-
Липиды их состав функции а растении
Состав, свойства и функции липидов в организме
Липиды объединяют большое количество жиров и жироподобных веществ растительного и животного происхождения, имеющих ряд общих признаков:
а) нерастворимость в воде (гидрофобность и хорошая растворимость в органических растворителях, бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.);
б) наличие в их молекулах длинноцепочечных углеводородных радикалов и сложноэфирных
группировок ().
║
О
Большинство липидов не являются высокомолекулярными соединениями и состоят из нескольких, связанных одна с другой молекул. В состав липидов могут входить спирты и линейные цепи ряда карбоновых кислот. В некоторых случаях их отдельные блоки могут состоять из высокомолекулярных кислот, разнообразных остатков фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и других компонентов.
Липиды вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических веществ, всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки.
При выделении липидов из масличного сырья, в масло переходит большая группа сопутствующих им жирорастворимых веществ: стероиды, пигменты, жирорастворимые витамины и некоторые другие соединения. Извлекаемая из природных объектов смесь, состоящая из липидов и растворимых в них соединений, получила название «сырого» жира.
Основные компоненты сырого жира
Вещества сопутствующие липидам играют большую роль в пищевой технологии, влияют на пищевую и физиологическую ценность полученных продуктов питания. Вегетативные части растений накапливают не более 5% липидов, главным образом в семенах и плодах. Например, содержание липидов в различных растительных продуктах составляет (г/100г): подсолнечник 33-57, какао (бобы) 49-57, соя 14-25, конопля 30-38, пшеница 1,9-2,9, арахис 54-61, рожь 2,1-2,8, лён 27-47, кукуруза 4,8-5,9, кокосовая пальма 65-72. Содержание в них липидов зависит не только от индивидуальных особенностей растений, но и от сорта, места, условий произрастания. Липиды играют важную роль в процессах жизнедеятельности организма.
Их функции весьма разнообразны: важна их роль в энергетических процессах, в защитных реакциях организма, в его созревании, старении и т.д.
Липиды входят в состав всех структурных элементов клетки и в первую очередь клеточных мембран, оказывая влияние на их проницаемость. Они участвуют в передаче нервного импульса, обеспечивают межклеточный контакт, активный перенос питательных веществ через мембраны, транспорт жиров в плазме крови, синтез белка и различные ферментативные процессы.
По своим функциям в организме условно делят на две группы: запасные и структурные. Запасные (в основном ацилглицерины) обладают высокой калорийностью, являются энергетическим резервом организма и используются им при недостатке питания и заболеваниях.
Запасные липиды являются запасными веществами, помогающими организму переносить неблагоприятные воздействия внешней среды. Большая часть растений (до 90%) содержит запасные липиды, главным образом в семенах. Они легко извлекаются из жиросодержащего материала (свободные липиды).
Структурные липиды (в первую очередь фосфолипиды) образуют сложные комплексы с белками и углеводами. Они участвуют в разнообразных сложных процессах, протекающих в клетке. По массе они составляют значительно меньшую группу липидов (в масличных семенах 3-5%). Это трудноизвлекаемые «связанные» липиды.
Природные жирные кислоты, входящие в состав липидов, животных и растений, имеют много общих свойств. Они содержат, как правило, четкое число углеродных атомов и имеют неразветвленную цепь. Условно жирные кислоты делят на три группы: насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные. Ненасыщенные жирные кислоты животных и человека обычно содержат двойную связь между девятым и десятым атомами углерода, остальные карбоновые кислоты, входящие в состав жиров следующие:
Большинство липидов имеют некоторые общие структурные особенности, однако строгой классификации липидов пока не существует. Один из подходов к вопросу классификации липидов химический, согласно которому к липидам относятся производные спиртов и высших жирных кислот.
Схема классификации липидов.
Простые липиды. Простые липиды представлены двухкомпанентными веществами, сложными эфирами жирных высших кислот с глицерином, высшими или полициклическими спиртами.
К ним относятся жиры и воски. Наиболее важными представителями простых липидов являются ацилглицериды (глицерины). Они составляют основную массу липидов (95-96%) и именно их называют маслами и жирами. В состав жров входят в основном триглицериды, но присутствуют моно− и диацилглицерины:
Свойства конкретных масел определяются составом жирных кислот, участвующих в построении их молекул и положением, которое занимают остатки этих кислот в молекулах масел и жиров.
В жирах и маслах обнаружено до 300 карбоновых кислот различного строения. Однако большинство из них присутствуют в небольшом количестве.
Стеариновые и пальмитиновые кислоты входят в состав практически всех природных масел и жиров. Эруковая кислота входит в состав рапсового масла. В состав большинства наиболее распространенных масел входят ненасыщенные кислоты, содержащие 1-3 двойные связи. Некоторые кислоты природных масел и жиров имеют, как правило, цис-конфигурацию, т.е. заместители распределены по одну сторону плоскости двойной связи.
Кислоты, имеющие разветвлённые углеводные цепи, содержащие окси, кето и другие группы, в липидах, как правило, содержатся в незначительном количестве. Исключение составляет рацинолевая кислота в касторовом масле. В природных растительных триацилглицеринах положения 1 и 3 заняты предпочтительно остатками насыщенных жирных кислот, а положение 2 ненасыщенными. В животных жирах картина обратная.
Положение остатков жирных кислот в триацилглицеринах существенно влияет на их физико-химические свойства.
Ацилглицерины − это жидкость или твердые вещества с низкими температурами плавления и довольно высокими температурами кипения, с повышенной вязкостью, без цвета и запаха, легче воды, нелетучи.
В воде жиры практически нерастворимы, но образуют с ней эмульсии.
Помимо обычных физических показателей жиры характеризуются рядом физико-химических констант. Эти константы для каждого вида жира и его сорта предусмотрены стандартом.
Кислотное число, или коэффициент кислотности, показывает сколько свободных жирных кислот содержится в жире. Оно выражается числом мг KOH, которое требуется для нейтрализации свободных жирных кисло в 1 г жира. Кислотное число служит показателем свежести жира. В среднем оно колеблется для разных сортов жира от 0,4 до 6.
Число омыления, или коэффициент омыления, определяет общее количество кислот, как свободных, так и связанных в триацилглицеринах, находящихся в 1 г жира. Жиры, содержащие остатки высокомолекулярных жирных кислот, имеют меньшее число омыления, чем жиры, образуемые низкомолекулярными кислотами.
Йодное число – показатель ненасыщенности жира. О определяется количеством граммов йода, присоединяющихся к 100 г жира. Чем выше йодное число, тем более ненасыщенным является жир.
Воски. Восками называют сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (18-30 атомов углерода). Жирные кислоты, входящие в состав восков такие же, как и для жиров, но есть и специфические, характерные только для восков.
Например: карнаубовая ;
церотиновая ;
монтановая .
Общая формула восков может быть записана так:
Воски широко распространены в природе, покрывая тонким слоем листья, стебли, плоды растений, они предохраняют их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание воска в зерне и плодах невелико.
Сложные липиды. Сложные липиды имеют многокомпонентные молекулы, отдельные части которых соединены химическими связями различного типа. К ним относятся фосфолипиды, состоящие из остатков жирных кислот, глицерина и других многоатомных спиртов, фосфорной кислоты и азотистых оснований. В структуре гликолипидов наряду с многоатомными спиртами и высокомолекулярной жирной кислотой имеются также углеводы (обычно остатки галактозы, глюкозы, маннозы).
Имеются также две группы липидов в составе которых представлены и простые и сложные липиды. Это − диольные липиды, являющиеся простыми и сложными липидами двухатомных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот, содержащих в ряде случаев фосфорную кислоту, азотистые основания.
Ормитинолипиды построены из остатков жирных кислот, аминокислоты ормитина или лизина и включающих в некоторых случаях двухатомные спирты. Наиболее важная и распространенная группа сложных липидов − фосфолипиды. Молекула их построена из остатков спиртов, высокомолекулярных жирных кислот, фосфорной кислоты, азотистых оснований, аминокислот и некоторых других соединений.
Общая формула фосфолипидов (фосфотидов) имеет следующий вид:
Следовательно молекуле фосфолипидов имеются группировки двух типов: гидрофильные и гидрофобные.
В качестве гидрофильных группировок выступают остатки фосфорной кислоты и азотистые основания, а в качестве гидрофобных группировок углеводородные радикалы.
Схема строения фосфолипидов
Рис. 11. Молекула фосфолипидов
Гидрофильная полярная головка − это остаток фосфорной кислоты и азотистого основания.
Гидрофобные хвосты − это углеводородные радикалы.
Фосфолипиды выделены в качестве побочных продуктов при получении масел. Являются поверхностно-активными веществами, улучшающими хлебопекарные достоинства пшеничной муки.
В качестве эмульгаторов они применяются также в кондитерской промышленности и при производстве маргариновой продукции. Они являются обязательным компонентом клеток.
Вместе с белками и углеводами они участвуют в построении мембран клеток и субклеточных структур, выполняющих функции несущих конструкции мембран. Они способствуют лучшему усвоению жиров и препятствуют ожирению печени, играя важную роль в профилактике атеросклероза.
Содержание фосфолипидов в различных продуктах составляет: зерно пшеницы, ячменя и риса 0,3-0,6%, семена подсолнечника 0,7-0,8%, соя 1,6-2%, яйца куриные 2,4%, молоко и творог 0,3-0,5%, говядина 0,9%, свинина 1,2%. Общая потребность в фосфолипидах составляет 5г в сутки.
Основные превращения липидов.
Превращение липидов и их влияние на качество продуктов при хранении и переработке:
а) гидролитический распад
б) гидрогенизация
в) переэтерификация
г) аутоокисление и ферментативное окисление (прогоркание).
studfiles.net
5. Строение и функции липидов
Липи́ды — широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе.
Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложные — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др.
Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза.
-Структурная функция. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.
-Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах обеспечивает энергией развитие зародыша и проростка, пока он не перейдет к самостоятельному питанию. Семена многих растений служат сырьем для получения масла промышленным способом.
-Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.
-Смазывающая и водоотталкивающая. Воска покрывают кожу, шерсть, перья, делают их более эластичными и предохраняют от влаги. Восковым налетом покрыты листья и плоды растений; воск используется пчелами в строительстве сот.
-Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон).
-Метаболическая. Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.
-Липиды являются источником метаболической воды. При окислении жира образуется примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10-12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно на эти цели.
6. Строение триглицеридов. Роль триглицеридов в метаболизме.
Жиры, или триглицериды — природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. В живых организмах выполняют структурную, энергетическую и др. функции.
Наряду с углеводами и белками, жиры — один из главных компонентов питания. Жидкие жиры растительного происхождения обычно называют маслами — так же, как и сливочное масло.
Жиры, поставляя организму энергию, являются и ее аккумулятором, т. е. для того чтобы жиры освободили энергию, необходимо достаточное количество углеводов.
Жиры служат также для построения клеточных оболочек, принимают участие в образовании гормонов и витаминов, играют роль запасного питательного и защитного механического и теплоизоляционного материала, обеспечивают усвоение витаминов A, D, Е, К.
В крови человека имеются сложные (холестерин, липопротеиды и др.) и более простые жиры (кетоны, жирные кислоты, глицериды). Нарушение их равновесия имеет значение в развитии сахарного диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний.
Наиболее необходимые жиры животного происхождения содержатся в молоке, сливочном масле, яичном желтке. В то же время ценные для обмена ненасыщенные жирные кислоты в большом количестве имеются и в растительных жирах (подсолнечное, кукурузное масло), которые также необходимы в питании человека (10—30 % всех жиров).
Избыточное потребление жира ведет к нарушению обмена веществ, ухудшению использования белка, нарушению пищеварения, повышению отложения жира в подкожной клетчатке и др.
studfiles.net
6. Строение, классификация и функции липидов.
Липиды представляют собой достаточно сложные по химической структуре вещества. В их состав также входят углерод, кислород, водород, но в отдельные группы липидов могут входить и фосфор, и сера, и азот (фосфатиды, пигменты). Все липиды гидрофобны, т.е. не растворяются в воде. Функции у липидов различны в зависимости от химического строения. Липиды не являются биополимерами.
Липиды классифицируются на 5 больших групп по признаку функции и сложности строения: Жиры, Воска, Фосфатиды, Пигменты (хлорофиллы и каротиноиды), Стероиды.
Жиры - наиболее легко синтезируемая группа липидов. С химической точки зрения - это эфиры жирных кислот и глицерина (дать формулу на доске).
Поскольку жирные кислоты бывают насыщенные и ненасыщенные, то они определяют структуру жира. Поэтому в обыденной практике твердые жиры (включающие насыщенные жирные кислоты) называют жирами, а жидкие жиры с ненасыщенными жирными кислотами - маслами. Твердые жиры - в основном животного происхождения, и маслы - растительного, хотя есть и исключения из правила (рыбий жир и арахисовое масло). Насыщенность жира ненасыщенными жирными кислотами определяют по йодному числу (т.е. по количеству граммов йода, связывающегося 100 г жира).
Основные функции жиров - энергетическая, строительная и запасающая.
Воска - это жироподобные вещества, твердые при комнатной температуре. По химической структуре - это сложные эфиры между жирными кислотами и высокомолекулярными одноатомными спиртами жирного ряда. Основная функция восков - защитная.
Фосфатиды, к которым относятся глицерофосфатиды, лецитины и кефалины - это молекулы сложных эфиров глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты. Эти вещества входят в состав запасных жиров и предохраняют их от прогоркания.
Основная функция фосфатидов - запасающая. Пигменты - это особая группа липидов, имеющая сложное строение, куда входят и азотистые радикалы. Подробно строение пигментов будет изучено в разделе о фотосинтезе. К пигментам относят две группы веществ - хлорофиллы и каротиноиды. Основная функция пигментов - участие в энергетической (световой) фазе фотосинтеза. Стероиды - это производные сложного гетероциклического соединения - циклопентанпергидрофенантрена. Дать формулу. В эту группу соединений входят высокомолекулярные спирты (стеролы) и их сложные эфиры (стериды) Наиболее известный стероид - эргостерол, из которого в промышленности получают витамин Д.Основная функция стероидов - строительная (участвуют в составе мембран).
7. Строение и классификация аминокислот.
Аминокислоты - это мономеры белков, то есть составные компоненты биополимеро, к которым относятся белки.
В состав аминокислот входят углерод, водород, кислород, азот и сера. Общая форму аминокислот - дать формулу.
В природе имеется всего 20 аминокислот, из которых затем в живых организмах синтезируется огромное количество белков.
Все аминокислоты классифицируются на 4 группы:
моноаминомонокарбоновые (глицин, аланин, цистеин, метионин, валин),
моноаминодикарбоновые (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота),
диаминомонокарбоновые (лизин, аргинин),
гетероциклические (триптофан, гистидин).
Аминокислоты обладают амфотерными свойствами, способны к образованию между собой особого типа связей - пептидной и дисульфидной.
studfiles.net
Липиды клетки растений
Липидами принято называть жиры и жироподобные вещества – липоиды.
В группу таких соединений входят насыщенные и ненасыщенные жиры, кислоты, нейтральные жиры (эфиры глицерина и трех жирных кислот, фосфолипиды, гликолипиды, алифатические спирты, воски, терпены и стероиды, которые имеют схожие физико-химические свойства.
Жиры очень распространены в растительном мире. Липиды могут входить в состав структурных элементов клетки, быть запасной формой питательных веществ и кофакторами реакций (ускорителями). Цитоплазматические липиды – это составная часть клетки, содержание которых является постоянным и обычно составляет 0,1-0,5% от сырой массы тканей.
Запасные жиры в значительном количестве содержатся не только в семенах (рожь, пшеница, ячмень – 2-3%, хлопок и соя – 20-30%, лен, конопля, подсолнечник – 30-50%, мак, клещевина – 50-60%, а также и в мякоти плодов (маслина, облепиха), в клубнях и корневищах, коры деревьев (липа, осина), в листьях растений. Они откладываются в виде капелек и используются как энергетический материал. Основной формой запасных питательных веществ приблизительно 90% у всех видов растений являются жиры.
В состав жиров могут входить несколько десятков жирных кислот, среди которых наиболее часто встречаются насыщенные жирные кислоты: пальмитиновая и стеариновая и ненасыщенные: олеиновая, линолевая и линоленовая. Жиры, которые содержат насыщенные жирные кислоты по консистенции обычно твердые. Если в составе жиров преобладают ненасыщенные жирные кислоты, то такие кислоты называют жидкими. Растительные жиры жидкой консистенции называют маслами.
Качество жиров характеризуется кислотным и йодным числом и числом омыления.
Кислотное число жиров определяется количеством миллиграммов едкого калия, которое необходимо для нейтрализации свободных жирных кислот в 1г. жира.
Йодное число – количество граммов йода, которое может быть связано 100г. жира.
Фосфолипиды входят в состав биологических мембран клетки. Молекулы липидов образуют на поверхности воды пленку, при этом гидрофильные частицы их молекул погружены в воду.
Гликолипиды – это липиды, молекулы которых, кроме глицерина и 2 жирных кислот, содержат сахар.
Воски, в отличие от жиров, фосфолипидов и гликолипидов, состоят, преимущественно из сложных эфиров высокомолекулярных одноатомных спиртов и жирных кислот. В растениях они выполняют защитную роль.
Кутин и суберин – это структурные компоненты клеточных оболочек многих растений. По химической природе они являются липидными полимерами, образуют основу, в которые погружены воски. Таким образом формируются защитные слои, которые уменьшают потери влаги и других веществ.
Кутин вместе с воском формирует кутикулу внешних стенок клетки эпидермиса. Суберин служит основным компонентом оболочек пробки, поясков Каспари в клетках эндодермы, стенок оболочки проводящих пучков.
Липиды клетки растений - 3.5 out of 5 based on 2 votes
po-teme.com.ua
1.Липиды, их классификация и биологическая роль.
З.ЖЕЛЧНЫЕ КИСЛОТЫ, ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ. РЕСИНТЕЗ ЖИРА В СТЕНКАХ
КИШЕЧНИКА.
ЛИПИДАМИ называются сложные органические вещества биологической природы нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях. ЛИПИДЫ являются основным продуктом питания. Они поступают в организм с продуктами растительного и животного происхождения. Суточная потребность в ЛИПИДАХ для взрослого человека составляет 80-100 гр.
Воска - это сложные эфиры одно- или двухатомных спиртов с количеством углеводных звеньев в цепи 16-35 и ВЖК. Они входят в состав ЛИПИДОВ, покрывающих листья и плоды растений, шерсть животных, перья птиц. К природным воскам относятся пчелиный воск, спермацет, ланолин. В организме человека ЛИПИДЫ представлены:
1.Структурными липидами.
2.Резервными липидами.
3.Свободными липидами. — хиломикроны,
- липопротеины низкой плотности (лпнп),
- липопротеины очень низкой плотности (лпонп),
- липопротеины высокой плотности (лпвп).
ЛИПИДЫ - трудно растворимые в воде вещества, поэтому для транспорта их кровью нужны —специальные-транспортные частицы. Ими являются ЛИПОПРОТЕИНЫ крови, где роль стабилизатора выполняют белки. ЛИПОПРОТЕИНЫ осуществляют транспорт ЛИПИДОВ от органов и тканей, где они синтезируются к местам их потребления. С их помощью осуществляется транспорт ВЖК и жирорастворимых витаминов A, D, Е, К..
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЛИПИДОВ.
1 .Структурная. Липиды являются обязательным структурным компонентом биологических мембран клеток.
2.Резервная. ЛИПИДЫ могут откладываться в запас.
3.Энергетическая. Было установлено, что при окислении 1 гр. ЛИПИДОВ до конечных продуктов выделяется 9,3 ккал энергии.
4.Механическая. ЛИПИДЫ подкожной жировой клетчатки, соединительной ткани предохраняют внутренние органы от механических повреждений.
5 .Теплоизолирующая. Защищают организм от переохлаждения и перегревания.
6.Транспортная. ЛИПИДЫ мембран клеток участвуют в транспорте катионов.
7.Регуляторная. Некоторые гормоны являются СТЕРОИДАМИ (АНДРОГЕНЫ, ЭСТРОГЕНЫ, ГЛЮКО- и МИНЕРАЛОКОРТИКОИДЫ), «Местные» гормоны - ПРОСТАГЛАНДИНЫ, ПРОСТАЦИКЛИНЫ, тромбоксаны, лейкотриены образуются в организме из ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫХ ВЖК, входящих в состав ЛИПИДОВ.
8.Участвуют в передаче нервного импульса.
9.Являются источником эндогенной воды. При окислении 100 гр. ЛИПИДОВ выделяется 107гр эндогенной воды.
10.Растворяющая роль. В ЛИПИДАХ растворяются витамины A, D, E, К.
11.Питательная. С пищей в организм поступают незаменимые ВЖК, которые имеют 2 и более связи (ЛИНОЛЕВАЯ, ЛИНОЛЕНОВАЯ, АРАХИДОНОВАЯ).
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫХ ВЖК:
1. Они являются обязательным структурным компонентом мембран клеток.
2. Являются источником гормон подобных веществ.
3. Стимулируют синтез желчных кислот в печени.
4. Предупреждают развитие атеросклероза, ограничивая всасывание холестерина пищи в кишечнике, тормозя образование АТЕРОГЕННОЙ фракции ЛИПОПРОТЕИНОВ.
5. Понижают свёртываемость крови и уменьшают возможность тромб образования.
6. Повышают защитные силы организма.
ПЕРЕВАРИВАНИЕ ЛИПИДОВ.
Поступающие с пищей ЛИПИДЫ в ротовой полости подвергаются только механической переработке. ЛИПОЛИТИЧЕСКИЕ ферменты - ЭСТЕРАЗЫ - в ротовой полости не образуются. Переваривание жиров у взрослого человека будет происходить в кишечнике, где для этого имеются все условия:
1. Наличие желчных кислот.
2. Наличие ферментов.
3. Оптимальная рН среды.
У детей до 1 года в кишечнике выделяется ЛИПАЗА, рН оптимум которой = 5-5,5. Под влиянием этого фермента расщепляются только жиры молока. У взрослого человека она не активна, т.к. рН желудочного содержимого =1,5 - 2,5. Следовательно, переваривание жиров в желудке не происходит (в норме).
Переваривание ЛИПИДОВ пищи в кишечнике происходит при наличии желчных кислот, образованных печенью, и ЛИПОЛИТИЧЕСКИХ ферментов ПЖЖ. При поступлении пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку в слизистой оболочке тонкой кишки начинают выделяться регуляторы: СЕКРЕТИН, ХОЛЕЦИСТОКИНИН, ХИМОДЕНИН, ИНТЕРОКЛИИН. Они обеспечивают:
-образование желчи в печени,
-сокращение желчного пузыря,
-выделение панкреатического сока,
-секрецию желез тонкого отдела кишечника. Всё это в целом обеспечивает быстрое переваривание пищи.
Особую роль в переваривании играют желчные кислоты. Все они образуются в печени и являются конечным продуктом окисления холестерина в организме. В основе их строения лежит структура ЦИКЛОПЕНТАНПЕРГИДРОФЕНАНТРЕН.
По своей химической природе все желчные кислоты являются производными ХОЛЕВОЙ К-ТЫ, у которой в 3, 7, 12 положениях имеются ОКСИГРУППЫ. Если у ХОЛЕВОЙ кислоты присутствует две группы в 3 и 7 положениях, то её называют ХЕНОДЕЗОКСИХОЛЕВОЙ. Если присутствует две группы в 3 и 12 положении, то она называется ДЕЗОКСИХОЛЕВОЙ. Если одна группа в 3 положении, кислота называется ЛИТОХОЛЕВАЯ.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЖЕЛЧНЫХ КИСЛОТ:
studfiles.net
Лекция №2 общая характеристика липидов. Классификация липидов. Резервные и протоплазматические липиды.Нейтральные жиры (триглицериды), их структура и функции. Физические и химические свойства.
ЛИПИДЫ – это общее название жиров и жироподобных веществ, которые отличаются различным строением, но некоторыми общими физико-химическими свойствами. Они нерастворимы в воде (гидрофобны) и растворимы в ацетоне, бензоле, спирте и других растворителях.
Все липиды можно разделить на нейтральные жиры и жироподобные вещества. Основные функции липидов: пластическая (структурная) – они участвуют в построении мембран и других компонентов клеток); энергетическая – при окислении 1 г жира освобождается 9,3 ккал (39 кДж) энергии; резервная – они откладываются про запас в подкожной жировой клетчатке, сальнике, капсуле почек, а также вокруг других органов, защитная (они предохраняют организм от переохлаждения).
Липиды делятся на резервные и протоплазматические. Количество резервных липидов колеблется от 10-15% веса тела в норме до 30% -при ожирении. Содержание протоплазматических (структурных) липидов очень устойчиво (около 25% от всего количества липидов в организме). Оно не изменяется при голодании и даже полном истощении организма.
НЕЙТРАЛЬНЫЕ ЖИРЫ (ТРИГЛИЦЕРИДЫ). Они являются по химической природе сложными эфирами, образованными трёхатомным спиртом глицерином и высокомолекулярными жирными кислотами. В природных липидах обнаружено более двухсот различных жирных кислот. Они делятся на предельные или насыщенные, которые не имеют двойных связей, и непредельные или ненасыщенные (содержат одну или несколько двойных связей). Среди предельных жирных кислот наиболее распространены масляная, пальмитиновая,стеариновая, среди непредельных – олеиновая, линолевая, линоленовая.
В животных жирах преобладают предельные (насыщенные) жирные кислоты. Жиры растительного происхождения (масла) отличаются прежде всего низким содержанием насыщенных кислот. Особое значение для организма имеют полиненасыщенные кислоты: линолевая и линоленовая. Они в организме не синтезируются. При их отсутствии в пище отмечаются нарушения обмена холестерина, заболевания кожи и т.д.
Жиры нерастворимы в воде. Основная химическая реакция, в которую вступают жиры – гидролиз. В организме человека при гидролизе жира образуются глицерин и жирные кислоты.
Гидролитическое расщепление жиров происходит также при нагревании их со щелочами (реакция омыления). В результате присоединения водорода (реакция гидрогенизации) в месте разрыва двойных связей ненасыщенные кислоты в составе жиров превращаются в насыщенные. Эта реакция широко используется для получения твёрдого жира (маргарина).
Жиры являются важными источниками энергии для организма, однако они окисляются более медленно и требуют больше кислорода для окисления. Поэтому они используются организмом для получения энергии во вторую очередь.
Лекция № 3 белки. Химический состав белков и их функции. Аминокислоты, их классификация. Уровни структуры белковой молекулы. Физико-химические свойства белков. Классификация белков.
Белки – это высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков аминокислот. В составе некоторых белков кроме аминокислот обнаруживаются и другие соединения. С белками связано всё многообразие функций организма, однако наиболее важными из них являются следующие:
- пластическая (структурная) – они составляют основу строения любой клетки;
- каталитическая – все ферменты в организме по химической природе являются белками;
- сократительная – её выполняют белки мышечной ткани;
- защитная – её выполняют белки, которые участвуют в таких защитных реакция как иммунитет и свёртывание крови;
- энергетическая – при окислении 1 г белка освобождается 4,1 ккал энергии;
- регуляторная – эту функцию выполняют белки-гормоны, которые вырабатываются в эндокринных железах и некоторых других органах
- транспортная – при участии белков происходит доставка различных веществ от одного органа к другому.
В состав белковых молекул десятки, сотни и тысячи остатков аминокислот. У всех аминокислот можно выделить общую, одинаковую часть молекулы, содержащую амино- и карбоксильную группы. Другая часть молекулы – радикал, которая у каждой из 20-ти аминокислот, имеет специфическое строение. Аминокислоты делятся на заменимые (они могут синтезироваться в организме) и незаменимые, которые в организме не синтезируются и должны поступать с пищей.
Аминокислоты в молекулах белков соединяются друг с другом пептидной связью, которая возникает при взаимодействии карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой аминокислоты с выделением воды. При этом образуются длинные неразветвлённые цепи – полипептиды. В состав белковой молекулы может входить одна или несколько полипептидных цепей.
В молекулах белков выделяют несколько уровней структуры: первичная структура представлена обычно одной или несколькими полипептидными цепями; вторичная структура у многих белков имеет форму спирали, у некоторых белков она может иметь складчато-слоистую форму; третичная структура белковых молекул может иметь форму шара (глобулярная) или форму нити (фибриллярная) структура; четвертичной структурой обладают только некоторые белки. Это сложное надмолекулярное соединение, состоящее из нескольких белков, имеющих свою собственную первичную, вторичную и третичную структуры (например, гемоглобин).
Классификация белков. Белки по химическому составу делятся на две группы: простые белки (протеины), состоящие только из аминокислот, и сложные белки (протеиды), имеющие в своём составе не только аминокислоты, но и другие соединения. Простые белки: протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины. Наиболее распространёнными животными белками являются альбумины и глобулины.
В молекулах сложных белков кроме аминокислот есть ещё небелковая часть (простетическая группа). В зависимости от строения этой группы выделяют следующие сложные белки: фосфопротеиды, нуклеопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды, хромопротеиды.
Свойства белков. Благодаря свободным карбоксильным и аминогруппам белки обладают амфотерными свойствами, т. е. свойствами оснований и кислот. Благодаря большим размерам молекул белки образуют в воде коллоидные растворы, устойчивость которых зависит от наличия у молекул белка водных оболочек.
Белки обладают гидрофильными свойствами (хорошо взаимодействуют с водой, при определённых условиях растворяются в воде, водных растворах солей и некоторых других растворителях.
Белки, находящиеся в растворе, могут выпадать в осадок. Осаждение белков может быть обратимым (высаливание белков), когда разрушается только водная оболочка, белок сохраняет свою структуру. Необратимое осаждение белка- денатурация. При этом происходит нарушение пространственной структуры белка под влиянием определённых факторов: термических (кипячение), химических (действие кислот и щелочей), радиоактивного излучения. При этом нарушаются свойства белков и их функция.
ЛЕКЦИЯ № 4
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. ИХ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ. СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. СТРОЕНИЕ ДНК И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ. РНК, СТРОЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ РНК И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.
ФЕРМЕНТЫ. ИХ СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ, ИХ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ.
При участии нуклеиновых кислот осуществляется хранение и передача наследственной информации путём контроля синтеза белка. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота) имеют различия в функциях, но их биологическая роль взаимосвязана.
По своему строению нуклеиновые кислоты являются высокомолекулярными соединениями (полинуклеотидами), состоящими из большого числа мононуклеотидов. Каждый из нуклеотидов включает в себя азотистое основание, углевод (пентозу) и остаток фосфорной кислоты. В составе нуклеотидов найдено пять азотистых оснований. Два из них – аденин и гуанин – являются производными гетероциклического соединения пурина (пуриновые основания). Три азотистых оснований – урацил, тимин и цитозин – производные пиримидина (пиримидиновые основания.
Углеводы, входящие в состав нуклеиновых кислот – это рибоза (в составе РНК) и дезоксирибоза (в составе ДНК).
Азотистое основание, связанное с углеводом, называется нуклеозидом.Нуклеозиды, содержащие аденин и гуанин, называются соответственно аденозин и гуанозин, а нуклеозиды с пиримидиновыми основаниями – уридин,тимидин и цитидин.
Нуклеиновые кислоты отличаются друг от друга строением входящих в их состав нуклеотидов, их количеством и порядком расположения.
Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль вокруг общей оси и образующих двойную спираль. Азотистые основания обеих цепей находятся внутри двойной спирали и соединены друг с другом водородными связями. Связывание азотистых оснований осуществляется по принципу комплементарности (соответствия). Аденин всегда соединяется с тимином, а гуанин с цитозином.
Принцип комплементарности лежит также в основе таких важнейших процессов, как репликация (удвоения молекулы ДНК в процессе клеточного деления), торанскрипция (передача генетической информации с молекулы ДНК на информационную РНК в процессе синтеза белков) и трансляция (сборка из аминокислот белковой молекулы на рибосомах).
ДНК является главным аппаратом кодирования наследственной информации в хромосомах. Информация передаётся в форме кода, основу которого составляет определённый набор нуклеотидов. Отдельные участки ДНК кодируют свойства белков различного состава и функции.
Первичную структуру РНК составляет цепь соединённых между собой рибонуклеотидов. Вторичная структура РНК зависит от вида РНК. Молекулы РНК имеют одноцепочечное строение и могут иметь спирализованные и складчатые участки за счёт водородных связей внутри цепи. Некоторые РНК (транспортные) имеют вид «клеверного листа».
Выделяют три вида РНК: м-РНК, набор её нуклеотидов кодирует строго определённый аминокислотный состав будущей молекулы белка; т-РНК осуществляет доставку аминокислот к месту синтеза белка; р-РНК образует структуру рибосом, где осуществляется синтез белка.
ФЕРМЕНТЫ. Ферменты, или энзимы – это особые белки, выполняющие роль катализаторов химических реакций. Все химические реакции в организме протекают с огромными скоростями благодаря участию ферментов.
Ферменты могут быть простыми белками – протеинами (однокомпонентными) ферментами и сложными – протеидами (двухкомпонентными ферментами). Белковая часть этих ферментов называется апоферментом, небелковая часть (простетическая группа) – коферментом.
Ферменты имеют сложную пространственную структуру. Не все участки их молекул выполняют одинаковую функцию. Некоторые функциональные группы непосредственно участвуют в связывании субстрата и его преобразовании – это активный центр фермента.
В ферментативной реакции выделяют три обязательные стадии. На первой стадии молекулы реагирующих веществ (субстратов) присоединяются к активному центру фермента за счёт слабых связей. Образуется фермент-субстратный комплекс. Под действием фермента молекула субстрата меняет свою пространственную конфигурацию, в ней уменьшается прочность связей. Фермент-субстратный комплекс становится нестабильным и затем преобразуется в комплекс фермент-продукт. На третьей стадии фермент-продукт распадается на фермент и продукты реакции.
Действие ферментов как катализаторов обладает некоторыми особенностями. Фермент не способен вызвать новую химическую реакцию, он только ускоряет уже идущую реакцию. Если реакция обратима, фермент может ускорять как прямую, так и обратимую реакцию.
При увеличении количества ферментов скорость реакции повышается до некоторого предела, который характеризуется количеством субстрата, доступным действию фермента.
Увеличение количества субстрата при постоянной концентрации фермента приводит вначале к быстрому, а затем к более медленному росту скорости ферментативной реакции, пока не достигается максимальная скорость, остающаяся практически неизменной при дальнейшем увеличении концентрации субстрата.
Максимальная скорость ферментативной реакции достигается только при определённой величине рН, которая для разных ферментов неодинакова.
Скорость ферментативной реакции зависит от температуры. Однако обшая закономерность (увеличение скорости реакции в 2 – 3 раза при повышении температуры на 10 градусов) наблюдается только в интервале от 0 до 25 градусов.
Скорость ферментативной реакции зависит от присутствия активаторов и ингибиторов. Активаторы- вещества, повышающие скорость определённых ферментативных реакций. В организме активаторами могут быть гормоны, ионы металлов, а также лекарственные препараты.
Ингибиторы – это химические соединения, которые избирательно тормозят определённые ферментативные реакции.
Классификация ферментов. Все ферменты делятся на шесть классов в зависимости от типа катализируемой реакции.
1 класс – оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
2 класс – трансферазы – ферменты, катализирующие перенос различных функциональных групп с молекулы одного вещества на молекулу другого.
3 класс – гидролазы – ферменты, катализирующие реакции гидролиза.
4 класс – лиазы – ферменты, катализирующие расщепление химических веществ без участия воды.
5 класс – изомеразы – ферменты, катализирующие изомерные превращения, т.е. перенос отдельных химических групп в пределах одной молекулы.
6 класс – лигазы или синтетазы – ферменты, катализирующие реакции синтеза высокомолекулярных полимеров (белков, полисахаридов, липидов, нуклеотидов) из мономеров.
Название фермента, как правило, состоит из двух частей. Первая часть является названием субстрата, превращения которого катализируется этим ферментом. Вторая часть названия, имеющая окончание «-аза», указывает природу реакции. Например, фермент, катализирующий отщепление водорода от лактата (молочной кислоты), называется лактатдегидрогеназа.
ЛЕКЦИЯ № 5
ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. АЭРОБНЫЙ И АНАЭРОБНЫЙ ТИП ЭНЕРГЕТИКИ. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ. СВОБОДНОЕ И СОПРЯЖЁННОЕ ОКИСЛЕНИЕ.
Биоэнергетика изучает закономерности преобразования энергии в живых организмах.
Энергия – это способность совершать работу. Различают потенциальную энергию, которая зависит от положения или состояния тела, и кинетическую, т.е. энергию движения. В живом организме потенциальная энергия – это химическая энергия связей между атомами в молекулах биоорганических соединений.
Потенциальная энергия химических связей обусловлена расположением валентных электронов на орбиталях с высоким энергетическим уровнем, куда они попадают при образовании молекул биоорганических соединений в процессе химических реакций.
Кинетическая энергия – это энергия потока электронов, скатывающихся по энергетическим уровням, которая в дальнейшем может быть использована для образования новых химических связей или превратиться в другие виды кинетической энергии: тепловую, механическую, электрическую и т.д.
Первичным источником энергии на Земле для всех биологических процессов служит солнечный свет. Лучистая энергия солнечного света возникает в результате термоядерных реакций, протекающих в недрах солнца. На Земле лучистая энергия солнечного света улавливается пигментом хлорофиллом зелёных растений и превращается в ходе реакций фотосинтеза в химическую энергию. Таким образом, энергия солнечного света, представляющая собой один из видов кинетической энергии, превращается в один из видов потенциальной энергии.
В организмах животных и человека химическая энергия, заключённая в молекулах питательных веществ, выделяется в процессе биологического окисления. Окисление – это химические реакции, при которых происходит перенос электронов от окисляемого вещества (донора электронов) к восстанавливаемому веществу (акцептору электронов). В большинстве реакций биологического окисления в качестве конечного акцептора электронов используется кислород. Это аэробный или дыхательный тип энергетики. Если акцептором электронов является не кислород, а какие-либо другие вещества, то это анаэробный тип энергетики.
Если вся энергия окисления выделяется в виде тепла, то это свободное окисление. Когда энергия окислительных реакций используется для одновременно происходящих реакций синтеза макроэргических соединений, происходит сопряжённое окисление. Универсальным макроэргическим соединением является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Энергия, аккумулированная в молекулах АТФ , может быть использована для различной химической работы. Образование АТФ является необходимым звеном в процессах аккумуляции и переноса энергии.
Среди огромного числа окислительных реакций, происходящих в организме, можно выделить три основных типа: прямое взаимодействие субстрата с кислородом; отщепление от субстрата водорода (дегидрогенирование); отщепление от субстрата и перенос электронов. В организме человека в сопряжённом окислении, как правило, используются реакции дегидрогенирования окисляемого субстрата с последующим переносом водорода на кислород при участии оксидоредуктаз.
Последовательность реакций, связанных с переносом водорода на кислород при участии специфических переносчиков электронов, называется дыхательной цепью. Процессы, протекающие в дыхательной цепи, называют ещё клеточным, или тканевым дыханием. Осуществляются они в митохондриях. Окислительно-восстановительные ферменты дыхательной цепи локализованы на внутренней мембране митохондрий. В состав этой системы входят:
- дегидрогеназы, у которых в качестве коферментов выступают НАД (никотинамидадениндинуклеотид) или НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат);
- флавиновые дегидрогеназы, роль которых выполняют ФАД (флавинадениндинуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид);
- убихинон (кофермент Q);
- цитохромы.
Тканевое дыхание – это основной способ получения АТФ, используемый всеми клетками организма (кроме эритроцитов). За счёт энергии, выделяющейся при движении электронов по дыхательной цепи, в митохондриях осуществляется синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на протяжении дыхательной цепи синтезируется три молекулы АТФ.
Образование АТФ в процессе тканевого дыхания называется окислительным фосфорилированием.
ЛЕКЦИЯ № 6
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ. ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ РАСПАД УГЛЕВОДОВ. АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД (ГЛИКОЛИЗ), АЭРОБНАЯ ФАЗА ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ (ЦИКЛ КРЕБСА).
Взрослому человеку в сутки требуется 400-500 г углеводов. Основные углеводы, поступающие с пищей – крахмал, клетчатка, сахароза, лактоза (молочный сахар), гликоген. Больше всего углеводов поступает с растительной пищей. Переваривание углеводов начинается в ротовой полости. Под действием фермента амилазы начинается расщепление крахмала с образованием низкомолекулярных полисахаридов – декстринов. Смесь из крупных молекул амилозы и амилопектина с декстринами, мальтозой, глюкозой поступает в желудок. Сильно кислая реакция желудочного сока угнетает ферменты слюны, поэтому дальнейшие превращения углеводов происходят в кишечнике. Завершается переваривание углеводов превращением образовавшейся мальтозы и других дисахаридов (сахарозы, лактозы) в моносахариды (глюкозу, фруктозу, галактозу), главным из которых является глюкоза.
Образовавшиеся моносахариды всасываются по системе воротной вены и поступают в печень. При этом в печень поступает практически только глюкоза, т.к. в клетках тонкой кишки в неё могут превращаться другие моносахариды (галактоза, фруктоза и др.).
В печени значительная часть глюкозы превращается в гликоген, который представляет собой запасную, резервную углеводов.
РАСПАД УГЛЕВОДОВ В ТКАНЯХ. Начальная фаза распада - анаэробная – гликолиз. Она включает более десяти реакций. Процесс гликолиза делится на три этапа:
подготовительный – активация углеводов и образование субстратов биологического окисления;
биологическое окисление и накопление энергии окисления в макроэргических связях субстрата с фосфорной кислотой;
накопление энергии окисления в макроэргических связях АТФ и формирование конечных продуктов гликолиза.
Подготовительный этап гликолиза начинается с активации глюкозы при взаимодействия её с АТФ. При этом используются две молекулы АТФ. Из глюкозы и из гликогена ( если он используется) образуются фосфосодержащие производные углеводов: глюкозо-6-фосфат, он изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, затем он превращается во фруктозо-1,6-дифосфат, который распадается на две фосфотриозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон., которые являются изомерами и способны к взаимопревращениям. Подготовительный этап завершается образованием двух молекул фосфоглицеринового альдегида, которые являются субстратами окисления.
На следующем этапе фосфоглицериновый альдегид подвергается биологическому окислению путём дегидрогенирования с помощью специфической дегидрогеназы и кофермента НАД. На этом этапе образуется макроэргическое соединение дифосфоглицериновая кислота, запас энергии в которой достаточен для того, чтобы преобразовать АДФ в АТФ.
На завершающем этапе в ходе ряда реакций образуется макроэргическое соединение фосфоэнолпировиноградная кислота, способная вступать в реакцию перефосфорилирования с АДФ с образованием АТФ и пировиноградной кислоты. Если условия анаэробные, то пировиноградная кислота присоединяет водород, отнятый от фосфоглицеринового альдегида и превращается в молочную кислоту (лактат). В аэробных условиях пировиноградная кислота включается в следующую фазу окисления (аэробную) – цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса.
Всего в ходе гликолиза образуется 4 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, но чистый выход энергии не 4, а две молекулы АТФ, т.к. на первом этапе гликолиза две молекулы АТФ из запасов клетки использовались для активации глюкозы и их надо вернуть.
Вторая фаза распада углеводов – цикл трикарбоновых кислот протекает в аэробных условиях. Пировиноградная кислота (ПВК) в аэробных условиях подвергается дальнейшему окислению при участии специфической дегидрогеназы в комплексе с 4-мя коферментами:
тиаминпирофосфатом (производным вит. В1);
амидом липоевой кислоты;
Ко – НАД (произв. вит. РР);
коферментом НS-КоА (произв.вит.В3).
Под влиянием этих коферментов ПВК подвергается окислительному декарбоксилированию. Продуктом этого процесса является ацетил – кофермент А, представляющий из себя активную форму уксусной кислоты, который включается далее в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В тот процесс поступают не только продукты распада углеводов, но и белков и жиров. Эти продукты расщепляются до СО2 и Н2О. Ферменты цикла Кребса локализованы в митохондриях в основном в матриксе.
Энергетический выход в цикле Кребса очень высок – 36 молекул АТФ. Подавляющее большинство молекул АТФ образуется не в самом цикле Кребса, а в дыхательной цепи, куда поступает водород при помощи НАД, НАДФ и ФАД, освободившийся в цикле Кребса.
ЛЕКЦИЯ №7
БИОХИМИЯ СПОРТА. СТРУКТУРА И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА. МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ. АНАЭРОБНЫЕ И АЭРОБНЫЕ ПУТИ РЕСИНТЕЗА АТФ.
СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА. Основная функция мышц - сократительная, которая обеспечивает разнообразную деятельность организма. Наибольший интерес для спорта представляют скелетные (поперечнополосатые) мышцы.
Структурной единицей мышцы является мышечное волокно. Оно окружено оболочкой сарколеммой, на поверхности которой располагаются окончания двигательных нервов. Всё внутреннее пространство мышечного волокна занято саркоплазмой, в которой находятся органоиды: ядра, митохондрии, рибосомы, лизосомы, саркоплазматическая сеть (ретикулум). Специальные органоиды мышечного волокна – миофибриллы, которые являются сократительными элементами мышцы.
Каждая миофибрилла имеет поперечную исчерченность благодаря чередующимся светлым и тёмным дискам. При этом тёмные диски одной миофибриллы располагаются рядом м тёмными дисками другой, что создаёт поперечную полосатость всего мышечного волокна.
Миофибриллы построены из сократительных белков. Основным сократительным белком является миозин. Это фибриллярный белок, молекула которого имеет довольно большой отрицательный заряд и обладает способностью взаимодействовать с ионами Са++ и Мg++. В присутствии ионов Са++ миозин проявляет АТФ-азную активность, т.е ферментативную способность ускорять гидролиз АТФ. Молекула миозина состоит из головки и хвоста. Головка миозина участвует в образовании связей (спаек) между миозином и актином.
Второй важнейший сократительный белок – актин. Заряд молекулы актина отрицателен и сравнительно невелик. Актин обладает способностью связывать ионы Са++.
К сократительным белкам относится также тропомиозин, который образует комплекс с белком тропонином. Тропонин имеет большой отрицательный заряд. В покоящихся мышцах тропонин соединён с актином и блокирует его активные центры. Эта блокада снимается после поглощения тропонином ионов Са++.
Тёмные диски миофибрилл построены из толстых и тонких нитей. Толстые нити построены из белка миозина, а тонкие состоят из трёх белков: актина, тропонина и тропомиозина.
МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ. При мышечном сокращении происходит повторяющееся образование и разрушение спаек между «головками» миозина и активными центрами актина. В покоящейся мышце спайки между миозином и актином не образуются. Этому препятствует комплекс тропомиозина с тропонином, несущий большой отрицательный заряд и блокирующий активные центры актина
Когда на мышцу подействует раздражитель (нервный импульс), происходит деполяризация сарколеммы, волна возбуждения распространяется вглубь волокна и достигает саркоплазматического ретикулума, где хранятся ионы Са++.
Ионы кальция освобождаются и связываются с тропонином, который теряет заряд и освобождает активные центры актиновых нитей. Возникает возможность образования спаек между актином и миозином.
Возвращение сокращённой мышцы при расслаблении в исходное состояние происходит при участии упругих сил, которыми обладают белки миостромины.
ХИМИЗМ (ЭНЕРГЕТИКА) МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ. Непосредственным источником энергии для мышечной деятельности является реакция расщепления АТФ. Запасы АТФ в мышцах относительно невелики, накапливать большое количество АТФ мышца не может, поэтому АТФ должна постоянно восстанавливаться (ресинтезироваться).
Ресинтез АТФ при мышечной деятельности может осуществляться как в анаэробных условиях, так и за счёт окислительных превращений в клетках, связанных с потреблением кислорода. В обычных условиях ресинтез АТФ происходит в основном за счёт окислительных превращений. При напряжённой мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в тканях усиливаются анаэробные процессы ресинтеза АТФ.
Существуют три вида анаэробных процессов, в ходе которых осуществляется ресинтез АТФ:
- креатинфосфокиназная реакция (креатинфосфатный путь), где ресинтез АТФ происходит за счёт перефосфорилирования между креатинфосфатом и АДФ. Это путь алактатный, включается он очень быстро, сразу после начала работы. Он очень короткий. Его хватает для поддержания усилий максимальной мощности в течение не более 10 – 15 с. Этот путь ресинтеза АТФ играет решающую роль в обеспечении кратковременных упражнений максимальной мощности, таких, как бег на короткие дистанции, прыжки, метания, тяжёлая атлетика и т.п.
- гликолиз. Это анаэробный процесс, лактатный, где ресинтез АТФ осуществляется за счёт ферментативного анаэробного расщепления углеводов, заканчивающегося образованием молочной кислоты. Наибольшей скорости гликолиз достигает к 20-30 с после начала работы и высокая активность его сохраняется до 2,5- 3,0х минут. Он является главным источником энергии при беге на средние дистанции, в плавании на 100 и 200 м, в велосипедных гонках на треке. За счёт гликолиза совершаются ускорения походу дистанции и на финише;
- миокиназная реакция. При этом ресинтез одной молекулы АТФ осуществляется за счёт двух молекул АДФ. Это происходит при выраженном мышечном утомлении.Этот путь ресинтеза АТФ считается аварийным, обеспечивающим восстановление АТФ в условиях, когда другие пути невозможны.
Аэробный механизм ресинтеза АТФ отличается наибольшей производительностью. В обычных условиях на его долю приходится около 90% от общего количества АТФ, ресинтезируемой в организме. Он включается медленно, но может продолжаться длительное время. Он играет ведущую роль как источник энергии при беге на длинные дистанции, в лыжных гонках и.д.
studfiles.net
