biohimiyaverstka

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.П. АСТАФЬЕВА»

Н.В. Полева

БИОХИМИЯ

Учебное пособие для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности 032101 «Физическая культура и спорт»

КРАСНОЯРСК 2009

1

ББК 28.072я73 П49

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «Красноярский государственный педагогический университет им. В. П. Астафьева»

Р е ц е н з е н т ы :

Киршина Е.Д., канд. пед. наук, доцент Наймушина Л.В., канд. хим. наук, доцент

Полева Н.В.

П49 Биохимия: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 032101 «Физическая культура и спорт» / Н.В. Поле-

ва ; Краснояр. гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева. – Красноярск, 2009. – 316 с.

ISBN 978-5-85981-321-6

Учебное пособие соответствует Государственному образовательному стандарту и программе курса «Биохимия» для студентов – будущих специалистов в области физической культуры и спорта.

Пособие состоит из трех глав. В первой главе, посвященной статической биохимии, подробно рассматриваются особенности химического строения организмов, во второй – динамической биохимии – представлены общие закономерности преобразования веществ и энергии, лежащие в основе физиологических функций, их регуляции. В последней главе рассматривается строение мышц и мышечного волокна, дается представление о механизме мышечных сокращений, анализируются особенности биохимической адаптации организма спортсмена к физическим упражнениям.

Адресовано студентам вузов и техникумов по соответствующему профилю.

ББК 28.072я73

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Программа подготовки высококвалифицированных специалистов в области физического воспитания и спорта требует глубокого овладения знаниями во многих науках. Курс «Биохимия» в фундаментальном образовании специалистов должен служить связующим звеном, соединяющим гуманитарные представления о физическом воспитании и спорте с процессами, лежащими в основе адаптации к физическим нагрузкам, развития физических качеств и т. д. Знания о биохимических закономерностях физического развития и спортивной тренировки позволяют на строго научной основе решать вопросы отбора для занятий спортом, изыскивать наиболее эффективные средства и методы тренировки, правильно контролировать и оценивать результат их применения и точно прогнозировать дальнейшие спортивные достижения, научиться управлять спортивными тренировками и контролировать этап восстановления организма.

При подготовке этого учебного пособия учитывалось наличие у студентов необходимой специальной подготовки по биологии и химии в объеме школьного курса, чтобы понять функциональные аспекты биохимических процессов, которые происходят в органах и тканях человеческого организма. Основное внимание было уделено ознакомлению студентов с принципами, определяющими особенности биохимических сдвигов в организме; при описании основополагающих факторов и принципов указывались возможные пути их реализации в практике спорта.

В соответствии с традиционным разделением биохимии на статическую, динамическую и функциональную пособие состоит из трех глав. В главе «Статическая биохимия» описываются строение и свойства химических со-

3

единений, входящих в состав организма. В «Динамической биохимии» излагаются данные о разнообразных биохимических превращениях в организме человека, составляющих основу его физиологических функций. В «Биохимии физических упражнений и спорта» приводятся сведения об особенностях биохимических превращений при мышечной деятельности, о биохимических закономерностях спортивной тренировки и методах биохимического контроля в спорте. Каждая глава подразделяется на параграфы, которые расположены в логической последовательности, чтобы обеспечить лучшее восприятие учебного материала.

Автор будет признателен за все замечания по содержанию, структуре и изложению материала пособия.

4

ВВЕДЕНИЕ

Биохимия – одна из наиболее бурно развивающихся областей современной биологической науки. Нельзя понять существа явлений биологической жизни, не зная химической природы тех веществ, из которых построен живой организм, не изучив взаимосвязи и последовательности химических превращений, которые определяют жизнедеятельность организма. Живой организм находится в неразрывной связи с окружающей его средой. Из нее он получает необходимые для жизни питательные вещества, воду и кислород. Из поступающих извне веществ в организме образуются сложные биоорганические соединения, принимающие непосредственное участие в биохимических превращениях, в результате которых во внешнюю среду выделяются продукты распада.

Обмен веществ, происходящий в живом организме, сопровождается затратой энергии. Биохимия изучает не только сами процессы синтеза и распада сложных органических соединений в живом организме, но и то, как эти превращения сопряжены с поглощением и выделением энергии, каковы механизмы энергетического обмена, на которых основывается осуществление разнообразных физиологических функций. Одна из наиболее важных задач современной биохимии заключается в том, чтобы на основе глубоких знаний химических превращений, совершающихся в живом организме, найти действенные пути управления обменом веществ.

Биохимия – биологическая дисциплина. В ряду естественнонаучных дисциплин биохимия располагается на стыке точных наук, изучающих физические и химические явления, и чисто биологических дисциплин. Биохимические процессы, протекающие в живом организме, полностью подчиняются всем известным физическим и

5

химическим законам. Биохимия показывает, как на основе элементарных физических и химических явлений возникает качественно новое состояние материи – физиологическая функция.

Исходя из специфической информации, содержащейся

вфактическом материале о химической структуре живых организмов и особенностях происходящих в них биохимических процессов, принято выделять статическую, динамическую и функциональную биохимию.

Статическая биохимия занимается изучением химического состава, включая как качественный состав (и строение) соединений, так и количественное их содержание в тех или иных биологических объектах. Динамическая биохимия изучает превращения химических соединений и взаимосвязанных с ними превращений энергии в процессе жизнедеятельности органических форм. Функциональная биохимия выясняет связи между строением химических соединений с процессами их видоизменения, с одной стороны, и функции субклеточных частиц, специализированных клеток, тканей или органов, включающих

всвой состав упомянутые вещества, – с другой.

Рис. 1. Схема взаимодействия биохимии спорта с другими дисциплинами

6

К функциональной биохимии относятся и те области биохимических знаний, где изучаются особенности протекания биохимических процессов при различных функциональных состояниях организма (в частности, медицинская биохимия и биохимия спорта).

Биохимия спорта исследует закономерности биохимических превращений в организме человека в процессе занятий физическими упражнениями. В отличие от других разделов функциональной биохимии, где биохимические процессы рассматриваются в основном на уровне отдельных органов и тканей, в биохимии спорта главное внимание уделяется изучению биохимических процессов, происходящих в целостном организме. Положение биохимии спорта среди научных дисциплин, объединенных в комплекс спортивных наук, схематично показано на рис. 1.

7

ГЛАВА 1.

СТАТИЧЕСКАЯ

БИОХИМИЯ

1.1. Химический состав организмов

Живая природа идентична по химическому составу неживой природе (!), в организмах встречаются все элементы периодической системы, но они по-разному в них распределены. Из более чем 100 химических элементов, обнаруженных в земной коре, только 22 в большом процентном соотношении используются для построения биоорганических молекул. Суммарное содержание 4 элементов – водорода, кислорода, углерода и азота – составляет 99 % от общей массы живых клеток.

Существуют различные классификации химических элементов, содержащихся в организме человека. Так, В.И. Вернадский в зависимости от среднего содержания (массовой доли, %) в живых организмах делил элементы по декадной системе (табл. 1).

8

По этому же принципу химические элементы делят на три группы:

1.Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме выше 10–2 %. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, кальций, фосфор, калий, натрий, магний, сера и хлор.

2.Микроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10–3 до 10–5 %. К ним относятся железо, марганец, йод, цинк, кремний, медь, селен, бор, молибден, фтор, хром, кобальт, ванадий, германий.

3.Ультрамикроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме ниже 10–5 %. К ним относятся алюминий, никель, олово, литий, свинец, бром, ртуть, мышьяк, кадмий, серебро, золото.

Иногда ультрамикроэлементы объединяют с микроэлементами в одну группу. В табл. 2 приведены уточнённые данные по содержанию химических элементов в организме человека. Однако эта классификация отражает только содержание элементов в живых организмах, но не указывает на биологическую роль и физиологическое значение того или иного элемента.

Та б л и ц а 2

Содержание химических элементов в организме человека

9

При оценке химического состава организмов следует иметь в виду, что все элементы, присутствующие в биологических системах, необходимы для осуществления процессов жизнедеятельности.

При построении молекул биоорганических соединений в основном используются легкие атомы, находящиеся в верхней части периодической системы элементов. Эту особую группу элементов называют органогенами – это углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера.

Эти элементы образуют основные молекулы «жизни» не только потому, что широко распространены в природе (т. е. доступны), но способны взаимодействовать с другими атомами с образованием молекул определенного типа. Водород, кислород, азот, углерод, фосфор и сера обладают общим свойством: все они образуют ковалентные связи. Как известно, прочность этой связи обратно пропорциональна их атомным весам, поэтому органогены образуют наиболее стабильные связи в биоорганических молекулах.

Особо важное значение в биологическом отношении имеет свойство атомов углерода взаимодействовать не только с другими атомами, но и друг с другом, образуя стабильные ковалентные углерод-углеродные связи. Эти атомы углерода образуют каркас большинства молекул живого. Такие каркасы могут быть прямыми и разветвленными, в виде кольца или сети, а также комбинированными (рис. 2).

Занимая в периодической системе элементов центральное положение, углерод может реагировать как с элек-

10