Б1.В.10 Спортивная биохимия (стр. 4 )

в) миофибриллы г) Т-система

2. Основным функциональным элементом мышечной ткани является:

а) сарколемма б) саркоплазма

в) саркомер г) Т-система

3. Мембрана мышечного волокна называется…

а) саркоплазма б) сарколемма

в) лизосомы г) рибосомы

4. Вода в мышечной ткани составляет…

а) 20-30% б) 75-80%

в) 55-60% г) 40-50%

5. Белок, закрывающий активный центр I-диска, называется:

а) миозин б) актин

в) тропонин г) тропомиозин

6. В состав миофибрилл входят:

а) сократительные белки б) митохондрии

в) саркоплазма г) Z-мембрана

7. К безазотистым экстрактивным веществам мышечной ткани относят:…

а) белки б) липиды

в) нуклеотиды г) аминокислоты

8. При мышечном сокращении мембрана меняет свой заряд с положительного на отрицательный, т. е. происходит процесс ее …

а) активации б) инициации

в) трансляции г) деполяризации

9. Нейромедиатором возбуждения мышечной клетки является:

а) АТФ б) ацетилхолин

в) адреналин г) тропонин

10. Какой тип мышечных волокон вовлекается в сокращение при работе уровня 25-40% максимальной силы сокращения?

а) МС-волокна; б) БСб-волокна;

в) БСа-волокна; г) все типы волокон.

11. Какое количество мотонейронов иннервируют МС-волокна?

а) 200-300; б) 300-800;

в) 10-180; г) 500-1 000.

12. Содержание МС в мышцах нижних конечностей более 60 % у:

а) бегуна-стайера; б) бегуна-спринтера;

в) нет различий; г) у нетренированного

человека.

13. Какие мышечные волокна имеют минимальный порог возбуждения?

а) БСа-волокна; б) БСб-волокна;

в) МС-волокна; г) нет различий.

14. Какие мышечные волокна имеют большое количество и размеры миофибрилл:

а) БСа-волокна; б) БСб-волокна;

в) МС-волокна; г) нет различий.

Тема 3.

Биоэнергетика работающей мышцы

Для поддержания сократительной функции мышцы концентрация АТФ в ней должна находиться на постоянном уровне около 5 ммоль× кг-1. Такие запасы АТФ в мышечных волокнах могут обеспечить выполнение интенсивной работы только в течение очень короткого времени 0,5-2 с, что обеспечивает 3-4 одиночных сокращения максимальной силы. Дальнейшая мышечная работа осуществляется благодаря быстрому восстановлению (ресинтезу) АТФ из продуктов ее распада с затратой энергии:

АДФ + Н3РО4 + ∆Q→ АТФ

Реакция присоединения фосфата называется фосфорилированием, а реакция переноса его с одного вещества на другое – перефосфорилированием.

В покое, при сокращении и расслаблении мышц АТФ выполняет следующие функции:

-  в покоящейся мышце – препятствует соединению актиновых нитей с миозиновыми;

-  в процессе сокращения мышцы – поставляет необходимую энергию для движения тонких нитей относительно толстых, что приводит к укорочению мышцы и развитию напряжения;

-  способствует приобретению эластических свойств белку миозину;

-  в процессе расслабления – обеспечивает энергией активный транспорт Са+2 в ретикулум против градиента концентрации.

Ресинтез АТФ может осуществляться в реакциях, протекающих без участия кислорода (анаэробные механизмы) – креатинкиназная и миокиназная реакции, гликолитическое фосфорилирование и с участием кислорода - окислительное фосфорилирование (дыхание - аэробный механизм). Таким образом, в скелетных мышцах человека проходит 3 вида анаэробных и один аэробный путь ресинтеза АТФ (рис.4).

В рамках представлены энергетические субстраты и выделены названия механизмов ресинтеза АТФ

Рис. 4. Механизмы ресинтеза АТФ в мышцах.

Аэробный механизм ресинтеза АТФ включает реакции окислительного фосфорилирования, протекающие в митохондриях. Энергетическими субстратами аэробного окисления служат глюкоза, жирные кислоты, частично аминокислоты, а также некоторые промежуточные метаболиты гликолиза – пировиноградная кислота, β-окисления жирных кислот – кетоновые тела. В процессе дыхания не образуются токсичные соединения – конечными продуктами являются углекислый газ и вода.

Необходимым условием аэробного синтеза АТФ является хорошее снабжение клеток кислородом. Поэтому такой путь синтеза АТФ характерен для работы

умеренной интенсивности, когда потребность организма в кислороде удовлетворяется полностью или почти полностью. Максимальная мощность аэробного синтеза АТФ достигается на 2-3 минуте нагрузки умеренной мощности и может продолжаться до 30 минут. В более длительных упражнениях она постепенно уменьшается. Аэробный механизм энергообразования является основным при длительной работе большой и умеренной мощности: бег на дистанции 5 000 м и более, марафонском беге, плавании на средние и длинные дистанции, велогонки.

Креатинфосфокиназный (алактатный) механизм синтеза АТФ. Этот анаэробный механизм синтеза АТФ включает использование имеющегося в мышцах макроэргического фосфогенного вещества – креатинфосфата (КрФ), концентрация которого в 3-4 раза выше концентрации АТФ. КрФ отдает свою фосфатную группу на АДФ. Реакцию катализирует фермент креатинфосфокиназа

креатинфосфокиназа

КрФ + АДФ Кр + АТФ

Креатинкиназная реакция протекает чрезвычайно быстро. «Плюсами» этого пути запасания энергии являются быстрое и очень эффективное восстановление АТФ и отсутствие токсичных продуктов реакции (креатинкиназную реакцию также называют алактатным путем синтеза АТФ). Креатинфосфокиназный путь синтеза АТФ играет основную роль в энергообеспечении кратковременной работы максимальной мощности в течение 15-30 секунд, например бег и плавание на короткие дистанции, тяжелоатлетические упражнения, прыжки, метания. Он обеспечивает возможность быстрого перехода от состояния покоя к работе, а также финишного ускорения. Максимальная мощность креатинфосфокиназной реакции развивается уже на 0,5-0,7-й секунде интенсивной работы, что свидетельствует о большой скорости развёртывания, и поддерживается в течение 10-15 с у нетренированных, а у высококвалифицированных спортсменов-спринтеров до 25-30 с. Функционирует креатинфосфокиназная система преимущественно в быстросокращающихся мышечных волокнах, поэтому составляет биохимическую основу скорости и локальной мышечной силы (выносливости).

Креатинкиназная реакция обратима. Во время мышечной работы преобладает прямая реакция, восстанавливающая запасы АТФ, в период покоя – обратная реакция, восполняющая концентрацию КрФ. Однако восстановление КрФ возможно и во время аэробной работы (длительной и умеренно интенсивной).

Гликолитический (лактатный) механизм синтеза АТФ. Этот анаэробный механизм синтеза АТФ (подробно гликолиз был рассмотрен в лекции 5 «Биохимия человека») развертывается к 20-30 секунде после начала работы и к концу первой минуты становится основным и может поддерживать анаэробную нагрузку до 2-6 мин. Однако, при дальнейшей работе (примерно к 1,5 мин. после начала работы) наблюдается снижение скорости этого процесса. Метаболическая ёмкость гликолиза определяется внутримышечными запасами гликогена и зависит от работы буферных систем крови (от величины щелочного резерва крови). Гликолиз играет важную роль в интенсивной мышечной деятельности в условиях недостаточного снабжения мышц кислородом. Это основной путь энергообразования в упражнениях субмаксимальной и максимальной мощности, продолжительность которых составляет от 30 с до 2,5 мин. (бег на средние дистанции и т. п.). Также гликолитический механизм синтеза АТФ обеспечивает ускорение по ходу упражнений и на финише дистанции. Гликолиз является биохимической основой специальной скоростной выносливости организма.

Энергетический баланс гликолиза в случае окисления глюкозы составляет 2 АТФ, если исходным веществом является гликоген мышц – 3АТФ в пересчете на 1 молекулу глюкозного остатка. Гликолитический механизм ресинтеза АТФ отличается невысокой эффективностью, так как большая часть энергии остается в образующейся в процессе молочной кислоте Примерно половина всей выделяемой энергии превращается в тепло. Недостатком этого пути также является образование молочной кислоты – недоокисленного продукта глюкозы. Сначала она накапливается в мышцах, а затем выходит в кровь и способствует развитию ацидоза, что отрицательно сказывается на работоспособности.

Миокиназный механизм. Этот процесс заключается в переносе макроэргической фосфатной группы с одной молекулы АДФ на другую с образованием одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ:

миокиназа

АДФ+АДФ АТФ + АМФ

Катализирует эту реакцию фермент миокиназа. Этот анаэробный механизм синтеза АТФ проходит в мышцах при значительном увеличении концентрации АДФ. Условия для включения миокиназной реакции возникают при выраженном мышечном утомлении, когда возможности других путей практически исчерпаны или близки к тому. С этой точки зрения этот синтез АТФ можно рассматривать как «аварийный». Миокиназная реакция малоэффективна, так как из двух молекул АДФ образуется только одна молекула АТФ. При усилении этого пути часть образующейся АМФ может необратимо превращаться в инозиновую кислоту, которая не используется в энергетическом обмене. Это не выгодно, поскольку ведет к уменьшению общих энергетических запасов в организме. Однако миокиназная реакция легко обратима и может быть использована для поддержания постоянного уровня АТФ в мышцах.

Таким образом, в начале всякой работы (а при работе максимальной и субмаксимальной интенсивности на всем ее протяжении) ресинтез АТФ осуществляется анаэробным путем — сначала за счет креатинфосфата, а затем за счет гликолиза; по мере же продолжения работы гликолиз постепенно сменяется дыхательным фосфорилированием. Ниже приведен порядок включения различных путей синтеза АТФ:

- первые 2 – 3 секунд работы – расщепление только АТФ;

- 3 – 20 секунд работы – превалирование креатинфосфокиназного ресинтеза АТФ;