Лекция 1. Биохимия спорта за 6 лекций. Биохимия мышц и мышечного сокращения

• Лекции посвящены биологической химии спорта.  

• Полезны для студентов факультетов физической культуры и интересующихся спортивной биохимией.  

• Основной учебник: "Спортивная биохимия" Михайлова.  

• Рекомендуется также книга "Проскоренная биохимия".  

• Книга "Биохимия мышечной деятельности" и "Общая биохимия и спорт" Ершова.  

• Книга Селезнева-Иванцова "Биохимические изменения при занятиях физкультурой и спортом".  

• Книга "Биохимический контроль в спорте" будет рассмотрена на последней лекции.  

• Биохимия спорта изучает химический состав живой материи и функции биомолекул.  

• Различают статическую и динамическую биохимию.  

• Функциональная биохимия изучает химические превращения в организме.  

• Биохимия спорта изучает эти процессы в условиях предельных физических нагрузок.  

• Биохимия спорта связана с физиологией, гигиеной, спортивной медициной и морфологией.  

• Теория и методика спорта тесно связана с биохимией спорта.  

• Полноценный тренер должен разбираться в биохимии на уровне школьника.  

• Начало систематического развития биохимии спорта в 1927 году.  

• Вклад советских ученых, таких как Яковлев, в развитие биохимии спорта.  

• Исследования раскрыли биохимические закономерности тренировок и особенности физических нагрузок.  

• Изучение особенностей обмена веществ при физических упражнениях.  

• Использование биохимических законов для совершенствования методов спортивной тренировки.  

• Установление принципов рационального питания спортсменов и путей повышения спортивной работоспособности.  

• Объекты биохимии: выдыхаемый воздух, кровь, моча, биоптаты мышечных тканей.  

• Методы: анализ крови, мочи, выдыхаемого воздуха, генетический анализ ДНК.  

• Важность сертифицированного оборудования для анализа спортсменов.  

• Генетический анализ ДНК доступен для около 50 генов.  

• Анализ помогает определить индивидуальный потенциал развития физических качеств.  

• Помогает выбрать подходящий вид спорта и избежать вредных видов деятельности.  

• Биохимия спорта важна для специалистов в области физкультурно-оздоровительных технологий.  

• Знания биохимии необходимы для глубокого изучения физиологии спорта и теории физического воспитания.  

• Взаимосвязь биохимии с теорией физического воспитания.  

• Мышцы на 75% состоят из воды, 20% - мышечные белки, 3-5% - гликоген, креатинфосфат, липиды.  

• Креатинфосфат и АТФ - основные источники энергии в клетке.  

• Соотношение объемов жировой и мышечной ткани объясняет внешний вид людей.  

• Мышца - это орган, состоящий из мышечной ткани.  

• Различают четыре типа тканей: эпителиальные, соединительные, мышечные и нервные.  

• Мышечные ткани: гладкая, поперечно-полосатая сердечная и скелетная.  

• Гладкая мускулатура способна к непроизвольным сокращениям.  

• Поперечно-полосатая сердечная мускулатура сокращается непроизвольно, но быстро и ритмично.  

• Скелетная мускулатура способна к произвольным сокращениям, обеспечивая подвижность и сопротивление нагрузкам.  

• Принцип работы мышц: превращение химической энергии АТФ в механическую работу.  

• Механическая работа включает напряжение, укорочение и расслабление мышечных волокон.  

• Переход к обсуждению молекулярного уровня строения мышц.  

• Переход от органного уровня к молекулярному.  

• Строение скелетной мышечной ткани: мышечные волокна, соединительная ткань, сухожилие.  

• Мышечное волокно состоит из симпласта с миофибриллами.  

• Миофибриллы как органоиды внутри мышечного волокна.  

• Сарколемма: оболочка мышечного волокна, состоящая из внутреннего и наружного листков.  

• Внутренний листок соответствует биологической мембране, наружный - базальной мембране из белков коллагена и эластина.  

• Т-трубочки как передающая система для сигналов из нервной системы.  

• Саркоплазматический ретикулум как аналог эндоплазматического ретикулума, содержащий ионы кальция.  

• Ионы кальция освобождаются при нервном импульсе, запуская мышечное сокращение.  

• Под сарколеммой находятся ядро, саркосомы, лизосомы и аппарат Гольджи.  

• Миофибриллы занимают центральное место в саркоплазме, обеспечивая мышечное сокращение.  

• Миофибриллы состоят из толстых и тонких белковых нитей протофибрилл.  

• Мышечное волокно как супер-клетка с миофибриллами.  

• Протофибриллы: актиновые и миозиновые.  

• Миозиновые протофибриллы состоят из молекул белка миозина, который включает две тяжелые и две легкие цепочки.  

• Миозиновые протофибриллы состоят из легких и тяжелых цепей миозина.  

• Легкие цепи в 10 раз меньше тяжелых и накручиваются на миозиновые головки.  

• В миозиновой протофибрилле около 400 молекул миозина, соединенных пучками хвост-хвост.  

• Миозиновые нити соединяются хвост-хвост, образуя зону М-диска или М-линии.  

• Миозиновая нить имеет интересное строение, изображенное на рисунке.  

• Актиновые протофибриллы состоят из актина, тропамиозина и тропонина.  

• Актин может быть глобулярным или фибриллярным, образуя спиральные нити.  

• Тропамиозин закрывает центр связывания актина с миозином, препятствуя мышечному сокращению.  

• Тропонин состоит из трех субъединиц: тропонин С, тропонин А и тропонин Т.  

• Тропонин С связывает кальций, отодвигая тропонин А и тропонин Т, освобождая центр связывания актина с миозином.  

• Саркомер — функциональная сократительная единица миофибриллы.  

• Саркомер состоит из актиновых и миозиновых нитей, прикрепленных к зет-пластинкам.  

• Сокращение саркомера происходит за счет движения актиновых нитей к М-диску и миозиновых нитей к зет-пластинке.  

• Мышечное сокращение требует команды из нервной системы.  

• Команда исходит из спинного мозга через двигательные нейроны.  

• Нервно-мышечный аппарат состоит из мотонейронов и мышечных волокон.  

• Теория скользящих нитей объясняет сокращение миофибрилл.  

• Сокращение происходит за счет выдвигания актиновых и миозиновых протофибрилл друг в друга.  

• Процесс требует наличия АТФ, высокой концентрации ионов кальция и ионов магния.  

• Выделяют три стадии мышечного сокращения.  

• Первая стадия: возбуждение сарколеммы.  

• Нервно-мышечный синапс передает нервный импульс через ацетилхолин.  

• Ацетилхолин открывает ионные каналы, пропуская натрий внутрь мышечного волокна.  

• Возбуждение распространяется по всему мышечному волокну через Т-трубочки.  

• Возбуждение переходит в сокращение через механизм сопряжения.  

• Ион кальция активирует актин и миозин, что приводит к мышечному сокращению.  

• Ионы кальция связываются с тропонином С, освобождая активные центры актина.  

• Миозин активируется и начинает расщеплять АТФ, выделяя энергию для мышечного сокращения.  

• Сокращение саркомеров состоит из четырех стадий.  

• Первая стадия: гидролиз АТФ на миозиновой головке.  

• Вторая стадия: отщепление фосфата и связывание миозина с актином.  

• Образуются сотни тысяч поперечных мостиков между актином и миозином.  

• Эти мостики сокращаются одновременно, вызывая мышечное сокращение.  

• После сокращения происходит отщепление АДФ и разрушение актин-миозинового комплекса.  

• Начинается новый цикл мышечного сокращения с активацией миозина и связыванием новой молекулы АТФ.  

• Рассмотрен механизм мышечного сокращения.  

• Для понимания источников энергии для мышечного сокращения необходимо рассмотреть энергетические системы и АТФ.