Замай Т.Н. и др. Биохимия

Подождите немного. Документ загружается.

БИОХИМИЯ

Банк тестовых заданий в системе UniTest

Учебная программа дисциплины

Учебное пособие

Методические указания по лабораторным работам

Методические указания по самостоятельной работе

Красноярск

ИПК СФУ

2008

Электронный

учебно-методический комплекс

УДК 577.1

ББК 28.072

Б63

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия» подго-

товлен в рамках реализации в 2007 г. программы развития ФГОУ ВПО «Сибирский

федеральный университет» на 2007–2010 гг. по разделу «Модернизация образова-

тельного процесса».

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дис-

циплин

Б63 Биохимия. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие /

Т. Н. Замай, Н. М. Титова, Е. И. Елсукова, А. В. Еремеев. – Электрон. дан.

(3 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Биохимия : УМКД № 295-2007 / рук.

творч. коллектива Т. Н. Замай). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требо-

вания : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей)

1 ГГц ; 512 Мб

оперативной памяти ; 3 Мб свободного дискового пространст-

ва ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 /

XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чте-

ния файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-1080-6 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1440-8 (пособия)

Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802381

от 21.11.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического ком-

плекса по дисциплине «Биохимия», включающего учебную программу, методические

указания по лабораторным работам, методические указания по самостоятельной рабо-

те, контрольно-измерительные материалы «Биохимия. Банк тестовых заданий», на-

глядное пособие «Биохимия. Презентационные материалы».

Изложены основы статической, динамической и спортивной биохимии.

Предназначено для студентов направлений подготовки бакалавров 032100.62

«Физическая культура» и специалистов 032101.65 «Физическая культура и спорт»

укрупненной группы 030000 «Гуманитарные науки».

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ

в качестве учебного пособия

Редактор И. А. Вейсиг

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий элек-

тронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке

мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного про-

дукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрирован-

ными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 10.09.2008

Объем 3 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79



Биохимия. Учеб. пособие

-3-

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ........................ 8

ЧАСТЬ 1. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ ...................... 9

ТЕМА 1. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ

РОЛЬ УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ ................................ 9

1.1. Основные понятия биохимии ................................................................... 9

1.2. Основные разделы биохимии ................................................................ 10

1.3. Основные закономерности строения и метаболизма макромолекул в

живых системах .............................................................................................. 11

1.4. Превращение энергии в живых клетках ................................................ 13

1.5. Химические реакции в живых клетках .................................................. 14

1.6. Строение, свойства, биологическая роль углеводов .......................... 15

1.6.1. Биологические функции углеводов ................................................................ 15

1.6.2. Моносахариды ................................................................................................. 15

1.6.3. Олигосахариды ................................................................................................ 19

1.6.4. Полисахариды (гликаны) ................................................................................ 20

1.7. Строение, свойства, биологическая роль липидов .......................................... 22

1.7.1. Биологическая роль липидов .......................................................................... 23

1.7.2. Нейтральные липиды (ацилглицеролы) ........................................................ 23

1.7.3. Жирные кислоты .............................................................................................. 23

1.7.4. Нейтральные диольные липиды .................................................................... 25

1.7.6. Нейтральные плазмалогены ........................................................................... 25

1.7.6. Воска ................................................................................................................ 25

1.7.7. Глицерофосфолипиды .................................................................................... 26

1.7.8. Сфингофосфолипиды ..................................................................................... 26

1.7.9. Гликолипиды .................................................................................................... 26

1.7.10. Стероиды ....................................................................................................... 27

1.7.11. Терпены ......................................................................................................... 27

ТЕМА 2. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ

РОЛЬ БЕЛКОВ ........................................................... 28

2.1. Состав белков .......................................................................................... 28

2.2. Аминокислоты ......................................................................................... 29

2.3. Стереохимия аминокислот ..................................................................... 29

2.4. Связи, стабилизирующие белковую молекулу ..................................... 30

2.5. Конформации белков .............................................................................. 31

2.5.1. Первичная структура ....................................................................................... 31

2.5.2. Вторичная структура ....................................................................................... 31

2.5.3. Третичная структура ........................................................................................ 33

2.5.4. Четвертичная структура .................................................................................. 34

ОГЛАВЛЕНИЕ



Биохимия. Учеб. пособие

-4-

2.5.5. Биологические функции белков ...................................................................... 34

2.5.6. Классификация белков .................................................................................... 34

2.5.7. Простые белки ................................................................................................. 34

2.5.8. Сложные белки ................................................................................................ 35

ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ, СВОРЙСТВА,

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕОТИДОВ ............... 38

3.1. Строение нуклеотидов. Компоненты нуклеотидов .............................. 38

3.2. Образование нуклеотида ....................................................................... 39

3.3. Строение динуклеотидов и полинуклеотидов ...................................... 39

3.3.1. Структура ДНК ................................................................................................. 41

3.3.2. Структура РНК ................................................................................................. 42

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ .......................... 43

4.1. Витамины ................................................................................................. 43

4.1.2. Водорастворимые витамины .......................................................................... 43

4.1.2. Жирорастворимые витамины ......................................................................... 48

4.2. Ферменты ................................................................................................. 51

4.2.1. Химическая кинетика ....................................................................................... 51

4.2.2. Кинетика ферментативных реакций ............................................................... 52

4.2.3. Структура ферментов...................................................................................... 53

4.2.4. Регуляция активности ферментов .................................................................. 54

4.2.5. Классификация ферментов ............................................................................ 56

ТЕМА 5. ГОРМОНЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ,

КЛАССИФИКАЦИЯ, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ .......... 59

5.1. Механизм действия гормонов ................................................................ 59

5.2. Гормоны гипоталамуса ........................................................................... 60

5.3. Гормоны поджелудочной железы.......................................................... 61

5.4. Гормоны щитовидной железы ............................................................... 61

5.5. Гормоны коры надпочечников ............................................................... 62

5.6. Гормоны мозгового вещества надпочечников ..................................... 62

5.7. Гормоны половых желез ........................................................................ 63

5.8. Гормоны паращитовидной железы ....................................................... 63

5.9. Гормоны тимуса (вилочковая железа) .................................................. 63

ЧАСТЬ 2. ДИНАМИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ ................ 64

ТЕМА 6. ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ В

ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОМ ТРАКТЕ. ГЛИКОЛИЗ.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ

ПИРУВАТА ................................................................. 64

6.1. Метаболические пути и обмен энергии ................................................ 64

ОГЛАВЛЕНИЕ



Биохимия. Учеб. пособие

-5-

6.2. Обмен углеводов ..................................................................................... 66

6.2.1. Переваривание углеводов .............................................................................. 66

6.2.2. Всасывание моносахаридов ........................................................................... 67

6.2.3. Транспорт углеводов в клетки ........................................................................ 67

6.3. Гликолиз ................................................................................................... 67

6.4. Гликогенолиз ........................................................................................... 76

ТЕМА 7. АЭРОБНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ . 77

7.1. Энергетика брожения и дыхания .......................................................... 77

7.2. Общая схема дыхания ............................................................................ 77

7.3. Окисление пирувата до ацетил-КоА ..................................................... 78

7.4. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) .......................................... 80

7.5. Перенос электронов и окислительное фосфорилирование ............... 84

7.6. Путь переноса электронов – дыхательная цепь .................................. 85

7.7. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла ................................................ 87

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН .................................. 90

8.1. Превращение липидов в процессе пищеварения ................................ 90

8.2. Всасывание продуктов переваривания липидов и ресинтез липидов в

кишечной стенке ............................................................................................. 90

8.3. Внутриклеточные процессов расщепления и синтеза липидов

различных классов ......................................................................................... 92

8.4. Обмен триглицеридов и холестерина в тканях .................................... 93

8.5. Интеграция и регуляция метаболизма липидов ................................. 94

8.6. Нарушение обмена липидов при ожирении ......................................... 95

ТЕМА 9. БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН ................................... 96

9.1. Общие представления об обмене белков ............................................ 96

9.2. Пищеварение белков .............................................................................. 97

9.3. Синтез белков .......................................................................................... 98

9.4. Внутриклеточный распад белков ........................................................... 99

9.5. Пути выведения аммиака из организма ............................................... 99

ТЕМА 10. ИНТЕГРАЦИЯ КЛЕТОЧНОГО ОБМЕНА . 100

10.1. Взаимосвязь процессов обмена углеводов, липидов, белков ....... 100

10.2. Внутриклеточная регуляция обмена веществ.................................. 101

10.3. Нервная и гормональная регуляция обмена веществ .................... 101

ЧАСТЬ 3. СПОРТИВНАЯ БИОХИМИЯ .................... 103

ТЕМА 11. БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОГО

СОКРАЩЕНИЯ ......................................................... 103

11.1. Типы мышечных волокон ................................................................... 103

11.2. Ультраструктура мышечного волокна ............................................... 105

ОГЛАВЛЕНИЕ



Биохимия. Учеб. пособие

-6-

ТЕМА 12. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ .............................. 110

12.1. Креатинфосфокиназный механизм ресинтеза АТФ ........................ 112

12.2. Гликолитический механизм ресинтеза АТФ .................................... 113

12.3. Миокиназный механизм ресинтеза АТФ ........................................... 114

12.4. Аэробный механизм ресинтеза АТФ ................................................. 115

12.5. Соотношение анаэробных и аэробных механизмов ресинтеза АТФ

при мышечной нагрузке ............................................................................... 116

12.6. Биохимические факторы спортивной работоспособности ............. 117

ТЕМА 13. БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В

ОРГАНИЗМЕ ПРИ РАБОТЕ РАЗЛИЧНОГО

ХАРАКТЕРА. БИОХИМИЧЕСКИЕ

ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ УТОМЛЕНИИ. ........................... 120

13.1. Общие изменения в организме при физической нагрузке .............. 120

13.2. Биохимические изменения в мышцах при физической нагрузке ... 121

13.3. Систематизация упражнений по характеру биохимических

изменений при физической работе ............................................................ 122

13.4. Биохимические изменения при утомлении....................................... 124

ТЕМА 14. БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

В ПЕРИОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОСЛЕ

МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ ............................................ 126

14.1. Срочное и отставленное восстановление ........................................ 126

ТЕМА 15. ЗАКОНОМЕРНОСТИ БИОХИМИЧЕСКОЙ

АДАПТАЦИИ ПОД ВЛИЯНИЕМ

СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ ТРЕНИРОВКИ ..................... 128

15.3. Принцип обратимости действия ........................................................ 130

15.4. Принцип положительного взаимодействия ...................................... 131

15.5. Принцип цикличности ......................................................................... 131

ТЕМА 16. БИОХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРИ

ЗАНЯТИЯХ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ ................ 132

16.1. Биохимический контроль развития систем энергообеспечения

организма и уровнем тренированности, утомления и восстановления

организма ...................................................................................................... 132

16.2. Контроль за применением допинга в спорте .................................... 133

ОГЛАВЛЕНИЕ



Биохимия. Учеб. пособие

-7-

ТЕМА 17. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИЛЫ,

БЫСТРОТЫ И ВЫНОСЛИВОСТИ........................... 136

17.1. Морфологические и биохимические основы скоростно-силовых

качеств ........................................................................................................... 136

17.2. Биохимические основы методов скоростно-силовой подготовки

спортсменов .................................................................................................. 137

17.3. Биохимические основы выносливости ............................................. 138

17.4. Методы тренировки, способствующие развитию выносливости ... 138

ТЕМА 18. БИОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

МЕТОДИКИ ЗАНЯТИЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ И

СПОРТОМ С ЛИЦАМИ РАЗНОГО ВОЗРАСТА.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО

ПИТАНИЯ ПРИ ЗАНЯТИЯХ ФИЗИЧЕСКОЙ

КУЛЬТУРОЙ. ............................................................ 141

18.1. Биохимическое обоснование методики занятий физической

культурой и спортом с лицами разного возраста ..................................... 141

18.2. Биохимические основы рационального питания спортсменов ...... 142

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ......................... 144



Биохимия. Учеб. пособие

-8-

АДФ

аденозиндифосфат

АМФ

аденозинмонофосфорная кислота

АКТГ

адренокортикотропный гормон

АТФ

аденозинтрифосфат

Ацетил-КоА

ацетил-коэнзим А

БС-волокна

быстросокращающиеся волокна

ДНК

дезоксирибонуклеиновая кислота

КоQ

убихинон

КФ

креатинфосфат

КФК

креатинфосфокиназа

ЛПВП

липопротеины высокой плотности

ЛПОВП

липопротеины очень высокой плотности

ЛПНП

липопротеины низкой плотности

ЛПОНП

липопротеины очень низкой плотности

МОК

Международный олимпийский комитет

МПК

максимальное потребление кислорода

МС-волокна

медленносокращающиеся волокна

НАД

никотинамидадениндинуклеотид

РНК

рибонуклеиновая кислота

СР

саркоплазматический ретикулум

ФАД

флавинадениндинуклеотид

ФМН

флавинмононуклеотид

ХМ

хиломикроны

3`,5`-цAMP

циклический аденозинмонофосфат

RyR

рианодиновый рецептор



Биохимия. Учеб. пособие

-9-

Роль биохимии в современной спортивной практике все более

возрастает. Без знания биохимии мышечной деятельности, механизмов

регуляции метаболизма при выполнении физических упражнений

невозможно эффективное управление процессом тренировки и его

дальнейшая рационализация. Знание биохимии необходимо для оценки

уровня тренированности спортсмена, выявления перегрузок и

перенапряжения, для правильной организации режима питания. В настоящее

время для преподавателя физической культуры и тренера требуется не только

понимание биохимических процессов, происходящих в организме

спортсмена, но и умение провести несложные биохимические анализы и

оценить их результаты. Это делает необходимым углубленное изучение

биохимии.

Биохимия – это химия живых объектов (клеток и организмов). Все

живые объекты состоят из неживых молекул, которые подчиняются всем

основным законам природы (законы сохранения массы и энергии, законы

термодинамики. Живые объекты отличаются от неживых своей

способностью к метаболизму и воспроизведению (с передачей генетической

информации). Живой организм находится в постоянной взаимосвязи с

окружающей его средой. Из внешней среды он получает необходимые для

жизни питательные вещества, воду и кислород. Из поступающих извне

веществ в организме образуются сложные биоорганические молекулы,

принимающие участие в биохимических превращениях, в результате

которых во внешнюю среду выделяются продукты распада.

ТЕМА 1. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ

1.1. Основные понятия биохимии



Биохимия. Учеб. пособие

-10-

Одна из наиболее важных задач биохимии заключается в том, чтобы

на основе глубоких знаний химических превращений найти эффективные

пути управления обменом веществ, поскольку состояние обмена веществ

определяет норму и патологию. От характера и скорости процессов обмена

веществ зависит рост и развитие живого организма, его способность

противостоять внешним воздействиям, активно адаптироваться к новым

условиям существования. Изучение приспособительных изменений обмена

веществ позволяет лучше познать особенности адаптации организма к

физическим нагрузкам и отыскать эффективные средства и методы

повышения физической работоспособности.

Биохимия - биологическая наука, которая располагается на стыке

точных наук, изучающих физические и химические явления, и чисто

биологических дисциплин. Биохимические процессы, протекающие в живом

организме, полностью подчиняются всем известным физическим и

химическим законам. Биохимия показывает, как на основе элементарных

физических и химических явлений возникает качественно новое состояние

материи – биологическая функция.

Биохимию принято подразделять на статическую, динамическую и

функциональную. К функциональной биохимии относятся те области

биохимических знаний, где изучаются особенности протекания

биохимических процессов при различных функциональных состояниях

организма (медицинская биохимия, биохимия спорта и др.). Биохимия спорта

исследует закономерности биохимических превращений в организме

человека в процессе занятий физическими упражнениями. Положение

биохимии спорта среди научных дисциплин, объединенных в комплекс

спортивных наук, представлено на схеме (рис. 1

Основные проблемы спортивной биохимии:

1. Механизмы преобразования энергии в организме человека при

мышечной деятельности.

2. Регуляция синтеза белка при мышечной нагрузке.

3. Механизмы нервной и гормональной регуляции обмена

веществ при мышечной деятельности.

4. Закономерности биохимической адаптации к систематической

мышечной деятельности.

Прикладные биохимические исследования в спорте тесно связаны с

решением научно-методических проблем подготовки спортсменов высокой

квалификации.