Биоэнергетика мышечной деятельности реферат

Обновлено: 04.07.2024

Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения

Аэробная система энергообеспечения значительно уступает алактатной и лактатной по мощности энергопродукции, скорости включения в обеспечение мышечной деятельности, однако многократно превосходит по ёмкости и экономичности (табл. 1).

Таблица № 1. Энергообеспечение мышечной работы

Источники	Пути образования	Время активации до максимального уровня	Срок действия	Продолжительность максимального выделения энергии
Лактатные анаэробные	АТФ, креатинфосфат	0 c	До 30 с	До 10 с
Лактатные анаэробные	Гликолиз с образованием лактата	15 – 20 с	От 15 – 20 с до 6 мин	От 30 с до 1 мин 30 с
Аэробные	Окисление углеводов и жиров кислородом воздуха	90 – 180 с	До нескольких часов	2 – 5 мин и более

Аденозинтрифосфат или Аденозинтрифосфорная кислота — нуклеозид трифосфат, имеющий большое значение в обмене энергии и веществ в организмах. АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, в частности для образования ферментов.

Особенностью аэробной системы является то, что образование АТФ в клеточных органелах-митохондриях, находящихся в мышечной ткани происходит при участии кислорода, доставляемого кислородтранспортной системой. Это предопределяет высокую экономичность аэробной системы, а достаточно большие запасы гликогена в мышечной ткани и печени, а также практически неограниченные запасы липидов – её ёмкость.

В наиболее упрощенном виде деятельность аэробной системы энергообеспечения осуществляется следующим образом: на первом этапе в результате сложных процессов происходит преобразование как гликогена, так и свободных жирных кислот (СЖК) в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) – активную форму уксусной кислоты, что обеспечивает протекание всех последующих процессов энергообразования по единой схеме. Однако до момента образования ацетил-КоА окисление гликогена и СЖК происходит самостоятельно.

Все многочисленные химические реакции, происходящие в процессе аэробного ресинтеза АТФ, можно разделить на три типа:

Аэробный гликолиз.
Цикл Кребса.
Система транспорта электронов (рис. 7).

Рис. 7. Этапы реакций ресинтеза АТФ в аэробном процессе

Первым этапом реакций является аэробный гликолиз, в результате которого осуществляется расщепление гликогена с образованием СО2 и Н2О. Протекание аэробного гликолиза происходит по той же схеме, что и протекание рассмотренного выше анаэробного гликолиза.

В обоих случаях в результате химических реакций гликоген преобразуется в глюкозу, а глюкоза – в пировиноградную кислоту с ре-синтезом АТФ. В этих реакциях кислород не участвует. Присутствие кислорода обнаруживается в дальнейшем, когда при его участии пировиноградная кислота не превращается в молочную кислоту, а затем в лактат, что имеет место в процессе анаэробного гликолиза, а направляется в аэробную систему, конечными продуктами которой оказывается углекислый газ (СО2), выводимый из организма легкими, и вода (рис. 8)

Рис. 8. Схематическое протекание анаэробного и аэробного гликолиза

Расщепление 1 моля гликогена на 2 моля пировиноградной кислоты происходит с выделением энергии, достаточной для ресинтеза 3 молей АТФ: Энергия + 3АДФ + Фн → 3АТФ.

Из образовавшейся в результате расщепления гликогена пировиноградной кислоты сразу выводится СО2, превращая её из трёхуглеродного соединения в двухуглеродное, которое сочетаясь с коферментом А, образует ацетил- КоА, который включается во второй этап аэробного образования АТФ – цикл лимонной кислоты или цикл Кребса.

В цикле Кребса протекает серия сложных химических реакций, в результате которых происходит окисление пировиноградной кислоты – выведение ионов водорода (Н+) и электронов (е-), которые в итоге попадают в систему транспорта кислорода и участвуют в реакциях ресинтеза АТФ на третьем этапе, образуя СО2, который диффундируется в кровь и переносится в легкие, из которых и выводится из организма. В самом цикле Кребса образуется только 2 моля АТФ (рис. 9).

Рис. 9. Схематическое изображение окисления углеродов в цикле Кребса

Третий этап протекает в цепи транспорта электронов (дыхательной цепи). Реакции, происходящие с участием коферментов, в общем виде сводятся к следующему. Ионы водорода и электроны, выделяемые в результате реакций, протекавших в цикле Кребса и в меньшей мере в процессе гликолиза, транспортируются к кислороду, чтобы в результате образовать воду. Одновременно выделяемая энергия в серии сопряженных реакций используется для ресинтеза АТФ. Весь процесс, происходящий по цепи передачи электронов кислороду называется окислительным фосфорилированием. В процессах, происходящих в дыхательной цепи, потребляется около 90 % поступающего к клеткам кислорода и образуется наибольшее количество АТФ. В общей сложности окислительная система транспорта электронов обеспечивает образование 34 молекул АТФ из одной молекулы гликогена.

Усвоение и абсорбция углеводов в кровоток происходит в тонком кишечнике. В печени они превращаются в глюкозу, которая в свою очередь может быть превращена в гликоген и депонируется в мышцах и печени, а также используется различными органами и тканями в качестве источника энергии для поддержания деятельности. В организме здорового с достаточным уровнем физической подготовленности мужчины с массой тела 75 кг содержится 500 – 550 г углеводов в виде гликогена мышц (около 80 %), гликогена печени (примерно 16 – 17 %), глюкозы крови (3 – 4 %), что соответствует энергетическим запасам порядка 2000 – 2200 ккал.

Гликоген печени (90 – 100 г) используется для поддержания уровня глюкозы в крови, необходимого для обеспечения нормальной жизнедеятельности различных тканей и органов. При продолжительной работе аэробного характера, приводящей к истощению запасов мышечного гликогена, часть гликогена печени может использоваться мышцами.

Лучшая реклама Rolex, или история одного заплыва через Ла-Манш.

October 21, 2013 -->

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Рефератпо биохимиина тему:"Биоэнергетика мышечной деятельности"2009 СодержаниеАэробный путь ресинтеза АТФАнаэробные пути ресинтеза АТФКреатинфосфатный путь ресинтеза АТФ (офеатинкиназный, алактатный)Гликолитический путь ресинтеза АТФАденилаткиназная реакцияСоотношение между различными путями ресинтеза АТФ при мышечной работеВключение путей ресинтеза АТФ при выполнении физической работыЗоны относительной мощности мышечной работыОбе фазы мышечной деятельности - сокращение и расслабление - протекают при обязательном использовании энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ:АТФ + Н20 - АДФ + Н3Р04 + энергияОднако запасы АТФ в мышечных клетках незначительны и их достаточно для мышечной работы в течение 1-2 с. Поэтому для обеспечения более продолжительной мышечной деятельности в мышцах должно происходить пополнение запасов АТФ. Образование АТФ в мышечных клетках непосредственно во время физической работы называется ресинтезом АТФ и идет с потреблением энергии. В зависимости от источника энергии выделяют несколько путей ресинтеза АТФ.Для количественной характеристики различных путей ресинтеза АТФ обычно используются следующие критерии:а) максимальная мощность, или максимальная скорость, - это наибольшее количество АТФ, которое может образоваться в единицу времени за счет данного пути ресинтеза. Измеряется максимальная мощность в калориях или джоулях, исходя из того, что 1 ммоль АТФ соответствует в физиологических условиях примерно 12 кал или 50 Дж. Поэтому данный критерий имеет размерность кал/минкг мышечной ткани или соответственно Дж/мин-кг мышечной ткани;б) время развертывания - это минимальное время, необходимое для выхода ресинтеза АТФ на свою наибольшую скорость, т.е. для достижения максимальной мощности. Этот критерий измеряется в единицах времени;в) время сохранения или поддержания максимальной мощности - это наибольшее время функционирования данного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью. Единицы измерения - с, мин, ч;г) метаболическая емкость - это общее количество АТФ, которое может образоваться во время мышечной работы за счет данного пути ресинтеза АТФ.В зависимости от потребления кислорода пути ресинтеза делятся на аэробные и анаэробные.

Аэробный путь ресинтеза АТФ

Аэробный путь ресинтеза АТФ - это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород - 02, доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.В упрощенном виде ресинтез АТФ аэробным путем может быть представлен схемой:Чаще всего водород отнимается от промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот - цикла Кребса. Цикл Кребса - это завершающий этап катаболизма, в ходе которого происходит окисление ацетилкофермента А до С02 и Н20. В ходе этого процесса от перечисленных выше кислот отнимается 4 пары атомов водорода и поэтому образуется 12

Похожие работы

2014-2022 © "РефератКо"
электронная библиотека студента.
Банк рефератов, все рефераты скачать бесплатно и без регистрации.

"РефератКо" - электронная библиотека учебных, творческих и аналитических работ, банк рефератов. Огромная база из более 766 000 рефератов. Кроме рефератов есть ещё много дипломов, курсовых работ, лекций, методичек, резюме, сочинений, учебников и много других учебных и научных работ. На сайте не нужна регистрация или плата за доступ. Всё содержимое библиотеки полностью доступно для скачивания анонимному пользователю

Исследование механизмов энергообеспечения мышечной деятельности в разных условиях тестирования позволяет изучать мощность, емкость и подвижность отдельных ее составляющих. Цель исследования: изучить вклад аэробных, лактатных и алактатных возможностей системы энергообеспечения организма при выполнении стандартизированных нагрузочных тестов. Материалы и методы: в исследовании приняли участие 30 спортсменов, которые обследованы по тестам: Вингейт-тест и тест со ступенчато возрастающей нагрузкой на беговой дорожке. Результаты: энергозатраты при выполнении Винтгейт-теста составили 154,8±4,37 кДж/мин. Из них на аэробные возможности пришлось 46,2±1,56 кДж/мин, лактатные - 50,6±1,8 кДж/мин, алактатные - 45±1,5 кДж/мин. При выполнении второго теста общее количество энергии, выработанное организмом сверх уровня покоя составило 682,3±32,62 кДж/мин. Количественные значения энергии показателей лактатных и алактатных возможностей организма не имеют статистически достоверных различий (р=0,82) и приблизительно в 14 раз меньше, чем показатель аэробных возможностей организма (596,2±30,67 кДж/мин). Выводы: выявлено, что в Вингейт-тесте характеризуется относительно равномерным вкладом составляющих системы энергообеспечения: 32,6%, аэробной, 35,7%, лактатной и 31,7% алактатной соответственно. Преобладание уровня лактатных возможностей имеет статистически значимые различия (p

ФГУП НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека ФМБА России; ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Минздрава России
Россия

Список литературы

1. Головачев А.И. Широкова С.В. Влияние предельных мышечных нагрузок на формирование основных компонентов специальной выносливости в гребле на байдарках и каноэ. // Вестник спортивной науки. 2004. №2. С. 17-21.

2. Пупырева Е.Д., Балыкин М.В. Механизмы кислородного обеспечения организма спортсменов в покое и при нагрузках максимальной мощности. // Ульяновский медико-биологический журнал. 2013. №1. С. 124-130.

3. Сонькин В.Д. Физическая работоспособность и энергообеспечение мышечной функции в постнатальном онтогенезе человека. // Физиология человека. 2007. Т.33, №3. С. 81-99.

4. Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В., Маслова Г.М. Возрастное развитие тканевых источников энергообеспечения мышечной функции. // Вестник спортивной науки. 2009. №6. С. 32-38.

5. Спичак Н.П. Особенности реализации общего функционального потенциала организма квалифицированных спортсменов-гребцов в условиях выполнения тренировочных и соревновательных нагрузок. // Педагогика, психология и медико-биологические проблемы физического воспитания и спорта. 2011. №1. С. 119-124.

7. Шульпина В.П., Макарова И.М. Особенности адаптации кардиореспираторной системы и состояние биоэнергетики организма спортсменов ВМХ высокой квалификации при нагрузках в различных зонах мощности. // Омский научный вестник. 2009. №6. С. 165-169.

8. Пучинский Г.В., Чиков А.Е. Особенности порога анаэробного обмена и максимального потребления кислорода у спортсменов в плавании и лыжном спорте. // Физическая культура и спорт в современном мире: проблемы и решения. 2014. №1. С. 115-118.

9. Ширковец Е.А. Соотношение функциональных показателей при стандартном тестировании спортсменов. // Вестник спортивной науки 2012. №5. С. 34-36.

10. Чиков А.Е., Павлова А.Н. Динамика аэробных возможностей юных лыжниц-гонщиц в соревновательном периоде. // Восемнадцатая всероссийская студенческая научно-практическая конференция Нижневартовского государственного университета. Статьи докладов. Нижневартовск, 2016. С. 1721-1723.

11. Уткин В.Л. Энергетическое обеспечение и оптимальные режимы циклической мышечной работы: Автореф. докт. дисс. Москва, 1985. 46 с.

13. Чиков А.Е. Закономерности производства и трансформации метаболической энергии в условиях наземных и водных локомоций человека: Дисс. канд. биол. наук. Архангельск, 2003. 109 с.

14. Чиков А.Е., Чикова С.Н. Методика определения механической эффективности лыжников-гонщиков (первый опыт). // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. 2011. №6. С. 179-183.

15. Чиков А.Е., Чикова С.Н., Рябченко С.В., Кудрин А.К. Поиск новых подходов в подготовке лыжников-гонщиков. // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. 2013. №6. С. 49-52.

16. Медведев Д.С., Водопьянов А.В., Киселев А.Д. Организация медико-биологического обеспечения спорта высших достижений в зарубежных странах - Олимпийских лидерах. // Спортивная медицина: наука и практика. 2016. Т.6, №2. С. 102-109. DOI: 10.17238/ISSN2223-2524.2016.2.102.

19. Ричмонд Т., Бьюэлл Д., Пфайль Ш., Кроудер М.В. Резервы повышения эффективности процесса подготовки пловцов. // Наука в олимпийском спорте. 2016. №1. С. 4-10.

20. Платонов В.Н. Система подготовки спортсмена в олимпийском спорте. М.: Советский спорт, 2005. 820 с.

Как уже указывалось ранее, обе фазы мышечной деятельности – сокращение и расслабление - протекают при обязательном использовании энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ:

АТФ +H₂O = АДФ + H₃PO₄ – ΔG

Однако запасы АТФ в клетках мышечной ткани незначительны (в покое концентрация АТФ составляет 5 ммоль/л) и их достаточно для мышечной работы в течение 1-2 секунд. В связи с этим для обеспечения более продолжительной мышечной деятельности в мышцах должно происходить пополнение запасов АТФ.

. Образование АТФ непосредственно в мышечных клетках во время физической работы называется ресинтезом АТФ и идет с потреблением энергии.

В зависимости от источника энергии выделяют несколько путей расинтеза АТФ.

Источники энергии следующие.

Специальные реакции субстратного фосфорилирования.

13.1. Окислительное фосфорилирование.

Синонимы: тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорилирование.

В процессе окислительного фосфорилирования от окисляемого субстрата отнимаются два атома водорода (два протона и два электрона) и по ЭТЦ передаются на молекулярный кислород, доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего образуется ПВК.

Важным компонентом окислительного фосфорилирования является цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты):

2 изолимонная кислота → 2 α-кетоглутаровая кислота → 2 янтарная кислота → 2 яблочная кислота

В ходе перечисленного процесса от перечисленных выше кислот отнимается 8 (2x4) пары атомов водорода и поэтому образуется 24 молекулы АТФ. Совокупный энергетический баланс окислительного фосфорилирования (аэробный гликолиз + активация ПВК + ЦТК) составляет 38 молекул АТФ.

Преимущества:

1. Высокая экономичность – в ходе этого процесса идёт глубокая распад окисляемых веществ до конечных продуктов – CO₂ H₂O и поэтому выделяется большое количество энергии. Так, например, при аэробном окислении мышечного гликогена образуется 38 молекул АТФ. в расчёте на каждую отщепляемую от гликогена молекулу глюкозы (при анаэробном гликолизе – 3 молекулы АТФ).

2. Универсальность использования субстратов. В ходе аэробного ресинтеза АТФ окисляются все основные органические вещества организма: аминокислоты, жирные кислоты, углеводы, кетоновые тела и т.д.

3. Продукты распада (CO₂ и H₂O) практически безвредны.

Недостатки:

1. Требует повышенных количеств кислорода, доставка которого в мышцы, обеспечивается дыхательной сердечно-сосудистой системами. Функциональное состояние этих систем является лимитирующим фактором, ограничивающим продолжительность аэробного пути ресинтеза АТФ с максимальной скоростью и виличину самой максимальной мощности.

Важную роль в обеспечении мышечной клетки кислородом играет миоглобин, у которого сродство к кислороду больше, чем у гемоглобина: при парциальном давлении кислорода, равном 30 мм.рт.ст., миоглобин насыщается кислородом на 100 %, а гемоглобин - всего на 30 %. Поэтому миоглобин эффективно отнимает у гемоглобин доставляемый им кислород.

2. Длительное время развёртывания (3-4 минуты) и небольшую по абсолютной величине максимальную мощность.

В связи с этим, интенсивная мышечная деятельность, свойственная большинству видов спорта, не может быть полностью обеспечена этим путём ресинтеза АТФ. Мышцы вынуждены дополнительно включать анаэробные реакции субстратного фосфорилирования, имеющие более короткое время развёртывания и большую максимальную мощность.