Между различными видами воды существует динамическое равнове­сие с возможностью их взаимопереходов. Например, содержание гидра­тационной воды может увеличиваться за счет ее иммобилизованной и сво­бодной фракций.

Человек постоянно потребляет воду и выделяет ее в виде пота, мочи, а также с выдыхаемым воздухом. В состоянии физиологического покоя в ор­ганизме поддерживается относительное постоянство содержания воды. Водный баланс — это равно­весие между выделением и потреблением воды организмом. Потребность организма в воде зависит от массы тела, температуры окружающей среды, характера мышечной деятельности и состава потреб­ляемой пищи. Суточная потребность в воде взрослого человека при средней массе тела 70 кг составляет примерно 2,5 л, или 40 мл • кг. Запасы воды организма восстанавливаются за счет экзогенной воды, которая поступает в организм, и эндогенной воды, которая образуется в организме в процессе клеточного метаболизма. За счет экзогенной воды, поступающей в организм извне, восполняется большая часть воды орга­низма. Основное количество воды поступает с напитками (1500 мл) и в составе твердой пищи (750 мл). Вода всасывается слизистой оболочкой пищеварительного тракта на всем его протяжении, но особенно интенсив­но в толстом кишечнике. Эндогенной воды образуется всего около 150— 250 мл ■ сут в зависимости от интенсивности обмена и окисления раз­личных веществ. Распределение воды между органами и тканями зависит от скорости кровотока, метаболизма, проницаемости клеточных мембран, содержания минеральных веществ и белков, регулируется гормональной и нервной сис­темами. Выделение воды из организма в сутки (около 2,5 л) в состоянии отно­сительного покоя распределяется следующим образом: с мочой выделя­ется 1500 мл, через кожу — 450 мл, через легкие — 250 мл, с потом — 150 мл. Потеря воды организмом сопровождается дегидратацией тканей (обезвоживанием). Дегидратация плохо влияет на многие физиоло­гические функции организма. В первую очередь снижается общий объем крови, повышается ее вязкость, изменяется скорость транспорта веществ. При этом ухудшается кровообращение мозга, мышц, других органов и тка­ней, что снижает их функциональную активность. Уменьшение объема плазмы только на 3 % приводит к появлению головной боли, апатии, дру­гих симптомов. Потеря 1 % воды организмом вызывает чувство жажды, что сигнализирует о необходимости потребления воды.При мышечной деятельности значительно увеличивается обезвожи­вание организма. Связано это с увеличением скорости метаболических процессов и усилением потоотделения, которое при отдельных видах работы может увеличиться до 90 %. При физических нагрузках на вынос­ливость, например при марафонском беге, в условиях повышенной темпе­ратуры спортсмен теряет около 2—3 л воды в час. Если обезвоживание достигает 4—5 % массы тела, то работоспособность такого спортсмена снижается на 30 %. Обезвоживание практически не влияет на ре­зультативность выполнения кратковременной мышечной работы (сприн­терский бег, прыжки, тяжелая атлетика).Для предупреждения обезвоживания организма при спортивной дея­тельности необходимо своевременное восполнение запасов воды соответ­ственно ее потерям. При определении количества восполняемой жидкости во время продолжительной работы следует исходить из величины потоот­деления, которая варьирует в зависимости от интенсивности работы, тем­пературы окружающей среды и массы тела спортсмена. У спортсменов не всегда возникает чувство жажды при реальной не­обходимости возмещения жидкости. Поэтому количество необходимой во­ды спортсмен может определить путем взвешивания: потеря 0,5 кг массы тела соответствует потере 378 мл воды.

Минеральные вещества необходимы для осуществления многих биохими­ческих процессов в организме. Они являются незаменимыми факторами питания, так как в организме не образуются. Содержание минеральных ве­ществ в организме относительно невелико (4—10 % сухой массы тела) и зависит от функционального состояния организма, его возраста, характера питания и условий внешней среды. Минеральный состав организма человека поддерживается на относи­тельно постоянном уровне, хотя может существенно изменяться под вли­янием различных факторов среды, в том числе и физических нагрузок. Физические нагрузки сопровождаются выходом минеральных веществ из тканей в кровь, перераспределением их между тканями, а также уси­ленным выведением из организма с потом и мочой, особенно натрия, ка­лия и хлора. Недостаточное содержание минеральных веществ в организ­ме приводит к снижению физической работоспособности, а иногда и к возникновению тяжелых заболеваний. Интенсивная мышечная деятельность вызывает изменения в минеральном балансе организма. Высокие тренировочные и соревновательные нагруз­ки, применяемые в современном спорте, приводят к нарушению мине­рального баланса у спортсменов, что может лимитировать физическую ра­ботоспособность. Изменение минерального баланса в организме спортсменов зависит от специфики вида спорта, уровня квалификации спортсменов, условий окружающей среды и взаимосвязано с водным обменом. При кратковре­менных физических нагрузках уровень отдельных минеральных веществ в организме снижается только на 5—7 %, что не оказывает существенного влияния на мышечную деятельность, тем более что при физической рабо­те наблюдается перераспределение минеральных веществ между активно работающими (мышцы) и не активными тканями. Существенные наруше­ния минерального обмена происходят в организме спортсменов, которые специализируются в видах спорта на выносливость. При этом из-за значи­тельного увеличения потоотделения снижается содержание натрия, калия и хлора в плазме крови. При анаэробных физических нагрузках спортсме­ны теряют много фосфора, так как часть его не успевает использоваться для ресинтеза АТФ и выводится из организма. На состояние минерального обмена существенно влияет температура окружающей среды. В условиях повышенной температуры воздуха трени­ровочная и соревновательная деятельность приводит к значительным по­терям минеральных веществ. Потери натрия, калия, хлора и других веществ должны восполняться во время работы и после ее окончания. Если ежедневные потери жидкос­ти не превышают 3 % массы тела, то потери электролитов могут быть вос­полнены за счет минеральных веществ в пище. Если же потери жидкости составляют более 8 % массы тела в сутки, то следует принимать специ­альные препараты и напитки, содержащие эти вещества. Компенсация потерь воды и электролитов при выполнении продолжи­тельной работы в различных видах спорта должна быть своевременной, с тем чтобы предотвратить снижение их концентрации в плазме крови. Основной причиной дефицита отдельных минеральных веществ в ор­ганизме спортсменов является неполноценное питание. Однако дополни­тельное введение в организм минеральных веществ на фоне полноцен­ного питания не приводит к существенному повышению физической рабо­тоспособности.