- •Список основных сокращений
- •Часть 1. Статическая биохимия тема 1. Строение, свойства, биологическая роль углеводов и липидов
- •1.1.1. Основные понятия биохимии
- •1.1.2. Основные разделы биохимии
- •1.1.3. Основные закономерности строения и метаболизма макромолекул в живых системах
- •1.1.4. Превращение энергии в живых клетках
- •1.1.5. Химические реакции в живых клетках
- •1.1.6. Строение, свойства, биологическая роль углеводов
- •1.1.6.1. Биологические функции углеводов
- •Слайд: Биологические функции углеводов
- •1.1.6.2. Моносахариды
- •Стереоизомерия моносахаридов
- •1.1.6.3. Олигосахариды
- •1.1.6.4. Полисахариды (гликаны)
- •1.1.7.1. Строение, свойства, биологическая роль липидов
- •1.1.7.2. Биологическая роль липидов
- •1.1.7.3. Нейтральные липиды (ацилглицеролы)
- •1.1.7.4. Жирные кислоты
- •1.1.7.5. Нейтральные диольные липиды
- •1.1.7.6. Нейтральные плазмалогены
- •1.1.7.11. Стероиды
- •1.1.7.12. Терпены
- •Тема 2. Строение, свойства, биологическая роль белков
- •2.1. Состав белков
- •2.2. Аминокислоты
- •2.3. Стереохимия аминокислот
- •2.4. Связи, стабилизирующие белковую молекулу
- •Пептидные связи
- •Часть молекулы полипептида Ионная связь
- •Дисульфидная связь
- •Водородная связь
- •2.5. Конформации белков
- •1.2.5.1. Первичная структура
- •1.2.5.2. Вторичная структура
- •1.2.5.3. Третичная структура
- •1.2.5.4. Четвертичная структура
- •1.2.5.5. Биологические функции белков
- •1.2.5.6. Классификация белков
- •1.2.5.7. Простые белки
- •1.2.5.8. Сложные белки
- •Тема 3. Строение, сворйства, биологическая роль нуклеотидов
- •1.3.1. Строение нуклеотидов. Компоненты нуклеотидов
- •1.3.2. Образование нуклеотида
- •1.3.3. Строение динуклеотидов и полинуклеотидов
- •Фрагмент полинуклеотида
- •1.3.3.1. Структура днк
- •1.3.3.2. Структура рнк
- •Тема 4. Витамины, ферменты
- •1.4.1. Витамины
- •1.4.1.2. Водорастворимые витамины витамин в1 (тиамин)
- •Витамин в2 (рибофлавин)
- •Витамин рр (в5) (никотинамид)
- •Витамин в6 (пиридоксин)
- •Витамин р (витамин проницаемости)
- •Витамин в12 (антианемический витамин, кобаламин)
- •Витамин с
- •Пантотеновая кислота (витамин в3)
- •Пара-аминобензойная кислота
- •Фолиевая кислота (витамин Вс)
- •1.4.1.2. Жирорастворимые витамины витамин а (ретинол)
- •Витамин d (антирахитический витамин)
- •Витамин е (витамин размножения, токоферол)
- •Витамин к (антигеморрагический витамин)
- •1.4.2. Ферменты
- •1.4.2.1. Химическая кинетика
- •1.4.2.2. Кинетика ферментативных реакций
- •1.4.2.3. Структура ферментов
- •1.4.2.4. Регуляция активности ферментов
- •1.4.2.5. Классификация ферментов
- •1. Оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные реакции)
- •2. Трансферазы (перенос функциональных групп)
- •3. Гидролазы (реакции гидролиза)
- •1.5.1. Механизм действия гормонов
- •1.5.2. Гормоны гипоталамуса
- •Гормоны гипофиза
- •1.5.3. Гормоны поджелудочной железы
- •1.5.4. Гормоны щитовидной железы
- •1.5.5. Гормоны коры надпочечников
- •1.5.6. Гормоны мозгового вещества надпочечников
- •1.5.7. Гормоны половых желез
- •1.5.8. Гормоны паращитовидной железы
- •1.5.9. Гормоны тимуса (вилочковая железа)
- •Часть 2. Динамическая биохимия
- •Тема 6. Переваривание углеводов в пищеварительном тракте. Гликолиз. Окислительное декарбоксилирование пирувата
- •2.6.1. Метаболические пути и обмен энергии
- •А → б → в → г → д, где а - исходное вещество (предшественник), б, в, г – интермедиаты, д – конечный продукт.
- •2.6.2. Обмен углеводов
- •2.6.2.1. Переваривание углеводов
- •2.6.2.2. Всасывание моносахаридов
- •2.6.2.3. Транспорт углеводов в клетки
- •2.6.3. Гликолиз
- •Аденозинтрифосфорная кислота
- •Брожение и дыхание
- •Стадии гликолиза
- •Ферментативные реакции первой стадии гликолиза
- •1. Фосфорилирование d-глюкозы за счет атф
- •Полный баланс гликолиза
- •2.6.4. Гликогенолиз
- •Тема 7. Аэробный метаболизм углеводов
- •2.7.1. Энергетика брожения и дыхания
- •2.7.2. Общая схема дыхания
- •2.7.3. Окисление пирувата до ацетил-КоА
- •2.7.4. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)
- •Цитрат-синтаза
- •Аконитазное равновесие
- •Изоцитратадегидрогеназа
- •Окисление -кетоглутарата до сукцината
- •Сукцинатдегидрогеназа
- •Фумараза
- •Окисление малата до оксалоацетата
- •Баланс одного оборота цикла Кребса
- •2.7.5. Перенос электронов и окислительное фосфорилирование
- •2.7.6. Путь переноса электронов – дыхательная цепь
- •Баланс энергии
- •2.7.7. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла
- •Тема 8. Липидный обмен
- •2.8.1. Превращение липидов в процессе пищеварения
- •2.8.2. Всасывание продуктов переваривания липидов и ресинтез липидов в кишечной стенке
- •2.8.3. Внутриклеточные процессов расщепления и синтеза липидов различных классов
- •2.8.4. Обмен триглицеридов и холестерина в тканях
- •2.8.5. Интеграция и регуляция метаболизма липидов
- •2.8.6. Нарушение обмена липидов при ожирении
- •Тема 9. Белковый обмен
- •2.9.1. Общие представления об обмене белков
- •2.9.2. Пищеварение белков
- •2.9.3. Синтез белков
- •2.9.4. Внутриклеточный распад белков
- •2.9.5. Пути выведения аммиака из организма
- •Тема 10. Интеграция клеточного обмена
- •2.10.1. Взаимосвязь процессов обмена углеводов, липидов, белков
- •2.10.2. Внутриклеточная регуляция обмена веществ
- •2.10.3. Нервная и гормональная регуляция обмена веществ
- •Часть 3. Спортивная биохимия тема 11. Биохимия мышечного сокращения
- •3.11.1. Типы мышечных волокон
- •3.11.2. Ультраструктура мышечного волокна
- •Тема 12. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности
- •3.12.1. Креатинфосфокиназный механизм ресинтеза атф
- •3.12.2. Гликолитический механизм ресинтеза атф
- •3.12.3. Миокиназный механизм ресинтеза атф
- •3.12.4. Аэробный механизм ресинтеза атф
- •3.12.5. Соотношение анаэробных и аэробных механизмов ресинтеза атф при мышечной нагрузке
- •3.12.6. Биохимические факторы спортивной работоспособности
- •Тема 13. Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении.
- •3.13.1. Общие изменения в организме при физической нагрузке
- •3.13.2. Биохимические изменения в мышцах при физической нагрузке
- •3.13.3. Систематизация упражнений по характеру биохимических изменений при физической работе
- •3.13.4. Биохимические изменения при утомлении
- •Тема 14. Биохимические превращения в период восстановления после мышечной работы
- •3.14.1. Срочное и отставленное восстановление
- •Тема 15. Закономерности биохимической адаптации под влиянием систематической тренировки
- •Сверхотягощение
- •Специфичность
- •3.15.3. Принцип обратимости действия
- •3.15.4. Принцип положительного взаимодействия
- •3.15.5. Принцип цикличности
- •Тема 16. Биохимический контроль при занятиях физической культурой
- •3.16.1. Биохимический контроль развития систем энергообеспечения организма и уровнем тренированности, утомления и восстановления организма
- •3.16.2. Контроль за применением допинга в спорте
- •Тема 17. Биохимические основы силы, быстроты и выносливости
- •3.17.1. Морфологические и биохимические основы скоростно-силовых качеств
- •3.17.2. Биохимические основы методов скоростно-силовой подготовки спортсменов
- •3.17.3. Биохимические основы выносливости
- •3.17.4. Методы тренировки, способствующие развитию выносливости
- •Тема 18. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста. Биохимические основы рационального питания при занятиях физической культурой.
- •3.18.1. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с лицами разного возраста
- •3.18.2. Биохимические основы рационального питания спортсменов
Баланс энергии
Суммарные реакции аэробного дыхания:
С6Н12О6 + 2 Фн + 2 АДФ + 2 НАД+ → 2 Пируват + 2 НАДН + 2 Н+ + 2 АТФ + 2Н2О
2 Пируват + 2 НАД+ → 2 Ацетил–S–КоА + 2 НАДН + 2 Н+ + 2 СО2
2Ацетил–S–КоА+6НАД++ФП+2АДФ+2Фн → СО2 +6НАДН +6Н+ + ФПН2 + 2АТФ
Суммируя три уравнения пролучим:
Глюкоза+Фн +4АДФ+НАД++ФП → 6СО2 + 10НАДН +10Н+ + 4АТФ + ФПН2 +2Н2О
10 НАДН + 10 Н+ + 32 Фн + 32 АДФ + 6 О2 + 3 ФПН2 → 32 АТФ + 40 Н2О
Экзергонический компонент:
Глюкоза + 6 О2 → 6 СО2 + 6 Н2О G = – 680 ккал
Эндергонический компонент:
3 4 Фн + 36 АДФ 36 АТФ + 42 Н2О G = + 263 ккал
Таким образом, общая эффективность накопления энергии составляет 263/680*100=39%.
2.7.7. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла
Каким образом осуществляется сопряжение между окислением НАДН и фосфорилированием АДФ? Для осуществления окислительного фосфорилирования необходимо наличие целостной внутренней митохондриальной мембраны. Митохондрии содержатся в цитоплазме всех аэробных эукариотических клеток и располагаются вблизи от структур, нуждающихся в АТФ, который является продуктом их жизнедеятельности, или же поблизости от источников клеточного топлива, в котором они сами нуждаются. Митохондрия ограничена двумя отдельными мембранами. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя имеет нерегулярно чередующиеся складки – кристы. Внутренняя часть митохондрий называется матриксом. Каждая из частей мембраны содержит специфические ферменты. Внешняя мембрана содержит ферменты метаболизма жирных кислот, фосфолипидов и липидов, ферменты, удлиняющие цепи жирных кислот. Приблизительно 20-25% общего белка внутренней мембраны составляют белки ферментов, участвующих в функционировании системы переноса электронов и окислительного фосфорилирования – это флавопротеиды, цитохромы и ферменты, ответственные за образование АТФ. Флавопротеиды и цитохромы располагаются на мембране в виде отдельных групп таким образом, что каждая из групп представляет собой самостоятельно функционирующую единицу, содержащую в определенных молярных соотношениях все необходимые ферменты. Такие группы называют дыхательными ансамблями. Дыхательные ансамбли распределены на плоскости мембран. Компоненты дыхательной цепи непосредственно связаны с фактором фосфорилирования F1 (фактор сопряжения). Ферменты цикла Кребса содержатся в матриксе.
Окислительное фосфорилирование является процессом, при котором выделение энергии при окислении субстрата сопряжено с синтезом АТФ. Для объяснения сопряжения окисления с фосфорилированием Митчеллом была выдвинута гипотеза. Он предположил, что сопряжение переноса электронов и синтеза АТФ обеспечивается протонным градиентом. Согласно этой модели, перенос электронов по дыхательной цепи приводит к выбросу протонов из матрикса на цитоплазматическую сторону внутренней митохондриальной мембраны, где возрастает концентрация протонов Н+. Возникает электрохимический градиент протонов в мембране. Этот градиент состоит из двух составных частей – разницы в концентрации водородных ионов (рН) и разницы в электрических потенциалах. Энергия этого градиента является движущей силой процесса синтеза АТФ, в ходе которого происходит обратное перемещение протонов по направлению градиента.
При переносе водорода на кислород каждая пара электронов, акцептируемых от субстрата, трижды пересекает мембрану туда и обратно и каждый раз выводит 2 протона. Первый переход осуществляется через восстановленный флавинмононуклеотид –QH2.
Общее число протонов, переносимых при восстановлении КоQ, равно 4. Каждая молекула QH2 отдает электрон цитохрому с1. Далее электрон по компонентам дыхательной цепи – цитохромам с и а передается терминальному цитохрому – а3, который окисляется молекулой кислорода. При этом каждый атом кислорода принимает 2 электрона и присоединяет 2 протона, образуя молекулу воды. Таким образом, каждая пара электронов, переносимая от НАДН к кислороду, приводит к перемещению шести протонов от внутренней к внешней поверхности мембраны. Этот процесс завершается на стадии АТФазы (комплекс F1–Fo), где каждые два перенесенных протона осуществляют синтез одной молекулы АТФ (рис.15).
Есть несколько гипотез о механизме синтеза АТФ комплексом (F1–Fo). Согласно Митчеллу, фосфатная группа связывается ферментом, активный центр которого находится в F1 части комплекса вблизи конца канала, по которому переносится протон. 2 протона переносятся по этому каналу под действием градиента рН и мембранного потенциала. Эти протоны атакуют один из кислородов фосфата, который отщепляется в виде молекулы воды. При этом фосфатная группа превращается в реакционноспособную частицу, способную реагировать с АДФ с образованием АТФ.
Рис.15. Дыхательная цепь митохондрий
Другая гипотеза заключается в том, что протоны вызывают изменения конформации белка вблизи активного центра, приводящие к синтезу АТФ. В активном центре такого фермента происходит самопроизвольное соединение АДФ и Фн. Образующаяся молекула АТФ остается связанной с ферментом и для ее отщепления необходимо затратить энергию. Энергия может быть получена в результате присоединения протона к ферменту с изменением его конформации.