Строение и биологическая роль углеводов
Углеводы Глюкоза играет исключительно важную роль в энергетическом обмене биосферы. В процессе фотосинтеза происходит преобразование лучистой энергии солнца в химическую энергию связей образующейся молекулы глюкозы, которая затем используется всеми живыми организмами для обеспечения своей жизнедеятельности: 6 СО 2 + 6 Н 2 О + солнечная энергия → С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 Благодаря фотосинтезу в процессе эволюции произошло образование и накопление в атмосфере Земли молекулярного кислорода, что явилось необходимой предпосылкой для возникновения аэробных организмов.
Строение углеводов Углеводы – альдегидоспирты или кетоспирты и их производные: Н О R 1 - (OH)n C R C=O (OH)n Общая формула альдегидоспиртов R 2 - (OH)m Общая формула кетоспиртов
С 6 Н 12 О 6
Классификация углеводов Углеводы моносахариды олигосахариды полисахариды
Моносахариды (простые углеводы) не подвергаются гидролизу, получить из путем гидролиза более простые углеводы невозможно. К моносахаридам относятся: рибоза (С 5), дезоксирибоза (С 5), глюкоза (С 6), фруктоза (С 6), галактоза (С 6), и др.
Олигосахариды состоят из нескольких (до 10) моносахаридов, соединенной ковалентными связями. При гидролизе они распадаются на молекулы, входящих в их состав моносахаридов. В природе часто встречаются олигосахариды, состоящие из двух моносахаридов, т. е. дисахариды: Сахароза (пищевой сахар) – состоит из глюкозы и фруктозы Лактоза (молочный сахар) – состоит из глюкозы и галактозы
Полисахариды представляют собой длинные неразветвленные или разветвленные цепи, включающие сотни, тысячи моносахаридов. Наиболее распространенными в природе являются следующие полисахариды: целлюлоза (клетчатка), крахмал, гликоген. Все они состоят только из глюкозы.
В природе углеводы содержатся главным образом в растениях. Важнейшим природным углеводом является глюкоза, которая может находиться как в свободном виде (моносахарид), так и в составе олигосахаридов (сахароза, лактоза и др. ) и полисахаридов (клетчатка, крахмал, гликоген). В организме человека углеводов около 1 %. Главные углеводы человека – глюкоза и гликоген.
Пространственные формы глюкозы Ациклическая (альдегидная) форма Циклическая (полуацетальная) форма
В организме глюкоза находится в основном в крови, где ее содержание довольно постоянно и колеблется в узком диапазоне. У здорового человека в крови, взятой для анализа в состоянии покоя и натощак, концентрация глюкозы имеет следующие величины: 3, 9 - 6, 1 ммоль/л 70 -110 мг% 0, 7 -1, 1 г/л
• Гипогликемия - снижение концентрации глюкозы в крови. Наблюдается при голодании и продолжительной физической работе • Гипергликемия – повышение концентрации глюкозы в крови. Отмечается приеме пищи (пищевая гипергликемия), при эмоциях и стрессе (эмоциональная гипергликемия), при сахарном диабете (диабетическая гипергликемия)
• Глюкоза в организме выполняет в первую очередь энергетическую функцию и является главным источником энергии
Другим углеводом, типичным для человека и высших животных, является гликоген. Молекулы гликогена содержат тысячи и десятки тысяч остатков глюкозы и сильно разветвлены. Эмпирическая формула гликогена: (С 6 Н 10 О 5)n
Схема строения гликогена глюкоза (C 6 Н 10 О 5)n
Основные запасы гликогена находятся в печени и в мышцах. В печени концентрация гликогена может достигать 5 -6 % от ее массы В мышцах содержание гликогена до 2 - 3 % от их массы. Биологическая роль гликогена – это запасная, резервная форма глюкозы (депо глюкозы)
Строение и биологическая роль липидов
Липиды –разнообразные по строению вещества, обладающие одинаковыми физико-химическими свойствами: липиды не растворяются в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензол, гексан, бензин и пр. ). Липиды делятся на жиры и жироподобные вещества (липоиды)
Отличаются друг от друга жиры различного происхождения набором жирных кислот. Жирные кислоты Насыщенные или предельные (не содержат двойных связей) Ненасыщенные или непредельные (содержат двойные связи) Наиболее часто в состав природных жиров входят жирные кислоты, содержащие 16 или 18 атомов углерода (насыщенные: пальмитиновая (С 16), стеариновая (С 18); ненасыщенные: олеиновая (С 18, с одной двойной связью, линолевая (С 18, с двумя двойными связями).
Непредельные жирные кислоты, содержащие две и более двойных связей, называются полиненасыщенными. Такие жирные кислоты в организме человека не синтезируются и поэтому обязательно должны поступать с пищей. От содержания в жире непредельных кислот зависит его температура плавления. Чем больше в в молекуле жира двойных связей в жирных кислотах, входящих в его состав, тем ниже температура плавления. Отсюда следует, что непредельные жирные кислоты, в первую очередь полиненасыщенные, находятся преимущественно в составе растительных жиров.
Энергетическая функция жиров • Подобно углеводам жиры также являются важными источниками энергии (1 г жира при окислении дает около 9 ккал, при окислении углеводов выделяется только 4 ккал/г) • Запасы жира в организме значительно превосходят углеводные резервы • Жиры по сравнению с углеводами окисляются труднее и поэтому используются в организме во вторую очередь.
Защитная функция жиров • Вследствие низкой теплопроводности жиры и особенно подкожный жир защищают организм от перегревания и переохлаждения • Жир, входящий в состав большого и малого сальников, предохраняет органы брюшной полости от механических воздействий Жир, образующий околопочечную капсулу. Защищает почки от травматических повреждений
Классификация липоидов Липоиды Фосфолипиды Гликолипиды Стероиды Холестерин Желчные кислоты Кортикостероиды Андрогены Эстрогены Витамин D
Тест 1 Углеводы обязательно содержат функциональные группы: а) альдегидную и аминную б) альдегидную и карбоксильную в) альдегидную и спиртовую г) карбоксильную и спиртовую
Тест 2 Глюкоза является: а) моносахаридом б) дисахаридом в) олигосахаридом г) полисахаридом
Тест 3 Моносахаридом является: а) гликоген б) лактоза в) рибоза г) целлюлоза
Тест 4 Мономером гликогена является: а) глюкоза б) рибоза в) сахароза г) фруктоза
Тест 5 Сахароза является: а) моносахаридом б) дисахаридом в) олигосахаридом г) полисахаридом
Тест 6 Полисахаридом является: а) гликоген б) глюкоза в) рибоза г) сахароза
Тест 7 Глюкоза депонируется в печени в форме: а) гликогена б) крахмала в) лактозы г) сахарозы
Тест 8 Фруктоза входит в состав: а) гликогена б) клетчатки в) лактозы г) сахарозы
Тест 9 В состав молекулы целлюлозы входит моносахарид: а) галактоза б) глюкоза в) рибоза г) фруктоза
Тест 10 Лактоза является: а) дисахаридом б) моносахаридом в) полисахаридом г) трисахаридом
Тест 11 Природные жиры являются: а) моноглицеридами б) диглицеридами в) триглицеридами г) полиглицеридами
Тест 12 При полном окислении 1 г жира выделяется энергия в количестве: а) 2 ккал б) 4 ккал в) 9 ккал г) 15 ккал
Тест 13 Молекула жира состоит из: а) глицерина и аминокислот б) глицерина и жирных кислот в) жирных кислот и этанола г) кетокислот и глицерина
Тест 14 Полиненасыщенной жирной кислотой является: а) линолевая б) олеиновая в) пальмитиновая г) стеариновая
Тест 15 Температура плавления жира зависит: а) от количества двойных связей б) окраски в) плотности г) электропроводности
ВИТАМИНЫ
ВИТАМИНЫ • • • Витамины – низкомолекулярные органические соединения, не синтезируемые в организме, но являющиеся жизненно необходимыми для организма. Витамины должны обязательно поступать в организм с пищей в очень небольших количествах. Некоторые витамины в ограниченном количестве синтезируются микрофлорой толстой кишки. Биологическая роль большинства известных витаминов состоит в том, что они входят в состав коферментов. Коферменты – низкомолекулярные, небелковые соединения, участвующие вместе с ферментом в ускорении некоторых реакций организма. Главной действующей частью кофермента является витамин, входящий в его состав.
Провитамины – предшественники витаминов. Попадая в организм, провитамины превращаются в витамины. Антивитамины – вещества, затрудняющие действие витаминов в организме: - антивитамины могут нарушать всасывание витаминов, связываться с витаминами и блокировать их функцию. - антивитамины, близкие по строению к соответствующим витаминам, могут вместо них включаться в состав кофермента, что делает невозможным участие такого кофермента в катализе.
Классификация витаминов Витамины Водорастворимые Жирорастворимые (В 1, В 2, В 3, В 6, В 12, ВС, С, Н, Р, РР) (А, D, Е. К)
Гиповитаминозы – заболевания, возникающие при недостатке в организме отдельных витаминов Причины гиповитаминозов: Экзогенные (связанные с питанием, т. е. , с внешней средой) Эндогенные (связанные с состоянием организма, т. е. , с внутренней средой)
Экзогенные причины гиповитаминозов • Использование для приготовления пищи продуктов, содержащих мало витаминов • Неправильное приготовление пищи, вызывающее разрушение витаминов (длительная варка, многократное разогревание и т. п. ) • Однообразное питание. В этом случае в организме может возникнуть дефицит витамина, содержащегося в низкой концентрации в постоянно используемом продукте питания.
Эндогенные причины гиповитаминозов • Заболевания желудочно-кишечного тракта, сопровождающиеся нарушением всасывания витаминов • Угнетение микрофлоры кишечника (при лечении заболеваний антимикробными средствами) • Повышенная потребность организма в витаминах (при беременности, при физической работе большого объема)
Краткая характеристика отдельных витаминов • Витамин А (ретинол) – в сетчатке глаза участвует в световосприятии. При недостатке витамина развивается снижение темновой адаптации (сумеречная или куриная слепота) • Витамин В 1 (тиамин) – участвует в аэробном распаде углеводов. При нехватке витамина возникает полиневрит. • Витамин В 2 (рибофлафин) – участвует в тканевом дыхании. При дефиците витамина развивается дерматит. • Витамин В 6 (пиридоксин)- участвует в корректировке аминокислотного состава. При дефиците витамина развивается дерматит.
• Витамин Вс (фолиевая кислота) – участвует в кроветворении. При нехватке витамина возникает анемия (малокровие) • Витамин В 12 (цианкобаламин) – участвует вместе с вит. Вс в кроветворении. При нехватке витамина возникает анемия (малокровие) • Витамин С (аскорбиновая кислота) – участвует в синтезе коллагена, При дефиците витамина развивается цинга. • Витамин РР (никотинамид) – участвует в тканевом дыхании. При недостатке витамина возникает тяжелое заболевание – пеллагра.
• Витамин D (кальциферол) – участвует в окостенении. При дефиците витамина развивается рахит. • Витамин Е (токоферол) – главный антиоксидант организма, препятствует реакциям свободнорадикального окисления.
Тест 1 Витамины входят в состав: а) гормонов б) коферментов в) кетоновых тел г) полисахаридов
Тест 2 Цинга возникает при дефиците в организме витамина: а) А б) В 1 в) В 2 г) С
Тест 3 Цианкобаламин (витамин В 12) участвует в: а) глюконеогенезе б) кроветворении в) окостенении г) синтезе жира
Тест 4 Витамин А имеет еще название: а) бутанол б) кальциферол в) ретинол г) токоферол
Тест 5 Средняя суточная потребность организма в аскорбиновой кислоте: а) 1 -2 мг б) 5 -6 мг в) 10 -20 мг г) 50 -100 мг
Тест 6 Анемия (малокровие) развивается при дефиците в организме витамина: а) А б) В 1 в) В 12 г) РР
Тест 7 Снижение темновой адаптации возникает при дефиците в организме витамина: а) А б) С в) D г) РР
Тест 8 В процессе окостенения принимает участие витамин: а) А б) С в) D г) Н
Тест 9 Витамин В 6 имеет еще название: а) никотинамид б) пиридоксин в) ретинол г) тиамин
Тест 10 В процессе кроветворения принимает участие витамин: а) В 1 б) В 2 в) В 6 г) Вс
Тест 11 Эндогенной причиной возникновения гиповитаминозов является: а) нарушение всасывания витаминов б) неправильное приготовление пищи в) повышенное содержание витаминов в пищевых продуктах г) пониженное содержание витаминов в пищевых продуктах
Тест 12 Экзогенной причиной возникновения гиповитаминозов является: а) нарушение всасывания витаминов б) неправильное приготовление пищи в) подавление микрофлоры толстой кишки г) повышенная потребность организма в витаминах
ГОРМОНЫ
Гормоны – органические вещества разнообразного строения, вырабатывающиеся в специализированных органах – железах внутренней секреции, поступающие с кровью в различные органы и оказывающие в них регулирующее влияние на метаболизм и физиологические функции. Синтезируются гормоны в ничтожно малых концентрациях – (10 -6 – 10 -8 моль/л)
• Органы-мишени – органы, в которых реализуется действие гормонов. • Рецепторы гормонов – особые белки, находящиеся внутри клеток или в мембранах органов-мишеней. Эти белки избирательно связываются только с определенными гормонами, что позволяет органам-мишеням извлекать из крови только необходимые для них гормоны. • В органах-мишенях содержатся ферменты, разрушающие поступающие в них гормоны, что ограничивает действие гормонов во времени и предупреждает их накопление.
Строение гормонов Гормоны Белки и полипептиды Производные аминокислоты тирозина Стероиды
Гормоны белковой природы (белки и полипептиды) • Гормоны гипоталамуса (либерины, статины, вазопрессин, окситоцин) • Гормоны гипофиза (адренокортикотропный гормон (АКТГ), соматотропный гормон (гормон роста), тиреотропный гормон, гонадотропные гормоны, лактогенный гормон) • Гормон щитовидной железы кальцитонин • Гормон паращитовидной железы паратгормон • Гормоны поджелудочной железы (глюкагон, инсулин)
Гормоны – производные аминокислоты тирозина • Йодсодержащие гормоны щитовидной железы Главный гормон – тироксин • Гормоны мозгового отдела надпочечников катехоламины (адреналин, норадреналин). Главный гормон - адреналин
Стероидные гормоны • Гормоны коры надпочечников кортикостероиды Главные гормоны - альдостерон, гидрокортизон, кортикостерон, кортизон • Андрогены (мужские половые гормоны) Главный гормон – тестостерон • Эстрогены (женские половые гормоны) Главный гормон - эстрадиол
Механизм действия гормонов • Гормоны влияют на скорость синтеза ферментов, ускоряя или замедляя его. В результате такого воздействия в органахмишенях повышается или снижается концентрация определенных ферментов, что приводит к соответствующим изменениям скорости реакций. • Гормоны избирательно влияют на активность ферментов в органах-мишенях. При повышении активности ферментов реакции протекают с большей скоростью, а при снижении активности ферментов у реакций уменьшается скорость.
Механизм действия гормонов • Гормоны избирательно влияют на проницаемость клеточных мембран по отношению к определенным веществам. Следствием такого влияния гормонов является повышение или снижения содержания этих веществ в клетках, что вызывает возрастание или уменьшение скорости превращений этих веществ. • В конечном итоге все три механизма действия гормонов направлены на регуляцию скорости химических реакций, протекающих в клетках, что, в свою очередь, оказывает влияние на физиологические функции.
Краткая характеристика отдельных гормонов • Адреналин вызывает распад гликогена в мышцах и в • • печени, ускоряет выход жира из жировых депо в кровяное русло, повышает частоту дыхания и сердечных сокращений Андрогены влияют на формирование мужских вторичных половых признаков, ускоряют синтез белков. Глюкагон ускоряет в печени распад гликогена до глюкозы и вызывает повышение содержания глюкозы в крови. Инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы и ускоряет все превращения глюкозы в организме. Следствием такого действия является гипогликемия – понижение концентрации глюкозы в крови. Соматотропин (гормон роста) ускоряет синтез белков
Краткая характеристика отдельных гормонов • Тироксин ускоряет окислительные процессы. • Вазопрессин уменьшает объем мочи. • Кортикостероиды тормозят синтез белков. В печени вызывают глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводов (аминокислот, лактата, глицерина). • Эстрогены влияют на формирование женских вторичных половых признаков, ускоряют синтез белков (в меньшей степени, чем андрогены).
• Все железы внутренней секреции функционируют согласованно и оказывают друг на друга взаимное влияние. Введение в организм гормонов не только сказывается на функции железы, вырабатывающей вводимый гормон, но и может оказать негативное воздействие на состояние всей нервногормональной регуляции. • Использование в качестве допингов гормональных препаратов является опасным для здоровья спортсменов.
Анаболические стероиды – искусственно синтезированные соединения, близкие по строению к мужским половым гормонам. Эти вещества обладают выраженным анаболическим действием, проявляющимся в ускорении синтеза мышечных белков, что позволяет спортсмену быстро нарастить мышечную массу. Однако применение таких препаратов крайне опасно для здоровья. Длительный прием анаболических стероидов может вызвать нарушение половых функций, возникновение заболеваний печени и почек и , в том числе, злокачественных опухолей этих органов , изменение психики и др. Особенно опасно использование стероидов детьми, подростками и женщинами. Медицинской комиссией МОК анаболические стероиды отнесены к допингам.
Тест 1 Гормоны выполняют в организме функцию: а) б) в) г) каталитическую защитную регуляторную транспортную
Тест 2 Синтез гликогена из глюкозы ускоряет гормон: а) б) в) г) адреналин глюкагон инсулин тестостерон
Тест 3 Из аминокислоты тирозина в организме образуется гормон: а) б) в) г) адреналин кортикостерон соматотропин тиреотропин
Тест 4 Белковую природу имеет гормон: а) б) в) г) адреналин альдостерон соматотропин тироксин
Тест 5 Снижение концентрации глюкозы в крови вызывает гормон: а) б) в) г) адреналин глюкагон инсулин тестостерон
Тест 6 Распад гликогена в мышцах ускоряет гормон: а) б) в) г) адреналин альдостерон глюкагон инсулин
Тест 7 Йод необходим для образования гормона: а) глюкагона б) инсулина в) тестостерон г) тироксина
Тест 8 В поджелудочной железе синтезируется гормон: а) б) в) г) адреналин глюкагон кальцитонин тироксин
Тест 9 Стероидное строение имеет гормон: а) б) в) г) адренокортикотропин глюкагон кортикостерон соматотропин
Тест 10 К катехоламинам относится гормон: а) б) в) г) адреналин альдостерон тестостерон тироксин
Тест 11 Повышение концентрации в крови глюкозы вызывает гормон: а) б) в) г) адреналин инсулин кальцитонин паратгормон
Тест 12 Инсулин по строению является: а) б) в) г) белком липоидом производным тирозина стероидом
Общая характеристика восстановления Во время мышечной работы в организме возникают и нарастают разнообразные биохимические и функциональные сдвиги, приводящие в конечном итоге к снижению физической работоспособности и развитию утомления. Устранение этих негативных изменений осуществляется после работы, в процессе восстановления. Восстановление условно делится на две фазы: срочное и отставленное восстановление.
Срочное восстановление Начинается сразу же после завершения работы и продолжается до 60 -90 мин. Назначение срочного восстановления устранение конечных продукты анаэробного обмена, главными из которых являются креатин и лактат.
Устранение креатина Креатин образуется и накапливается в мышечных клетках во время выполнения физических нагрузок за счет креатинфосфатной реакции: Креатинфосфат + АДФ → Креатин + АТФ Эта реакция обратима. Во время отдыха она протекает в обратном направлении: Креатин + АТФ → Креатинфосфат + АДФ Избыток На устранение креатина требуется не более 5 минут.
Устранение лактата Лактат образуется и накапливается в результате функционирования гликолитического пути ресинтеза АТФ. Устранение молочной кислоты происходит, преимущественно, во внутренних органах, так как она легко выходит из мышечных в кровяное русло. В сердечной мышце (миокарде) лактат окисляется до воды и углекислого газа. При этом выделяется большое количество энергии. В печени лактат преимущественно превращается в глюкозу.
Отставленное восстановление Предназначено для восполнения запасов химических соединений, потраченных во время мышечной работы, и восстановления внутриклеточных структур, разрушенных или поврежденных во время работы. Основными биохимическими процессами, составляющими отставленное восстановление, являются синтезы гликогена, жиров и белков.
Синтез гликогена Гликоген синтезируется в печени и мышцах. Синтезируется гликоген из глюкозы, поступающей с пищей. Синтез гликогена ускоряется гормоном – инсулином. Максимальное время восполнения запасов гликогена – 24 - 36 часов.
Синтез жиров протекает в стенке тонкой кишки из продуктов распада пищевого жира. Синтез жира также осуществляется в жировой ткани, в основном, из глюкозы. Такой синтез ускоряется инсулином. Для восполнения запаса жиров требуется не более 36 -48 часов.
Синтез белков в основном протекает в мышцах. Синтезируются белки из аминокислот. Часть аминокислот образуется при распаде собственных белков организма, другая часть аминокислот должна поступать с пищей. Ускоряется синтез белков гормонами: соматотропином (гормон роста) и тестостероном (мужской половой гормон). Максимальное время синтеза белков – 48 -72 часа.
Суперкомпенсация гликогена при отставленном восстановлении
Методы ускорения восстановления • педагогические • психологические • медико-биологические
Педагогические методы ускорения восстановления • использование физических нагрузок, соответствующих функциональному состоянию спортсмена; • исключение чрезмерных нагрузок; • рациональная регулярность тренировочных занятий; • наличие необходимой продолжительности отдыха между тренировками; • чередование лактатных и аэробных нагрузок, предупреждающее образование и накопление лактата.
Психологические методы ускорения восстановления • психологическая саморегуляция; • • • аутогенная и психомышечная тренировка; внушение и гипноз; музыка и цветомузыка; специальные дыхательные упражнения; психогигиена
Медико-биологические методы ускорения восстановления • гидротерапия (душ, баня, сауна, ванны); • массаж (мануальный, вибромассаж, гидромассаж, подводный); • полноценное питание; • лекарственные средства
Тест 1 Субстраты, израсходованные во время работы, восстанавливаются в последовательности: а) б) в) г) белки, жиры, креатинфосфат, белки креатинфосфат, гликоген, жиры, креатинфосфат
Тест 2 Максимальное время восстановления запасов гликогена мышцах после работы большого объема: а) 20 -30 с. б) 4 -5 мин. в) 18 -24 час. г) 2 -3 суток
Тест 3 Максимальное время устранения лактата после выполнения лактатных нагрузок: а) 20 -30 с б) 4 -5 мин. в) 60 -90 мин. г) 2 -3 суток
Тест 4 После тренировки быстрей всего восстанавливаются запасы: а) б) в) г) белков гликогена жиров креатинфосфата
Тест 5 Максимальное время восстановления запасов креатинфосфата в мышцах после выполнения алактатных нагрузок: а) 20 -30 с б) 4 -5 мин. в) 18 -24 час. г) 2 -3 суток
Тест 6 Отставленное восстановление направлено на восполнение в мышцах запасов: а) гликогена б) ионов кальция в) креатинфосфата г) миоглоина
Тест 7 Быстрое исчерпание запасов креатинфосфата в мышцах наблюдается при выполнении нагрузок в зоне: а) максимальной мощности б) субмаксимальной мощности в) большой мощности г) умеренной мощности
Тест 8 Максимальное время восстановления запасов белков в мышцах после продолжительной работы силового характера: а) 4 -5 мин. б) 18 -24 час. в) 2 -3 суток г) 7 -8 суток
Тест 9 Синтез гликогена ускоряет гормон: а) адреналин б) инсулин в) кортикостерон г) тестостерон
Тест 10 Синтез мышечных белков ускоряет гормон: а) адреналин б) кортикостерон в) тестостерон г) тироксин
Скачать презентацию Строение и биологическая роль углеводов Углеводы Глюкоза
Углеводы, липиды, витамины, гормоны.ppt