Федеральне Агентство з освіти
Південно-Уральський державний університет
Факультет Фізичної Культури та Спорту
Кафедра Фізичної та Психічної Реабілітації
Курсова робота
По предмету: Біохімія
На тему: Біохімічні зміни в організмі при виконанні змагальних навантажень (легка атлетика, 800м - 2 хв.)
Виконав: студентка групи № 339
Лонська Н.С.
Введення
Зміни біохімічних процесів в організмі при м'язовій діяльності залежать від потужності і тривалості вправи, а також від тренованості спортсмена. Між потужністю роботи і її тривалістю існує зворотна залежність - чим більше потужність роботи, тим менше час, який можна її виконувати. У запропонованому завданні робота виконується тренованим спортсменом в умовах змагань, тобто при максимальному фізичному напруженні. Отже, основним критерієм, від якого залежить характер біохімічних зрушень, є тривалість роботи. Хоча в кожному циклічному виді спорту є певні особливості роботи, тим не менш, на основі тривалості роботи можна судити про зону потужності, в якій вона виконується, і про співвідношення різних енергетичних процесів. Знаючи відносне участь енергетичних процесів при даному навантаженні, можна скласти уявлення про зміни обміну речовин під час роботи і в період відпочинку після неї.
Мета курсової роботи: навчитися оцінювати спрямованість енергетичних процесів і характер біохімічних змін в організмі при виконанні фізичних навантажень в обраному виді фізкультурно-спортивної діяльності.
Завдання:
Дати біохімічну характеристику даної фізичному навантаженні. Зона потужності, в якій виконується дана робота. Співвідношення аеробних і анаеробних процесів енергозабезпечення, провідні енергетичні системи.
Дати розгорнуту характеристику основної енергетичної системи. Вказати енергетичні субстрати, описати їх перетворення при виконанні навантаження, механізм утворення АТФ. Характеристика основного енергетичного процесу (потужність, ємність і ефективність).
Описати біохімічні зміни в організмі при виконанні даної фізичної навантаження, а також у період відпочинку. Зміни обміну вуглеводів, ліпідів, білків у м'язах, у внутрішніх органах, зміни вмісту різних метаболітів у крові. Вказати послідовність відновлення різних енергетичних систем. Скласти графік, що характеризує ці біохімічні зміни.
Описати спрямованість змін, які розвиваються при адаптації організму до навантажень даного типу. Біохімічні зміни, що обумовлюють зростання спортивних результатів. Методи оцінки провідних енергетичних критеріїв. Якості рухової діяльності, які є основними при виконанні заданого навантаження та біохімічне обгрунтування методів їх розвитку.
Дати біохімічну характеристику даної фізичному навантаженні. Зона потужності, в якій виконується дана робота. Співвідношення аеробних і анаеробних процесів енергозабезпечення, і провідні енергетичні системи
Механізми енергоутворення при виконанні роботи суттєво різняться в залежності від її інтенсивності і тривалості. Дану тренувальне навантаження - біг на 800 м. протягом 2 хвилин можна віднести до зони субмаксимальної потужності.
Виконувана робота переважно анаеробного характеру - 70%, і лише 30% - внесок аеробного механізму енергозабезпечення. До 30 секунд йде анаеробний алактатний шлях - креатінфосфокіназная система енергозабезпечення. На 1-2 хвилинах досягає свого максимуму анаеробний лактатний механізм - гліколіз, який і є провідною системою енергозабезпечення даного навантаження. Аеробний шлях ресинтезу АТФ при даному навантаженні задіяний незначно. (Див. Методичні вказівки рис. 2,3)
Характеристика основної енергетичної системи, що забезпечує роботу. Енергетичні субстрати, опис процесу, кінцеві продукти. Механізм утворення АТФ. Фактори, що впливають на фізичну працездатність при даній роботі (спортивний результат).
Основна енергетична система, що забезпечує роботу - анаеробно-гліколітичні. В основі цього шляху енергозабезпечення лежить процес гліколізу. Гліколіз - це складний ферментативний процес послідовних перетворень вуглеводів (глікогену м'язів і глюкози) протікає в саркоплазмі м'язового волокна без споживання кисню і супроводжується накопиченням молочної кислоти. Отже, енергетичні субстрати гліколізу, необхідні для утворення АТФ - глікоген м'язів і частково глюкоза, що надходить у м'язи з кров'ю. Кінцевий продукт гліколізу - молочна кислота, яка накопичується в м'язах з великою швидкістю, надходить у кров і викликає виражене зниження рН. Процес гліколізу можна розділити на три стадії:
Підготовча стадія. Відбувається активація вуглеводів та освіта субстрату біологічного окислення.
Біологічне окислення і утворення первинних макроергічних сполук.
Відновлення пірувату з утворенням лактату.
Пусковими ферментами гліколізу є фосфорілаза і гексокіназа, розщеплюють відповідно глікоген і глюкозу. Активність цих ферментів залежить від вмісту в саркоплазмі АДФ і неорганічного фосфору, іонів Са 2, що звільняються при м'язовому скороченні, та концентрації катехоламінів у крові.
Перша стадія починається з реакції фосфороліза глікогену або з активації глюкози за допомогою АТФ за участю гексокінази. У тому і іншому випадку утворюється глюкозо-6-фосфат, який перетворюється на фруктозо-6-фосфат. Це з'єднання активується за допомогою АТФ і ферменту фосфофруктокінази, і утворюється фруктозо-1 ,6-дифосфат. Під дією ферменту альдолази це з'єднання розпадається на 2 молекули фосфогліцеринової альдегіду.
На 2-й стадії протікає окислення 3-фосфогліцеринової альдегіду за участю НАД-дегідрогенази і фосфорної кислоти. При цьому утворюється 1,3-дифосфоглицерата - макроергічних сполук. Далі відбувається перефосфорілірованіе цього з'єднання з АДФ і утворення АТФ шляхом субстратного фосфорилювання. У наступній реакції залишок фосфату з положення 3 переноситься в положення 2, а потім відбувається дегідратація 2-фосфогліцерата. Це призводить до утворення фосфоенолпірувата з макроергічних зв'язків, поява якої обумовлено електронною перебудовою молекули. Потім знову відбувається реакція субстратного фосфорилювання - перенесення макроергічних залишку з фосфоенолпірувата на АДФ. Утворюється ще одна молекула АТФ і піруват (піровиноградна кислота).
На заключній 3 стадії гліколізу водень, відібраний НАД-дегідрогеназ від 3-фосфогліцеринової альдегіду переноситься від НАД ∙ Н 2 на піруват, який при цьому перетворюється в лактат (молочну кислоту) за участю ферменту лактатдегідрогеназа. Кофермент НАД звільняється таким чином від протонів і електронів водню і може брати участь в окисленні нових молекул 3-фосфогліцеринової альдегіду.
Біологічна роль гліколізу полягає в утворенні проміжних макроергічних сполук: діфосфогліцеріновой і фосфоенолпіровіноградной кислот. Під дією ферментів ці сполуки віддають свої високоенергетичні фосфатні угруповання на АДФ і утворюється АТФ.
ФГК ~ Ф + АДФ фосфогліцераткіназа АТФ + ФГК
діфосфогліцеріновая фосфогліцеринової
кислота кислота
ЕПВК ~ Ф + АДФ піруваткіназа АТФ + ПВК
фосфоенолпіровіноградная піровиноградна кислота
кислота
Найвищою швидкості гліколіз досягає вже на 30 секунді і забезпечує підтримку максимальної потужності вправи в інтервалі від 30 до 90 секунд. Однак досить швидке вичерпання запасів глікогену м'язів і різке підвищення концентрації молочної кислоти, що утворюється в результаті гліколізу, призводить до зниження активності ключових ферментів і внутрішньоклітинного рН, що призводить до падіння швидкості гліколізу та підключення аеробних процесів (дихання).
Потужність процесу менше 750 кал / кг / хв. Потужність залежить в основному від швидкості процесу і регулюється активністю ферментів фосфорілази і фосфофруктокінази. Потужність досягає максимуму з 20-30 секунди, тримається 1-2 хвилини і поступово знижується при надходженні кисню в м'язи, а також при зниженні рН.
Ємність процесу близько 2-3 хвилин. Ємність залежить від запасів глікогену в м'язах, від можливостей буферних систем і від стійкості ферментів до накопичення лактату.
Ефективність низька - 30-40%, тому що вуглеводи розщеплюються тільки до лактату і велика кількість енергії витрачається у вигляді тепла.
Лімітуючим ферментом гліколізу є фосфофруктокінази. Збільшення активності цього ферменту у 5 разів збільшує валовий потік гліколізу в 1000 разів. Також значно впливають на процес гліколізу фермент фосфорілаза, накопичення лактату, ємність буферних систем і запаси глікогену в м'язах.
У спорті гліколітичні система енергозабезпечення є основною при виконанні фізичних навантажень тривалістю від 30 секунд до 2,5 хвилин (у даній випадку біг на 800м. - 2 хвилини) з граничною для цієї тривалості інтенсивністю і становить основу швидкісної витривалості. А також забезпечує можливість прискорення по ходу дистанції і на фініші.
3. Біохімічні зміни в організмі при виконанні даної фізичної навантаження, а також у період відпочинку. Зміни обміну вуглеводів, ліпідів, білків у м'язах, у внутрішніх органах, зміни вмісту різних метаболітів у крові
Біохімічні зміни в організмі при фізичній роботі в основному обумовлені тим, які механізми беруть участь в її енергозабезпеченні. Дана робота - біг на 800 м. протягом 2 хвилин - виконується в зоні субмаксимальної потужності. Значить провідний механізм енергозабезпечення - гліколіз. На початку також відбувається невеликий внесок анаеробного алактатного механізму.
1. Біохімічні зміни в скелетних м'язах
КРФ (креатинфосфат) вже до 45 секунді витрачається до мінімуму (близько 5 ммоль. Кг -1 сирої тканини).
Концентрація глікогену в м'язах зменшується приблизно на 15-20% на 1-2 хвилині фізичної роботи.
Споживання кисню вже на 2 хвилині максимально - до 100%.
Незначно витрачається білок. Збільшується надходження в м'язи аміаку, вільних амінокислот і пептидів.
Біохімічні зміни в крові
У крові накопичується продукт розпаду КРФ - Кр (креатин).
Концентрація продукту розпаду глікогену - лактату - в крові на 1-2 хвилині досягає 20 ммоль. Л -1, що призводить до збільшення кислотності і зниження рН.
На 1-2 починає підвищуватися кількість іонів водню Н + приблизно до 6. 10 -7 ммоль. Отже, відбувається зсув кислотно-лужної рівноваги (рН) максимально до 7.0.
Накопичується у плазмі крові продукт розпаду білка - сечовина.
Біохімічні зміни в головному мозку
Під час роботи в головному мозку за рахунок процесів збудження активно використовується енергія АТФ. Відновлення АТФ забезпечується шляхом окисного фосфорилювання. Основним джерелом енергії є глюкоза, що надходить з кров'ю.
4. Біохімічні зміни в міокарді
При роботі різко частішає частота серцевих скорочень, що вимагає посиленого утворення АТФ, яка забезпечується за рахунок аеробного окислення глюкози. Енергетичними субстратами при даній роботі є глюкоза.
5.Біохіміческіе зміни в сечі
У сечі може з'явитися білок, а також збільшується вміст лактату.
Вищевикладені зміни представлені на графіку порівняльного витрачання і відновлення різних енергетичних субстратів.
Відновлення після закінчення навантаження
Після закінчення роботи зміст різних метаболітів повертається до вихідного рівня. При цьому відбувається не тільки відновлення витрачених енергетичних ресурсів, але і їх сверхвосстановления.
Перш за все, відновлюється зміст КРФ в м'язах. На 90% КРФ відновлюється за 2-6 хвилин. А повне відновлення відбувається за 0,5 - 4-6 годин. Кр усувається швидко за 0,5 години. Суперкомпенсаторная фаза (сверхвосстановления змісту КРФ в м'язах) відбувається на 6-8 години.
Потім відновлюється глікоген м'язів, для якого необхідна достатня кількість глюкози. Відновлення глікогену м'язів відбувається за 12-20 годин. Фаза суперкомпенсації триває 24-48 годин. Лактат ліквідується наступним шляхом. На 3-4 хвилині після закінчення роботи рівень лактату в крові збільшується, оскільки відбувається його вихід з працювали м'язів. Потім починається його усунень різними шляхами. 60% лактату окислюється до СО 2 і Н 2 О. 20% перетворюється в пировиноградную кислоту, а потім у глікоген печінки - відбувається процес глюконеогенез. Деяка частина виділяється з потом і сечею. Повна нормалізація лактату відбувається за 0,5-3 години. При перевантаженні цей час збільшується.
Приблизно за 0,5-1 годину йде нормалізація кислотно-лужної рівноваги (рН).
Процес відновлення білка починається відразу після навантаження і прискорюється до 3-4 годині. Триває цей процес близько 2-3 діб, фаза суперкомпенсації - 3-4 доби. Сечовина усувається з крові приблизно за 12-24 години, причому відразу після закінчення роботи рівень сечовини в крові підвищений.
Динаміка біохімічних змін при роботі і в період відпочинку в більшій мірі залежить від активності ендокринної системи.
Вміст у плазмі кортизолу близько 5 мг. Дл -1.
Вільні жирні кислоти - близько 4 ммоль. Л -1.
Зміст адреналіну і норадреналіну злегка збільшується.
4. Спрямованість змін, які розвиваються при адаптації організму до навантажень даного типу. Біохімічні зміни, що обумовлюють зростання спортивних результатів. Методи оцінки провідних енергетичних критеріїв. Якості рухової діяльності, які є основними при виконанні заданого навантаження та біохімічне обгрунтування методів їх розвитку
При адаптації до фізичних навантажень відбуваються певні зміни в працюючих м'язах і в організмі в цілому. Можна виділити наступні основні напрямки розвитку адаптаційних змін:
Збільшення енергетичних ресурсів (КРФ, глікоген м'язів).
При даній роботі в основному витрачається глікоген з швидких м'язових волокон. При адаптації до такої роботи відбудеться збільшення запасів глікогену приблизно на 50-70% від вихідного рівня. Так як на початку роботи витрачається КРФ, то при адаптації відбудеться збільшення змісту КРФ в м'язах приблизно на 58%. Також витрачається білок, значить, при адаптації збільшиться кількість скорочувальних білків:
- У саркоплазматичного ретикулуму на 54%;
- У саркоплазмі на 57%;
- В міофібрили на 63%.
Товщина м'язових волокон збільшується при постійних тренуваннях приблизно на 24%. Відносна маса м'язів збільшується на 32%.
Збільшення кількості та активності ферментів, які прискорюють реакції енергетичного обміну
Кількість і активність аденозинтрифосфатаза міозину збільшується на 18%. Також збільшується активність фосфорілази і фосфофруктокінази приблизно на 30%.
Підвищення ефективності енергетичних процесів (підвищення спряженості окислення і фосфорилювання, збільшення частки аеробних процесів). (Див. методичні рекомендації, рис. 21)
Швидкість основного енергетичного процесу при цій роботі - гліколізу - зростає на 56%. Збільшується потужність даного процесу: зростає швидкість накопичення молочної кислоти, а також швидкість надлишкового виділення СО 2 (~ 35 мл. Кг -1). Однак у процесі багаторічної тренування, швидкість надлишкового виділення СО 2 може зменшуватися.
Збільшується ємність гліколізу: підвищується максимальне накопичення молочної кислоти в крові (~ 32 ммоль. Л -1), максимальна величина кисневого боргу (~ 50 мл. Кг -1), а також максимальний зсув рН крові.
Максимальне споживання кисню при даному навантаженні ~ 77 мл. Кг -1. Хв -1. Максимальна анаеробна потужність - 1.8 м. С -1. Максимальний прихід кисню - 1.3 л. Кг -1.
Таким чином, створюються передумови для збільшення потужності і ємності лактатного компоненту витривалості, для розвитку швидкісно-силових якостей гліколізу. Підвищується аеробна витривалість: внесок аеробних процесів йде швидше і ефективніше.
Удосконалення процесів вегетативної регуляції, що призводить до швидкої мобілізації енергетичних ресурсів.
Збільшення можливостей підтримання сталості рН (буферної ємності організму і стійкості до накопичення продуктів розпаду - лактату).
Збільшення структурних білків. Зростає число мітохондрій на одиницю площі приблизно на 30%. Зміст міоглобіну підвищується на 58%. Кількість міостромінов збільшується на 7-10%.
Зміни, що відбуваються в організмі при систематичних тренуваннях при адаптації до фізичних навантажень, підвищують можливості енергетичних систем, що проявляється у зміні вираженості різних реакцій на фізичне навантаження.
Методи, використовувані для визначення тих біоенергетичних характеристик, які відіграють провідну роль при виконанні даної змагальної навантаження:
Педагогічні - потрібно давати специфічне навантаження і орієнтуватися за часом.
Біохімічні:
- Величина лактатного кисневого боргу;
- Максимальне збільшення лактату після специфічної навантаження (1 хв - біг на 400м, 1 хв - відпочинок, і так 4 рази);
- Максимальний зсув рН.
У більш тренованого спортсмена максимальне накопичення лактату буде вище. А збільшення показника рН навпаки свідчить про недостатню тренованості спортсмена.
Виходячи з усього вищесказаного, для досягнення високих спортивних показників при виконанні даного навантаження, необхідно розвивати такі провідні якості рухової діяльності, як швидкісно-силові якості та аеробну витривалість.
Словник використовуваних термінів
АТФ - (аденозинтрифосфорная кислота) макроергічних сполук, молекула якого складається з азотистої основи аденіну, пятиуглеродного цукру рибози і трьох послідовно з'єднаних залишків фосфорної кислоти. АТФ міститься в кожній клітині в цитоплазмі, мітохондріях, ядрах і постачає енергією більшість процесів, що відбуваються в клітині.
АДФ - (аденозіндіфосфорной кислота) макроергічних сполук, молекула якого складається з азотистої основи аденіну, пятиуглеродного цукру рибози і двох послідовно з'єднаних залишків фосфорної кислоти. Приймає участь у синтезі АТФ.
АМФ - (аденозинмонофосфорной кислота) макроергічних сполук, молекула якого складається з азотистої основи аденіну, пятиуглеродного цукру рибози і одного залишку фосфорної кислоти.
Адаптація - пристосування організму до дії фізичних навантажень, що викликається біохімічними змінами в організмі.
Активна реакція середовища - (рН) кислотно-лужну рівновагу - певне співвідношення кислот і основ. Вона досить постійна в крові і складає 7,4.
Актин - глобулярний білок, скручений у дві нитки спіраллю, що становить тонку нитку миофибрилла.
Алкалоз - підвищення рН, підвищення лужної реакції середовища.
Ацидоз - зниження рН, підвищення кислої реакції середовища.
АТФ-аза - (аденозинтрифосфатаза) фермент, що каталізує відщеплення від аденозинтрифосфорної кислоти одного або двох залишків фосфорної кислоти зі звільненням енергії, яка використовується в процесах м'язового скорочення.
Аеробне окислення вуглеводів - катаболізм, процес, що йде в усіх органах і тканинах, що закінчується повним окисленням глюкози до вуглекислого газу і води.
Анаеробне окислення вуглеводів - гліколіз, ферментативний процес перетворення вуглеводів у м'язах до молочної кислоти (лактату).
Бета-окислення - реакції окислення жирних кислот, в результаті яких відбувається відщеплення молекули ацетил-КоА.
Біологічне окислення - це сукупність окислювальних процесів в живому організмі, що протікають з обов'язковою участю кисню.
Буферна система - суміш слабкої кислоти і її розчинної солі, або суміш двох солей і білків, які здатні перешкоджати зміні рН водних середовищ.
Водневий показник - (показник рН) негативний десятковий логарифм концентрації іонів водню.
Гетерохронність відновлення - нерівномірність і розбіжність у часі різних процесів відновлення організму.
Гідроліз - реакції обміну між різними речовинами і середовищем.
Дихальна ланцюг - (ланцюг біологічного окислення) послідовно розташовані на внутрішній мембрані мітохондрій окислювально-відновні ферменти.
Креатинфосфат - азотовмісна макроергічних сполук, у великій кількості міститься в скелетних м'язах і виконує роль енергетичного резерву, може бути використаний для синтезу АТФ при стрімких діях (напр. біг на короткі дистанції).
Лактат - (молочна кислота) сильна кислота, у результаті накопичення якої в м'язах збільшується концентрація іонів водню.
Макроергічні сполуки - сполуки, що містять високоенергетичні хімічні зв'язки (макроергічні). При їх гидролитическом розриві (за участю води) вивільняється більше 4 ккал / моль (20 кДж / моль).
Міозин - білок, молекула якого має 2 частини - фибриллярную і глобулярну, що становить товсту нитку миофибрилла.
Окисне фосфорилювання - основний шлях акумуляції енергії в організмі, що полягає у синтезі АТФ з АДФ і фосфорної кислоти за рахунок енергії, яка вивільняється при транспорті водню з дихальної ланцюга на кисень.
Роз'єднання окислення і фосфорилювання - процеси розсіювання енергії, яка звільняється при окисленні для утворення АТФ, у вигляді тепла, при цьому відбувається підвищення температури тіла.
Перекисне окислення ліпідів - процеси утворення вільнорадикальних форм ліпідів, під впливом надмірної кількості активних форм кисню. Це призводить до накопичення токсичних перекисів ліпідів і поступового руйнування клітини.
Ресинтез АТФ - постійне інтенсивне поповнення запасів АТФ в клітці.
Субстратних фосфорилювання - синтез АТФ, що протікає крім дихальної ланцюга при анаеробному окисленні субстратів.
Суперкомпенсация - сверхвосстановления витрачених енергетичних ресурсів.
Використана література
Біохімія. Підручник для інститутів фізичної культури / за ред. В.В. Меньшикова і Н.І. Волкова - М.: ФиС, 1986.
Біохімія фізичної культури і спорту. Навчально-методичний посібник (упор. Г. Є. Медведєва, Т. В. Соломіна) - Челябінськ, 2003.
Біоенергетика м'язової діяльності. Навчальний посібник. Г.Є. Медведєва - Челябінськ, 2003.
Особливості процесів енергозабезпечення фізичних навантажень у циклічних видах спорту. Навчальний посібник. Т.В. Соломіна - Омськ, Челябінськ, 1987.
Біохімія обмінних процесів. Навчальний посібник для студентів інститутів та факультетів фізичної культури. - Челябінськ, 1999.
Біохімічні зміни в організмі при м'язовій діяльності. Методичні рекомендації по виконанню курсової роботи. Сост. Т.В. Соломіна, Н.В. Князєв - Челябінськ, 2005.