Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Зона мощности к которой относиться указанная работа

Введение.

Скоростной бег на коньках является циклическим упражнением, который отличается наличием фаз скольжения на малой опоре. Особенностью этих упражнений является также значительное статическое напряжение мыщц-разгибателей туловища и ног. Кроме того, бег на коньках осуществляется при низкой температуре воздуха, что обуславливает значительные теплопотери. Энергозатраты в беге на коньках на дистанции 5000 метров состовляет около 200ккал. Большое значение при выполнение скоростного бега на коньках имеет мощность и эффективность аэробного процесса энергообеспечения. Потребление кислорода на всех соревновательных дистанциях может достигать 5,0л/мин и более. У конькобежцев был отмечен высокий уровень МПК, причем величина его увеличивается с ростом квалификации спортсмена и зависит от специализации. Установлена зависимость спортивных результатов в конькобежном спорте от возможностей аэробных процессов. Таким образом, для достижения высоких результатов в конькобежном спорте имеют значение возможности и анаэробных и аэробного механизмов энергообеспечения. Результат в скоростном беге на коньках зависит от емкости гликолитического процесса и эффективности аэробного. Для направленного развития и совершенствования процессов энергообеспечения используются разнообразные тренировочные средства и методы.

1. Зона мощности к которой относиться указанная работа.

Дистанция конькобежного бега на коньках 5км продолжительностью 6,4мин. относиться к зоне большой мощности. В зоне большой мощности имеет предельную продолжительность 30 минут. Для работы в этой зоне характерен примерно одинаковый вклад гликолиза и тканевого дыхания. Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ функционирует только в самом начале работы и поэтому его доля в общем энергообеспечении данной работы мала. . Сравнительно большой уровень потребления кислорода несколько отстает от кислородного запроса организма, поэтому накопление кислородного долга все же происходит. К концу работы он бывает значителен. Значительны и сдвиги в химизме крови и мочи.

Рис.1 . Участие различных источников энергии в энергообеспечении мышечной деятельности в зависимости от ее длительности: 1 - расщепление АТФ; 2 - распад Кф; 3 - гликолиз; 4 - аэробное окисление.

2. Характеристика основного механизма образования АТФ: Энергетические источники, краткое описание процесса , реакции в которых образуется АТФ, конечные продукты.

Аэробный механизм энергообеспечения мышечной деятельности АТФ отличается наибольшей производительностью: в обычных условиях на его долю приходиться около 90% от общего количества АТФ, ресинтезируемой в организме. В основе процесса аэробного ресинтеза АТФ лежит процесс окислительного фосфорилирования. Реализация процесса окислительного фосфорилирования возможна на высокоспециализированных клеточных мембранах, где ферменты дыхательной цепи строго фиксированы по отношению друг к другу и проявляют высокое сродство к другим мембранным компонентам – фосфолипидам. Энергетическим субстратом является гликоген мышц, гликоген печени, глюкоза крови, жиры, и частично белки. Кроме этого субстратами аэробного процесса могут служить некоторые недоокисленные продукты метаболизма – молочная кислота, пировиноградная кислота, кетоновые тела и другие. Конечные продукты аэробного обмена – СО2 и Н2О – не вызывают существенного существенного изменения гомеостаза и легко удаляются из организма. Большинство аэробных клеток в качестве энергетического топлива используют в первую очередь углеводы. Жиры являются «первый резерв» и пускаются в окислительнывй процесс главным образом тогда, когда запас углеводов значительно исчерпан. Белки выполняют ряд важнейший функций в организме , поэтому они используются лишь после того, как будут израсходованы основные запасы углеводов и жиров. В аэробных условиях все эти вещества (углеводы, жиры, белки) постепенно превращаються в ацетил-КоА, который далее окисляется в цикле лимонной кислоты. Энергия окисления накапливается в восстановленной форме переносчиков водорода НАДН2 и ФАДН2, которые передают свои высокоэнергетические электроны и протоны по дыхательной цепи на кислород с образованием Н2О. Энергия движения Н+ аккумулируется в молекулах АТФ при их синтезе из АДФ И Фн высокоспецефическим ферментом АТФ-синтетазой.

Этапы аэробного окисления.

Аэробное окисление глюкозы (гликогена) подразделяеться на четыре четко различимых этапа:

-окисление глюкозы до образования пировиноградной кислоты;

-окислительное декарбоксилирование ПВК и образование Ацетил-КоА;

-окиление Ацетил-КоА в цикле Кребса.

-окилительное фосфорилирование, в результате которого происходит ресинтез АТФ.

Первый этап – практически полностью совпадает с анаэробным окислением глюкозы до момента образования ПВК. На этом этапе образуется два высокоэнергетических вещества (1,3- бифосфоглицериновая и фосфоенолпировиноградная кислоты) и один субстрат окисления – глицеральдегид-3-фосфат. Макроэргические соединения вступают в реакцию перефосфорилирования с молекулами АДФ с образованием АТФ.

Глицеральдегид – 3 – фосфат подвергается биологическому окислению с помощью дегидрогеназы и кофермента НАД. Образующийся НАДН2 направляется в дыхательную цепь митохондрий.

На втором этапе происходит окислительное декарбоксилирование ПВК, т.е. отщепление СО2 с одновременным окислением путем дегидрогенирования. Во время этих реакций ПВК соединяется с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуеться ацетил – КоА. Количество выделяющийся при этом энергии достаточно для образования в молекуле Ацетил – КоА высокоэнергетической связи. В процессе принимают участие три фермента (пируватдегидрокиназа, ацетилтрансфераза, дегидролипоилдегидрогеназа) и пять коферментов (ТПФ, амид липоевой кислоты, коэнзим А, ФАД и НАД+). Суммарную реакцию окислительного декарбоксилирования можно представить следующим образом:

ПВК+НАД+НS-КоА стрелочка ацетил-КоА+НАД Н2+СО2

Пируват НАД Н2, являющийя продуктом этой реакции направляется в дыхательную цепь митохондрий. Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты ацетил – КоА, переходит на третий этап, где подвергается дальнейшему окислению в цикле лимонной кислоты.

Третий этап аэробного окисления глюкозы состовляет цикл лимонной кислоты который протекает в матриксе митохондрий. Начинается цикл с конденсации ацетил-КоА, содержащем два атома углерода с четырехуглеродным аксалоацетатом (щавелево-уксусной кислоты). В результате образуется шестиуглеродный цитрат. Для этой реакции требуется энергия, которую поставляет макроэргическая связь ацетил-КоА. Далее цитрат превращается в изоцитрат, альфа-кетоглуторат, макроэргический сукцинит-КоА (активную форму янтарной кислоты), сукцинат (янтарную кислоту), малат (яблочную кислоту) и снова в оксалоацетат. Последний вновь способен вступить в реакцию новой молекулой ацетил-КоА. Таким образом цикл повторяется.

На этом этапе образуется четыре субстрата окисления ( изоцитрат,альфа-кетоглутарат,сукцинат и малат),которые дегидрогенируются с освобождением 4 пар атомов водорода и декарбоксилируются с образованием двух молекул CO2. Кроме того,в цикле лимонной кислоты образуется одно макроэргическое соединение (сукцинил-КоА), энергия которого используется для образования АТФ в процессе субстратного фосфорилирования.

Поскольку из одной окисленной молекулы глюкозы образуются две молекулы ацетил – КоА, для окисления каждой молекулы глюкозы в процессе дыхания требуются два оборота цикла. Поэтому в конечном итоге при окислении одной молекулы глюкозы синтезируются две молекулы АТФ, выделяются четыре молекулы СО2 и освобождается восемь пар атомов водорода. Водородные атомы присоединяются к НАД или ФАД и в конце концов попадают в дыхательную цепь.

Четвертый этап – транспорт атомов водорода, отнятых от субстратов окисления на всех предыдущих этапах, по дыхательной цепи на кислород. При этом на отдельных участках дыхательной цепи образуется энергия , которая аккумулируется в макроэргических связях АТФ. Объяснение процессу окислительного фосфорилирования дает хемиосматическая теория Митчелла, предполагающая, что синтез АТФ находится в тесной зависимости от того, каким образом протоны и электроны продвигаются по дыхательной цепи.

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

Максимальная мощность аэробного механизма наименьшая и составляет 1,2 кДж•кг-1•мин-1 и в равной степени зависит от скорости поступлениия и скорости утилизации О2 в клетках. Мощность аэробного энергообразования оценивается по величине максимального потребления кислорода (МПК), достигнутого при выполнении мышечной работы. У спортсменов эта величина составляет в среднем 5,5-6 л•мин-1, а у неспортсменов 2,5-3,5 л/мин-1. Поскольку она отражает скорость потребления О2 в работающих мышцах, а на скелетные мышцы приходится большая часть активной массы тела, то в целях сравнения аэробных способностей разных людей величины МПК обычно выражают в расчете на 1 кг массы тела. У молодых людей, не занимающихся спортом, МПК составляет 40-45 мл/кг-мин-1 (800-1000 Дж•кг-1•мин-1), у спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость, 80-90 мл•кг-1•мин-1 (1600-1800 Дж•кг-1•мин-1). Максимальная мощность аэробного процесса достигается на 2-3-й минуте неинтенсивной работы у спортсменов и на 4-5-й минуте, у неспортсменов и может поддерживаться до 15-30-й минуты. В более длительных упражнениях она постепенно уменьшается. Наиболее интенсивно протекают процессы аэробного энергообразования в медленносокращающихся мышечных волокнах. Следовательно, чем выше процентное содержание таких волокон в мышцах, несущих основную нагрузку при выполнении упражнения, тем больше максимальная аэробная мощность у спортсменов и тем выше физическая работоспособность при продолжительной работе. Метаболическая емкость аэробного механизма практически безгранична, поскольку имеются большие запасы энергетических источников, дающих большое количество ресинтезируемой АТФ. Так, при окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях образуется 38 молекул АТФ, тогда как в анаэробных -- только 2 АТФ: При окислении высших жирных кислот, например пальмитиновой, образуется еще больше энергии: Эффективность энергообразования этого механизма также высокая и составляет около 50 %. Определяется она по порогу анаэробного обмена (ПАНО): у нетренированных людей ПАНО наступает при потреблении кислорода примерно 50 % от уровня VO2max, а у высокотренированных на выносливость -- при 80-90 % МПК. Увеличение показателя ПАНО под влиянием специальной тренировки связано с повышением (адаптацией) возможностей кислородтранспортной системы, а также ферментативных, регуляторных и других систем. Аэробный механизм энергообразования является основным при длительной работе большой и умеренной мощности: беге на дистанции 5000 и 10 000 м, марафонском беге на 25 000 м, велогонках, плавании на 800 и 1500 м, беге на коньках на 5000 и 10 000 м. Он является биохимической основой общей выносливости.

4.Биохимические изменения в мышцах, крови и моче спортсмена при выполнении данной работы и в период отдыха после нее. Биохимические изменения в миокарде. Во время работы происходит усиление и учащение сердечных сокращений. В качестве источника энергии миокард использует глюкозу, жирные кислоты, кетотела, глицерин, который поступает с кровью. Собственные запасы гликогена, миокард не использует. При гликолитической работе в миокарде происходит окисление лактата до СО2 и Н2О. Биохимические изменения в головном мозге. В головном мозге развиваются процессы возбуждения, которые требуют повышенного количества АТФ, ее образование происходит аэробно, что требует повышенного количества кислорода. Энергетическим субстратом является глюкоза, она поступает с током крови. Постоянное снижение глюкозы в головном мозге ведет к снижению его активности и вызывает головокружение или обмороки. Биохимические изменения в печени. В печени под действием адреналина ускоряется распад гликогена, отсюда следует увеличение содержания глюкозы в крови – гипергликемия. В печень поступают жир и жирные кислоты. За счет мобилизации жира из жирового депо образуется большое количество кето - тел, которые поступают в кровь, развивается кетонемия. В печени происходит распад белков, дезаминирование, переход в углеводы. При мышечной работе идет интенсивный распад белка и его дезаинирование в печени. Происходит образование мочевины.

Биохимические изменения в мышцах

Продолжительность работы от 30 секунд до 1,5 минут, анаэробно – гликолитическая направленность. В организме накапливается лактат, уменьшается PH, уменьшается содержание гликогена в мышцах, накапливается аммиак в мышцах, кето-тела, снижение уровня креатинфосфата. Снижается количество креатинфосфата, накапливаются продукты его распада – креатин, креатинин, уменьшается содержание гликогена, накапливается лактат, снижается PH . В результате накапливается лактат, повышается осмотическое давление, мышцы набухают, появляется болезненность. Усиливается распад белков, повышается содержание свободных аминокислот, накапливается аммиак. Снижается активность ферментов.

Биохимические изменения в крови

Здесь происходит уменьшение содержания воды в плазме крови, разрушение внутриклеточных белков, изменение концентрации глюкозы. Увеличение глюкозы в крови при продолжительной работе (бег на коньках 1 000 метров) уровень глюкозы снижается. Повышение содержания лактата, при работе может повышаться уровень 15-20 м/моль. Повышение лактата приводит к снижению PH и может развиться ацидоз. Повышение концентрации свободных жирных кислот и кето-тел наблюдается при длительной работе. Увеличение содержания мочевины в крови при 1,5 минутной физической нагрузке увеличивается в 2-3 раза.

Биохимические изменения в моче Биологические изменения в моче связано с возможностью появления необходимых компонентов, которые в покое не содержатся: белок, глюкоза, мочевина, кетотела. Усиливается выделение минеральных солей. После окончания работы содержание различных метаболитов возвращается к исходному уровню. При этом происходит не только восстановление затраченных энергетических ресурсов, но и их сверхвосстановление.

5.Биохимические основы двигательных качеств спортсмена.

Аэробная выносливость проявляется при выполнении продолжительных упражнений умеренной мощности, которые, главным образом, обеспечиваются энергией за счет аэробного окисления. Аэробная выносливость определяется тремя главнейшими факторами: запасами в организме доступных источников энергии, доставкой кислорода в работающие мышцы и развитием в работающих мышцах митохондриального окисления.

В качестве источников энергии обычно используются углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела и аминокислоты. Вследствие большой продолжительности аэробной работа эти энергетические субстраты доставляются в мышцы кровью, так как собственные энергетические ресурсы мышечных клеток расходуются в начале работы.

Доставка кислорода в мышцах осуществляется кардио-респираторной системой. Поэтому для проявления аэробной выносливости исключительно важное значение имеет функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательных систем, кислородная емкость крови, обусловленная количеством эритроцитов и содержанием в них гемоглобина.

Внутримышечными факторами, ответственными за аэробную выносливость, являются размер и количество митохондрий - внутриклеточных структур,в которых при участии кислорода происходит синтез АТФ, а также содержание миоглобина – мышечного белка, обеспечивающего внутри мышечных волокон перенос кислорода к митоходриях.

6.Перекисное окисление липидов, этапы развития реакций ПОЛ.

Окисление перекисное сложный многостадийный цепной процесс окисления кислородом липидных субстратов, главным образом полиненасыщенных жирных кислот, включающий стадии взаимодействия липидов со свободнорадильными соединениями и образования свободных радикалов липидной природы. О. п. фосфолипидов биологических мембран играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Усиление процессов О. п. имеет существенное значение в этиологии и патогенезе многих заболеваний и развитии последствий различных экстремальных воздействий.

Перекисное окисление является частным случаем жидкофазного окисления углеводородов. Оно представляет собой типичный цепной процесс с выраженным разветвлением. О. п. может включить стадии неферментативного аутоокисления и ферментативные реакции. Ферментативный и неферментативный пути О. п. приводят к образованию свободных радикалов липидов в несколько основных этапов: инициирование (зарождение цепи) , , продолжение цепи ; разветвление цепи ; обрыв цепи молекулярные продукты, молекулярные продукты, молекулярные продукты, где RH — субстрат окисления (полиненасыщенная жирная кислота). В инициировании О. п. решающую роль играют так называемые активные формы кислорода, в первую очередь кислородные радикалы, содержащие неспаренные электроны. В результате одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода О₂ в клетках образуется супероксидный анион-радикал который возникает в электронпереносящей цепи митохондрий, хлоропластов, в реакциях, катализируемых некоторыми окислительными ферментами, при аутоокислении моноаминов и других соединений. При реакции дисмутации двух супероксидных радикалов образуется молекула перекиси водорода Н₂О₂; Другими источниками перекиси водорода являются реакции, катализируемые некоторыми оксидазами. В клетках существуют специальные системы обезвреживания токсичных кислородных радикалов, в частности ферментные: супероксиддисмутаза, катализирующая превращение супероксида в перекись водорода, каталаза и пероксидазы, катализирующие реакции, в которых перекись водорода восстанавливается до воды. К наиболее реакционноспособным и поэтому наиболее опасным радикалам кислорода относится гидроксильный радикал •ОН — один из основных повреждающих факторов при действии на живой организм ионизирующего излучения. Значительная часть радикалов •ОН в живых организмах генерируется в результате реакций перекиси водорода и супероксидных радикалов с каталитическими количествами металлов переменной валентности, в первую очередь, с ионами железа и меди. Относительно малоактивные и долгоживущие и Н₂О₂ могут служить источником взаимодействующего практически со всеми классами биомолекул радикала •ОН в присутствии микроколичеств свободных железа или меди. Наряду с радикалом •ОН непосредственными инициаторами О. п. могут быть и другие свободные радикалы, например протонированный супероксид-анион , а также синглетный кислород и ряд других активных форм кислорода.

Продукты О. п., в частности перекиси липидов, используются в организме для синтеза биологически активных веществ — простагландинов, тромбоксанов, стероидных гормонов и т.д. Интенсивность О. п. непосредственно связана с процессами обновления состава фосфолипидов биологических мембран, изменения относительного содержания липидов и белков и как следствие с изменением структуры биологических мембран и их функционирования. В живых организмах существует сложная система регуляции интенсивности процесса О. п. В норме процессы образования и расходования продуктов О. п. хорошо сбалансированы, что определяет их относительно низкое содержание в клетках. Скорость О. п. на уровнях инициирования, продолжения и обрыва цепи в значительной степени определяется структурной организацией липидов в биологической мембране. которая влияет на доступность остатков ненасыщенных жирных кислот для кислорода. Факторы, нарушающие «упаковку» липидов в биологической мембране, ускоряют, а факторы, поддерживающие структурированность липидов (например холестерин), тормозят О. п. Другим регуляторным компонентом системы О. п. являются ферменты, участвующие в образовании (например, некоторые оксидазы) или гибели (супероксиддисмутаза) активных форм кислорода и свободных радикалов, а также в разложении перекисей без образования свободных радикалов (каталаза, пероксидазы). Активность этих ферментов также может зависеть от структурированности липидного бислоя биологической мембраны. Практически на всех стадиях О. п. существенную модуляторную роль играют факторы, регулирующие обмен фосфолипидов биологических мембран и влияющие на скорость окисления путем изменения липидного состава мембран. Чрезвычайно важное значение в регуляции О. п. имеют многочисленные низкомолекулярные соединения, выполняющие функции инициаторов, катализаторов, ингибиторов, тушителей, синергистов этого процесса. К числу важнейших стабилизаторов биологических мембран относится природный антиоксидант (ингибитор О. п. ) витамин Е; другими природными антиоксидантами являются гормоны тироксин и кортикостероиды, витамин К, глутатион. Свойствами прооксидантов (веществ, усиливающих О. п.) обладают ионы металлов переменной валентности, витамины С, D и др.

При развитии патологического процесса баланс образования и расходования перекисей и других продуктов О. п. может нарушаться, метаболиты О. п. накапливаются в тканях и биологических жидкостях, что приводит к серьезным нарушениям, в первую очередь, в биологических мембранах. Следствием активизации О. п. может быть изменение физико-химических свойств мембранных белков и липидов, изменение активности мембранно-связанных ферментов, нарушение проницаемости мембран (в т.ч. для протонов и ионов кальция), ионного транспорта (например, угнетение натриевого насоса), уменьшение электрической стабильности липидного бислоя мембран. Активация О. п. приводит к изменению структуры липопротеинов сыворотки крови и гиперхолестеринемии, нарушает разнообразные процессы клеточного метаболизма практически на всех уровнях.

Токсичными для организма являются не только образующиеся в результате О. п. перекиси, но и продукты более глубокого окисления липидов альдегиды, кетоны, кислоты. Карбонильные продукты О. п. ингибируют ряд ферментов, подавляют синтез ДНК, увеличивают проницаемость капилляров, модифицируют агрегацию тромбоцитов и проявляют ряд других нежелательных эффектов. Инициирующие О. п. и возникающие в процессе окисления реактивные свободные радикалы вызывают повреждение структуры нуклеиновых кислот , прежде всего ДНК, деструкцию нуклеотидных коферментов, нарушения функционирования ферментов (в первую очередь SH-ферментов), ковалентную модификацию различных биомолекул. Следствием избыточной генерации свободных радикалов могут быть патологические изменения свойств сосудов.

Активация О. п. (так называемый синдром липидной пероксидации) является общим ключевым фактором, опосредующим повреждение мембранных структур органов и тканей при многих заболеваниях (за рубежом для таких заболеваний принят термин «свободнорадикальная патология»). Активация О. п. и роль в патогенезе показана при многих заболеваниях печени, артритах, атеросклерозе, ряде инфекций, вызываемых паразитами (например, малярии), заболеваниях легких, гипоксических, гипероксических и реперфузионных повреждениях органов и тканей, злокачественных опухолях, травмах, ожогах, катаракте и др. Для чрезмерной активации О. п., наблюдаемой в плазме (сыворотке) крови при идиопатическом гемохроматозе, в сыворотке крови и синовиальной жидкости при артритах и остеоартрите, в цереброспинальной жидкости при нейрональном липофусцинозе, основу создает избыток свободного железа и (или) меди в соответствующих органах. Возможная активация О. п. должна быть учтена при проведении лучевой терапии, ультрафиолетовом облучении, действии на организм различных полей (в т.ч. магнитного). При лечении в условиях гипербарической оксигенации возникающее в начале усиление О. п. за счет генерации активных форм кислорода исчезает после нескольких сеансов оксигенации. На разнообразных моделях стресса показано, что активация О. п. свидетельствует о срыве адаптивных механизмов и опосредует различные проявления повреждающего действия экстремальных факторов.

7.Антиоксидантные системы организма. Ферментативные и неферметативные антиоксиданты.

Антиоксидантная система (АОС) включает:

1. Энзиматические перехватчики, такие как супероксиддисмутазу (СОД), дисмутирующую О2 до Н2О2, каталазу и глутатионпероксидазу (ГПО), которые конвертируют Н2О2 до воды. ГПО и глутатион-S-трансфераза (ГSТ) участвуют в детоксикации гидропероксидов жирных кислот; 2. Гидрофильные скэвенджеры радикалов - восстановленный глутатион (ГSН), аскорбат, урат, тиолы (цистеин, эрготионеин); 3. Липофильные перехватчики радикалов - токоферолы, флавоноиды, каротиноиды, убихиноны, билирубин.; 4. Ферменты, осуществляющие восстановление окисленных низкомолекулярных биоантиоксидантов (глутатионредуктаза) или участвующие в поддержании в функционально активном состоянии белковых тиолов (тиоредоксинредуктаза); 5. Ферменты ,участвующие в поддержании внутриклеточного стационарного уровня восстановительных эквивалентов (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, катализирующая образование НАДФН в пентозофосфатном пути окисления глюкозы); 6. Антиоксидантные белки (церулоплазмин, альбумин, ферритин, трансферрин, лактоферрин и др.), участвующие в хранении, транспорте или обезвреживании ионов металлов переменной валентности. Клеточная АОС представлена семейством супероксиддисмутаз, глутатионпероксидаз и глутатион-S-трансфераз, а также глутатионредуктазой, найденных в цитоплазме, митохондриях и ядре. Каталаза локализована в пероксисомах и цитоплазме, а в такой высокодифференцированной и специализированной клетке, как эритроцит, существует в растворимой (в цитоплазме) и мембраносвязанной формах. Состав низомолекулярных антиоксидантов достаточно обширен: восстановленный глутатион и аскорбиновая кислота находятся в водной фазе клетки, защищая компоненты цитозоля и матрикса митохондрий, токоферолы и каротиноиды - плазматическую и внутриклеточные мембраны. АФК постоянно генерируются в водной фазе плазмы крови и других биологических жидкостей. О2 и Н2О2 могут образовываться ферментами активированных фагоцитирующих клеток, в продукцию О2 вовлечен и сосудистый энодотелий. Активированные нейтрофилы, кроме того, при участии миелопероксидазы генерируют внеклеточный гипохлорит.

Неферментативная антиоксидантная система

В качестве компонентов неферментативной АОС могут выступать низкомолекулярные вещества, имеющие высокую константу скорости взаимодействия с АФК. Неферментативная АОС включает различные по химическому строению и свойствам соединения: водорастворимые - глутатион, аскорбат, цистеин, эрготионеин, и гидрофобные - -токоферол, витамин А, каротиноиды, убихиноны, витамины группы К, которые снижают скорость образования свободных радикалов и уменьшают концентрацию продуктов реакций, протекающих с участием радикалов. Основная направленность действия низкомолекулярных АО связана с защитой белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также биомембран от окислительного разрушения при свободнорадикальной процессах. Важное значение низкомолекулярные АО приобретают в условиях окислительного стресса, когда ферментативная АОС оказывается менее эффективной в сравнении с их протекторным действием. Причины этого - быстрая инактивация конститутивного пула ферментов свободными радикалами и значительное время, необходимое для индукции их синтеза.

Гидрофобные (липидные) антиоксиданты В липидах содержатся природные антиоксиданты (АО), существенно влияющие на скорость реакции обрыва цепей окисления. К гидрофобным АО фенольного типа относятся три группы веществ: токоферолы, убихиноны и витамины группы К. Каждое из этих веществ образует группу структурно-родственных соединений, включающую хиноны, хинолы, хроманолы и хроменолы. В липидном бислое мембран эти формы могут переходить одна в другую. Каждая группа природных АО присутствует в липидах преимущественно в одной, наиболее стабильной для данных соединений форме: витамины группы К находятся в виде хинонов, токоферолы находятся в липидах, в основном, в циклической форме 6-оксихроманов как в виде свободного токоферола, так и в виде его эфиров, для убихинонов наиболее устойчивой является хинонная форма. Гидрохинонная форма убихинонов довольна нестабильна и окисляется кислородом воздуха, однако в клетках до 70% убихинона может находится в восстановленной форме. Более стабильными являются циклические формы - убихроменолы, не участвующие в процессе переноса электрона по дыхательной цепи. Предполагают, что эта форма выполняет в липидах роль АО. Характерной особенностью вышеназванных соединений является наличие в их структуре боковых алифатических заместителей, состоящих из нескольких изопреноидных звеньев, различающихся степенью ненасыщенности В состав природных АО, содержащихся в липидах, входят восстановленные фенольные формы, активно реагирующие с пероксирадикалами липидов (ROO) и окисленные хинонные формы, взаимодействующие с алкильными радикалами (R). Значительным сродством к пероксирадикалам обладают витамины группы К и токоферол, константы скоростей реакций составляют 5,8106 и 4,7106 М-1с-1 соответственно. Убихинолы и убихроменолы в 10 раз менее активны, чем токоферолы. Высокое сродство природных АО к пероксирадикалам обусловлено наличием в их молекулах лабильных гидроксильных групп, а длина и степень ненасыщенности боковых цепей не оказывает существенного влияния. Хиноны легко реагируют с алкильными радикалами липидов (R), доля которых в общем количестве свободных радикалов при ПОЛ велика, по механизму:

R + Q RQ; RQ + R RQR

и могут эффективно тормозить окисление. Хиноны и их производные способны реагировать с АФК, в частности, хиноны способны связывать радикалы супероксид-аниона, участвующие в инициировании цепей свободнорадикального окисления липидов, с образование семихинонов. Вместе с тем предполагают, что убисемихиноны и убихиноны могут, подобно менасемихинону и менадиолу, реагировать с молекулярным кислородом с образованием супероксидных анион-радикалов. Один и тот же АО в зависимости от концентрации может тормозить или ускорять окисление. Такие двойственные свойства по отношению к окислению липидов были установлены для токоферолов различного строения, витамина А и каротиноидов, соединений группы убихинона, ионов железа и аскорбиновой кислоты. В липидах биомембран всегда присутствуют несколько АО, изменяющих скорость окисления липидов. Между АО может наблюдаться эффект синергизма. Аскорбиновая кислота является синергистом по отношению к токоферолам. Восстанавливая радикалы токоферола до активной фенольной формы, аскорбиновая кислота увеличивает эффективность действия токоферола. Аналогичной способностью регенерировать токофероксильные радикалы обладают и убихинолы. Отдельные компоненты неферментативной АОС могут дополнять или подменять друг друга, осуществляя ингибирование на разной глубине окисления липидов. Среди липидных мембранных АО фенольного типа ведущая роль принадлежит токоферолам, поскольку именно они находятся в липидах в устойчивой фенольной форме. Реакция с пероксирадикалами липидов на стадии обрыва цепи не является единственно возможным путем воздействия токоферола на скорость ПОЛ. Токоферолы эффективно взаимодействуют с другими АФК (О2, НО, НО2,ROО), выполняющих роль инициаторов окисления. Выводя из сферы реакции АФК, токоферолы тем самым снижают общую скорость окисления за счет уменьшения суммарной скорости инициирования. Токоферолы являются тушителями синглетного кислорода. Витамин Е представлен несколькими гомологами (-, -, -, - токоферолами) из которых наибольшей антиоксидантной активностью обладает -токоферол. Эффективность действия -токоферола, как природного аниоксиданта, обусловлена его исключительно высокой антирадикальной активностью (константа скорости его взаимодействия с перекисными радикалами составляет 3,10,3 106 л/моль с, что на 1 - 2 порядка выше соответствующих констант скоростей для многих известных синтетических и биоантиоксидантов) и стабилизацией липидного бислоя мембран путем образования прочных комплексов с полиеновыми жирными ацилами липидов. Токоферол взаимодействует с перекисными радикалами в качестве донора водорода: ROO + -Т-ОН ROOH + -Т-О. Радикал токоферола регенерируется аскорбатом. Время полураспада -токоферола, определенное с помощью изотопной метки варьирует от 5 дней в печени и эритроцитах до 30 дней в клетках головного мозга. К гидрофобным антиоксидантам также относятся витамины группы А: А1 (ретинол), А2 и цис-форма витамина А1, отличающиеся дополнительными двойными связями в кольце -ионона. Все соединения представляют собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из 6-членного кольца (-ионон), двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы. Всасывание происходит в кишечнике в присутствие липидов. В организме легко окисляются с образованием цис- (сетчатка глаза) и транс-альдегидов (остальные ткани); откладываются про запас в печени в форме более устойчивых сложных эфиров: ретинилпальмитат, ретинилацетат и ретинилфосфат. Известны также предшественники (провитамины) витамина А - каротины. Различают -, - и -каротины. Наибольшей биологической активностью обладает -каротин, поскольку он содержит два -иононовых кольца и при расщеплении в кишечнике, и возможно в печени, при участие -каротин-диоксигеназы, в присутствие молекулярного О2, из него образуются две молекулы витамина А. Повышенное содержание -каротина в пищевом рационе и плазме крови оказывает профилактическое действие в отношении целого ряда заболеваний. Существует предположение, что благодаря наличию двойных связей в молекуле, витамин А может участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку он способен образовывать перекиси, которые в свою очередь увеличивают активность АО ферментов в клетке. Также предполагается участие витамина А в делении и дифференцировке клеток, обусловленного его действием на инициацию репликации; на рост костной ткани - участие в синтезе хондроитинсульфата. Неотъемлемым является участие витамина А в фотохимическом акте зрения.

Гидрофильные антиоксиданты

Глутатион: Глутатион - тиол небелковой природы, встречающийся во всех животных и растительных тканях, а также у ряда микроорганизмо. Глутатион существует в двух формах восстановленный (ГSH) и окисленный (ГSSГ). Восстановленный глутатион - трипептид -L-глутамилцистеинилглицин (-L-Глу- Цис- Гли). Химическая активность ГSH связана с тиоловой группой остатка Цис, являющейся донором протонов для многих соединений. Отдавая протон, ГSH легко окисляется с образованием димера с S-S- мостиком. Функции глутатиона многообразны: восстановление и изомеризация дисульфидных связей; влияние на активность ферментов и других белков, поддержание барьерных функций мембран, коферментные функции, резервирование цистеина, влияние на биосинтез нуклеиновых кислот и белка, пролиферацию и др.

Аскорбат: Витамин С (L-аскорбиновая кислота) по химическому строению является лактоном гулоновой кислоты со структурой, близкой -глюкозе. Благодаря наличию двух асимметричных атомов углерода, аскорбиновая кислота образует четыре стереоизомера, биологической активностью обладает только L-аскорбат. Присутствие в аскорбате двух двойных связей обуславливает ее способность к обратимому окислению, продуктом которого является дегидроаскорбиновая кислота (ДАК). ДАК устойчивое соединение. В ходе необратимого разрыва лактоновой связи часть ДАК превращается в 2,3 -декетогулоновую кислоту (ДКГК). При окислении ДКГК расщепляется на щавелевую и трионовую кислоты [Дегли, Никольсон, 1973].

Ферментативная антиоксидантная система Супероксиддисмутаза: Организмы различной степени сложности, утилизирующие кислород в процессах обмена веществ содержат ферменты, обладающие способностью дисмутировать супероксидные радикалы, обрывая тем самым опасную цепь свободнорадикальных превращений в самом зародыше. Эти ферменты называют супероксиддисмутазами (КФ 1.15.1.1., супероксид: супероксид оксидоредуктаза, СОД). СОД являются, в основном внутриклеточными ферментами и лишь небольшая часть СОД- активности обнаружена во внеклеточных жидкостях млекопитающих в виде гликозилированного тетрамера Cu,Zn-СОД с Mr 135 кДа. Этот гликопротеин проявляет сродство к сульфатированным полисахаридам таким, как гепарин и гепарансульфат.

Каталаза: Каталаза (КФ I.II.1.6, Н2О2: Н2О2- оксидоредуктаза, КТ), фермент участвующий в детоксикации нерадикальной активной формы кислорода - Н2О2.По химическому составу является гемопротеином и состоит из 4-х идентичных субъединиц, каждая из которых в качестве простетической группы содержит `емм с трёхвалентным железом.

Зона мощности к которой относиться указанная работа 📙 Курсовая → 🆔 83995