Особенности биохимических процессов энергообеспечения физических нагрузок в легкой атлетике на 100 метров (10 секунд)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет физической культуры»

Кафедра биохимии Курсовая работа по дисциплине: «Биохимия»

Особенности биохимических процессов энергообеспечения физических нагрузок в легкой атлетике на 100 метров (10 секунд) Выполнил студент 2 курса, группы 218

Подрядов Александр Проверила:

Тренёва М.В.

г. Челябинск, 2013 г.

1. Работа и зона мощности, выполняемая спринтером бегуном в соревновательных условиях. Соотношение аэробных и анаэробных процессов в организме при ее выполнении

2. Характеристика основного механизма образования АТФ

3. Биохимические изменения в мышцах, крови и моче спортсмена во время выполнении данной работы и в период отдыха после неё

4. Укажите качество двигательной деятельности, которое является ведущим при выполнении данной работы. Методы развития этого качества. Методы контроля за уровнем развития данного качества

5. Пол (перекисное окисление липидов). Роль при физической нагрузке

6. Антиоксидантные системы организма Заключение Литература

Введение

Биохимические изменения в работающих мышцах и в организме в целом в значительной степени зависят от типа выполняемого упражнения, его интенсивности и продолжительности. Кроме того, на степень биологических сдвигов влияет количество мышц, участвующих в работе.

Работа различной мощности и продолжительности обеспечивается различными механизмами энергообразования.

Легкоатлетический бег является циклическим упражнением, для бега характерно чередование одноопорных фаз с безопорными. Чем выше скорость бега, тем больше мощность работы и короче её продолжительность. Легкоатлетическую дистанцию 100 метров во время соревнований мы можем отнести к работе, находящейся во всех зонах мощности. Начиная от максимальной и до умеренной. Данные об общих энергозатратах и об относительном участии различных механизмов в энергообеспечение спринтерского бега на соревновательной дистанции.

1. Работа и зона мощности, выполняемая спринтером бегуном в соревновательных условиях. Соотношение аэробных и анаэробных процессов в организме при ее выполнении бегун аэробный биохимический спортсмен Мощность работы и механизмов энергообеспечения во всех циклических нагрузках, исходя из классификации В. С. Фарфеля, разделяют на 4 зоны: максимальную, субмаксимальную, большую и умеренную. Спринтерский бег на короткую дистанцию 100 метров относиться к зоне максимальной мощности. Во время работы в зоне максимальной мощности основным фактором, влияющим на работоспособность спортсмена, являются процессы торможения в ЦНС, нарушение передачи нервно-мышечных сигналов, снижение содержания креатина-фосфата в работающих мышцах спортсмена и неизбежное увеличение концентрации АДФ. При расчете энергии на 1метр дистанции, у нас получилось 0.12 ккал. Энергообеспечение происходит за счет алактатного анаэробного процесса. Анаэробный алактатный процесс (без участия лактата) путь энергообеспечения мышечной деятельности используется для короткой и интенсивной работы (спринт) — без участия кислорода, без образования молочной кислоты, за счет энергетических фосфатов. То есть все обеспечение энергии за счет анаэробно алактатного процесса равняется 90% и лишь 10% за счет аэробных процессов.

Анаэробные процессы:

1) АТФ => АДФ + Р + свободная энергия;

2) криатин-фосфат + АДФ => креатин + АТФ

3)2 АДФ =>АТФ + АМФ.

2. Характеристика основного механизма образования АТФ Алактатная анаэробная система.

Алактатные процессы энергообеспечения протекающие в мышцах нашего спортсмена, не требуют кислорода и не образуют лактат то есть молочную кислоту. Для того чтобы мышцы сокращались используется энергия макроэнергетических веществ, которые содержатся в мышечной ткани, то есть АТФ, АДФ и криатинфосфат.

Алактатная энергетическая система включает 3 реакции:

1) Аденозинтрифосфатная

2) Креатинфосфатная

3) Миокиназная

1. Аденозинтрифосфатная реакция начинает действовать при осуществлении мышечного сокращения, так как другие вещества химические вещества полные потенциальной энергией, не могут быть использованы для взаимодействия сократительных белков мышц. За счет действия АТФ происходит расщепление АТФ с образованием АДФ и неорганической фосфорной кислоты. Освобождающаяся энергия используется для мощного сокращения.

АТФ+H2O-АДФ+ФH+энергия АТФ-аза Время, при котором протекает реакция равна 0,5−1,5 секунды. Эта реакция имеет огромную значимость в обеспечении скорости и силы мышечной сократимости, так как активность АТФ-азы миозина обеспечивает скорость расщепления АТФ и освобождения энергии.

2. Креатинфосфатная реакция В мышечных клетках всегда имеется креатинфосфат — соединение, содержащее фосфатную группу, связанную с остатком креатина макроэнергической связью. Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким сродством к АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ:

Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой. В связи с этим данный путь ресинтеза АТФ еще называется креатинкиназным.

Креатинфосфатная реакция обратима, но ее равновесие смещено в сторону образования АТФ, и поэтому она начинает осуществляться сразу же, как только в миоцитах появляются первые порции АДФ.

При мышечной работе активность креатинкиназы значительно возрастает за счет активирующего воздействия на нее ионов кальция, концентрация которых в саркоплазме под действием нервного импульса увеличивается почти в 1000 раз. Другой механизм регуляции креатин-фосфатной реакции связан с активирующим воздействием на креатин-киназу креатина, образующегося в ходе данной реакции. За счет этих механизмов активность креатинкиназы в начале мышечной работы резко увеличивается и креатинфосфатная реакция очень быстро достигает максимальной скорости.

Креатинфосфат, обладая большим запасом химической энергии, является веществом непрочным. От него легко может отщепляться фосфорная кислота, в результате чего происходит циклизация остатка креатина, приводящая к образованию креатинина:

Образование креатинина происходит без участия ферментов, спонтанно. Эта реакция необратима. Образовавшийся креатинин в организме не используется и выводится с мочой. Поэтому по выделению креахинина с мочой можно судить о содержании креатинфосфата в мышцах, так как в них находятся основные запасы этого соединения.

Синтез креатинфосфата в мышечных клетках происходит во время отдыха путем взаимодействия креатина с избытком АТФ:

Частично запасы креатинфосфата могут восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности, при которой АТФ синтезируется за счет тканевого дыхания в таком количестве, которого хватает и на обеспечение сократительной функции миоцитов, и на восполнение запасов креатинфосфата. Поэтому во время выполнения физической работы креатинфосфатная реакция может включаться многократно.

Суммарные запасы АТФ и креатинфосфата часто обозначают термином фосфагены.

Образование креатина происходит в печени с использованием трех аминокислот: глицина, метионина и аргинина. В спортивной практике для повышения в мышцах концентрации креатинфосфата используют в качестве пищевых добавок препараты глицина и метионина.

3. Миокиназная реакция происходит в мышце при значительном увеличении концентрации АДФ в саркоплазме, когда возможности других путей почти исчерпаны или близки к тому. Суть этой реакции состоит в том, что при взаимодействии 2 молекул АДФ образуется 1 молекула АТФ:

АДФ+АДФ —МИОКИНАЗА————> АТФ+АМФ Условия для включения миокиназной реакции возникают при выраженном мышечном утоплении. Поэтому миокиназную реакцию следует рассматривать как «аварийный» механизм. Миокиназная реакция мало эффективна, так как из двух молекул АДФ образуется только одна молекула АТФ. Основным источником энергообразования является креатинфосфат.

4. Энергетические показатели основного пути энергообеспечения (мощность, ёмкость, эффективность) и биохимические факторы, которые влияют на их величину.

Энергетические возможности аденозинтрифосфатной и миокиназной реакции незначительны, биоэнергитические характеристики алактатной системы энергообеспечения определяются в основном креатинофосфокиназным процессом.

Максимальная мощность 3,8 дж/кг в минуту (900−1100кл/кг в минуту) Мощность этого процесса зависит от скорости распада АТФ, которая определяется активностью миозина. Скорость развертывания 0,5−1 секунды после начала интенсивной работы. Емкость здесь меньше чем у других, потому что она ограничена запасами креатинфосфата в мышцах. При уменьшении скорости креатинфосфокиназной реакции активируется гликолиз, которой сопровождается накоплением молочной кислоты. Это вызывает угнетение активности креатинкиназы и креатинфосфатный процесс к 30 сек практически прекращается Эффективность алактаной системы является наивысшим среди всех метаболических процессов ресинтеза АТФ и достигает 80%.

Таким образом, мы можем сказать что алактатный энергообеспечения характерная большой мощности и низкой емкостью, высокой подвижностью и высокой эффективностью.

3. Биохимические изменения в мышцах, крови и моче спортсмена во время выполнении данной работы и в период отдыха после неё

В мышцах при кратковременных нагрузках и высокой интенсивности будет увеличивается содержание продуктов распада АТФ-АДФ, АМФ. Также неорганического фосфата и креатина образующегося из КрФ, и его произведенного креатинина.

Изменения в моче: незначительные биохимические сдвиги в моче, которые наблюдаются после физической работы это появление веществ которые отсутствую у здоровых людей в покое, т. е. это белок и глюкоза.

Изменения в крови: данная работа является непродолжительной и занимает 10 секунд, значит изменения в крови буду незначительны. Из изменений мы может только увидеть активизацию креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ. Еще до начала физической нагрузки увеличивается концентрация глюкозы в крови, что говорит о увеличенной скорости мобилизации глюкозы в печени.

4. Укажите качество двигательной деятельности, которое является ведущим при выполнении данной работы. Методы развития этого качества. Методы контроля за уровнем развития данного качества В спринтерском беге на короткие дистанции огромную роль играет скоростно-силовые качества спортсмена.

Скоростные возможности или быстрота — это генеральное свойство ЦНС, выявляющееся в полной мере во время двигательной реакции и реализации простейших ненагруженных движений. Индивидуальные характеристики быстроты во всех формах ее проявления обусловлены генетическими факторами, и поэтому возможности ее развития ограничены. Быстрота определяется временем двигательной реакции, скоростью одиночного мышечного сокращения, частотой мышечного сокращения.

Скорость — это способность спортсмена совершать максимальное количество двигательных действий в минимальный отрезок времени, а целесообразно координировать свои усилия в зависимости от внешних условий, сопутствующих решению двигательной задачи.

Силаэто способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противостоять ему за счёт мышечных усилий (напряжений). Скоростно-силовые качества спортсмена зависят от морфологических особенностей строения мышечного волокна и процессов энергообеспечения работающих мышц.

Алактатная выносливостьэто креатинофосфатная выносливость, характеризуется наибольшим временем работы в зоне максимальной мощности 2−3 секунды (не более 10 сек). Для развития скростно-силовых качеств существует и используется два основных методических приема

1) Метод максимальных усилий

2) Метод повторения упражнений Метод максимальных усилий всегда направлен на развитие максимальной силы. Все упражнения выполняются с предельным усилием и небольшим числом повторений от 4 и до 6 повторений. Отдых при таком методе должен быть не более 1,5−2 минуты. При использовании этого метода, приводит к увеличению в мышцах АТФ-азной активностси миозина. Во время отдыха происходит восстановление креатинафосфата в мышцах, за счет которого обеспечивается выполнение упражнений с максимальной силой.

Метод повторных предельных упражнений применяется для усиления синтеза сократительных белков и увеличения мышечной массы. Применяется с отягощениями не более 70% максимальной силы с большими числами повторений до отказа и отдыхом 10−30 секунд. При сопротивлениях, составляющих более 50% максимальной изометрической силы, кровоток через мышцу резко уменьшается, что сопровождается появлением локальной гипоксии. В этих условиях (при дефиците аэробной энергопродукции) значительно исчерпываются алактатные анаэробные резервы и в мышцах накапливается большое количество свободного креатина, заметно усиливается образование молочной кислоты в результате гликолиза. Из-за дефицита макроэргических соединений при выполнении большого объема работы происходит разрушение мышечных белков и накопление продуктов их распада (низкомолекулярных пептидов, аминокислот и т. п.). Продукты расщепления белков, как и свободный креатин, служат активаторами белкового синтеза в период отдыха после скоростно-силовой работы, когда восстанавливается нормальное снабжение тканей кислородом и усиливается доставка к ним питательных веществ. Накопление молочной кислоты при предельной работе и вызванное этим изменение внутримышечного осмотического давления способствуют задержанию в мышцах межклеточной жидкости, богатой питательными веществами. При систематическом повторении таких тренировок в мышцах существенно увеличивается содержание сократительных белков и возрастает общий объем мышечной массы. Разумное сочетание и последовательность применения обоих методов в процессе тренировки могут обеспечить высокий уровень развития скоростно-силовых качеств спортсмена.

5. ПОЛ (перекисное окисление липидов). Роль при физической нагрузке Перекисное окисление липидов — незначительная часть кислорода, поступающего из воздуха в организм, превращается в активные формы — свободные радикалы, обладающие высокой химической активностью, вызывающие окисление белков, липидов, нуклеиновых кислот.

Физические нагрузки, свойственные современному спорту, приводят к чрезмерному образованию активных форм кислорода и значительному росту скорости ПОЛ.

Процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), играя важную роль в нормальном функционировании клетки, выступают и как ранние ключевые звенья ответной реакции организма на стрессорные состояния. Интенсивная физическая нагрузка, являясь стрессовым фактором, также сопровождается активацией процессов ПОЛ. Кроме того, при любой физической нагрузке потребление кислорода в органах возрастает в несколько раз и зависит от интенсивности и длительности нагрузки. Соответственно повышается уровень свободнорадикальных процессов в тканях. Усиленное образование продуктов ПОЛ в организме при мышечной нагрузке может свидетельствовать о снижении активности антиоксидантной системы (АОС). Соотношение этих процессов в организме во многом определяет структуру и функции биологических мембран.

Свободнорадикальные процессы и реакции (СПОЛ) — необходимое звено таких жизненно важных процессов, как транспорт электронов в цепи дыхательных ферментов, синтез Пг и лейкотриенов, пролиферация и дифференцировка клеток, фагоцитоз, метаболизм катехоламинов и др. В реакции СПОЛ могут вовлекаться белки, нуклеиновые кислоты, липиды, в особенности фосфолипиды. СПОЛ важно для регуляции липидного состава биомембран и активности ферментов. Последнее является результатом как прямого действия продуктов липоперок-сидных реакций на ферменты, так и опосредованного — через изменение состояния мембран, с которыми ассоциированы молекулы многих ферментов.

Интенсивность свободнорадикального перекисного окисления липидов регулируется соотношением факторов, активирующих (прооксидантов) и подавляющих (антиоксидантов) этот процесс. К числу наиболее активных прооксидантов относятся легко окисляющиеся соединения, индуцирующие появление свободных радикалов, в частности нафтохиноны, витамины, А и D, восстановители — НАДФН₂, НАДН₂, липоевая кислота, продукты метаболизма Пг и катехоламинов.

Процесс свободнорадикального перекисного окисления липидов можно условно разделить на три этапа:

1. кислородная инициация (кислородный этап);

2. образование свободных радикалов органических и неорганических веществ (свободнорадикальный этап);

3. продукция перекисей липидов

Начальным звеном свободнорадикального перекисного окисления липидов при повреждении клетки является, как правило, образование так называемых активных форм кислорода:

* синглетного

* супероксидного радикала

* перекиси водорода (Н₂О₂);

* гидроксильного радикала (ОН-)

Супероксидный радикал О₂ — генерируют лейкоциты (особенно интенсивно при фагоцитозе), митохондрии в процессе окислительных реакций, разные ткани при метаболической трансформации катехоламинов, синтезе Пг и других соединений.

Пероксид водорода Н₂О₂ образуется при взаимодействии (дисмутации) радикалов 02-в цитозоле клеток и матриксе митохондрий. Этот процесс катализирует супероксиддисмутаза (СОД):

О₂— + О₂— + 2Н+ => H₂O₂ + O₂

О₂— и Н₂О₂ оказывают повреждающее действие и сами по себе, но под влиянием ионов железа, присутствующих как в цитоплазме, так и в биологических жидкостях, 02~ и Н₂0₂ могут трансформироваться под влиянием каталазы в весьма агрессивный и обладающий высоким патогенным эффектом гидроксильный радикал ОН~:

Н₂О₂ + Fe₂ + -> Fe₃ + + ОН + ОН-;

О₂— + Н₂О₂ -> О₂ + ОН + ОН-.

Гидроксильные радикалы ОНактивно вступают в реакции с органическими соединениями, главным образом липидами, а также нуклеиновыми кислотами и белками. В результате образуются другие активные радикалы и перекиси. При этом реакция может приобрести цепной лавинообразный характер. Однако это происходит не всегда. Чрезмерной активации свободно-радикальных и перекисных реакций препятствуют факторы антиоксидантной защиты клеток.

6. Антиоксидантные системы организма В клетках протекают процессы и действуют факторы, которые ограничивают или даже прекращают свободно радикальные и перекисные реакции, т. е. оказывают антиоксидантный эффект. Одним из таких процессов является взаимодействие радикалов и гидроперекисей липидов между собой, что ведёт к образованию «нерадикальных» соединений. Ведущую роль в системе антиоксидантной защиты клеток играют механизмы ферментной, а также неферментной природы.

Чрезмерная активация свободно радикальных и перекисных реакций — один из главных факторов повреждения клеточных мембран и ферментов.

Решающее значение при этом имеют изменения физико-химических свойств липидов и появление структурных дефектов мембран.

* Изменения физико-химических свойств липидов мембран ведут к изменениям конформации липопротеиновых и белковых комплексов и в связи с этим — к ингибированию активности ферментных систем.

* Образование структурных дефектов в мембране — так называемых простейших каналов (кластеров).

Звенья антиоксидантной системы и её некоторые факторы.

Указанные процессы, в свою очередь, приводят к нарушениям важных для жизнедеятельности клеток процессов — рецепции и передачи гуморальных воздействий, трансмембранного переноса ионов и молекул, возбудимости, генерации и проведения нервных импульсов, обмена веществ, межклеточных взаимодействий и др.

Заключение

Проделав данную работу мы можем сделать выводы, что в беге на короткие дистанции, а то есть спринт 100 метров, спортсмен проделывает короткую и интенсивную работу и совершают максимальное количество двигательный действий, а так же противостоит внешнему сопротивлению за короткое время.

Физическая работоспособность спринтера при выполнении физической нагрузки в учебно-тренировочных и соревновательных условиях зависит от биоэнергетических возможностей организма. Работа спринтера включает в себя огромное количество мышечных сокращений (предельная работа) и проделывается всегда на предельных режимах. Биохимические изменения в организме при нагрузке обусловлены соотношением различных энергетических процессов, а важным фактором соотношения энергетических процессов, является мощность выполняемой работы и ее продолжительность. Исходя из данной нагрузки выполняемой на дистанции 100 метров можно сделать вывод, что чем больше мощность работы, тем меньше время ее выполнения. Выполняя работу на 100 метров скорость преодоления дистанции выше, а продолжительность меньше. Нагрузка выполняется в анаэробном режиме и каких либо значительных изменений в крови и моче не наблюдаются, кроме активизации креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ который характерен для нашей дистанции. Тренировочный процесс спринтера должен быть направлен на повышение скоростно-силовых качеств.

1. Михайлов, С. С. Спортивная биохимия. 2004 г.

2. Меньшиков В. В., Волков Н. И. Биохимия. 1986 г.

3. Соломина Т. В. Особенности процессов энергообеспечения физических нагрузок в циклических видах спорта. 1987 г.

4. Соломина, Т. В. Биохимия обменных процессов: учеб. пособие / Т. В. Соломина — Челябинск, 2009. — 94 с.

5. Биохимия. Учебник для институтов физической культуры / под ред. В. В. Меньшикова и Н. И. Волкова. — М.: ФиС, 1986.-384 с.

6. Львовская, Е. И. Основы общей и спортивной биохимии: учебник / Е. И. Львовская, Т. В. Соломина, Н. М. Григорьева — Челябинск, 2009. — 489 с.