Природни науки »Химия

Метаболизъм
Превръщането на вещества и енергии в живия организъм е основното свойство на живата материя. Създаването на по-сложни вещества от по-прости с текуща консумация на енергия се нарича анаболизъм. Обратният процес с разделянето на по-сложни вещества на прости с придружаващото освобождаване на енергия се нарича катаболизъм. Растежът и развитието предполагат преобладаване на анаболизма. Тялото на спортиста в периода на интензивна и интензивна спортна тренировка трябва да се следи целенасочено и да се предотврати по-трайно преобладаване на катаболизма. Метаболизмът е свързан с потреблението или разхода на енергия. Основният източник на енергия са хранителните вещества - макроергичните субстрати, които включват захари, мазнини и протеини. Възможно е да се освободи енергия от макроергични субстрати по неоксидативен начин (анаеробен метаболизъм) или по оксидативен начин (аеробен метаболизъм). Живият организъм трябва да получи необходимата енергия, за да задоволи енергийните нужди на биологичните функции и да поддържа динамичния баланс на вътрешната среда (хомеостазата) - като основна предпоставка за живота. Основният начин за получаване на енергия за жизнените процеси и физическите дейности е окислителният метаболизъм. Скелетните мускули имат способността да получават и освобождават енергия по неоксидативен начин.

метаболизъм

4.2 Въглехидратна обмяна
Захарният метаболизъм е централният метаболитен път за метаболизма на всички хранителни вещества. Въглехидратите играят основната функция на горивото в метаболизма, което доставя енергия за механична работа, транспортни процеси срещу градиенти на концентрация и за биосинтез. Междинните продукти на метаболизма на захарта могат да се използват не само за енергийни цели, но и за споменатата биосинтеза. В тялото захарите са под формата на глюкоза, чието ниво в кръвта е относително постоянно и при физиологични условия варира леко около 5 mmol.l-1.

4.2.1 Храносмилане на въглехидрати
Въглехидратите, погълнати от храната, могат да бъдат разделени на целулоза, нишесте, захароза и лактоза. Под действието на слюнчената амилаза алфа нишестето се разцепва до декстрини. Амилазата се инхибира от киселинното рН в стомаха, но декстрините допълнително се разцепват до молекули на малтоза и изомалтоза от панкреатичната амилаза. В тънките черва, тогава:
- захарозата превръща молекула захароза в D-глюкоза и D-фруктоза,
- лактозата превръща лактазата в D-глюкоза и D-галактоза чрез действието на лактазата,
- малтозата се превръща в 2 молекули D-глюкоза чрез глюкоамилаза,
- изомалтозата се превръща в 2 молекули D-глюкоза чрез действието на 1,6-глюкозидаза,
- целулозата не се разгражда, но подобрява чревната перисталтика и подпомага храносмилането като цяло.
След това глюкозата се абсорбира в кръвта, откъдето се транспортира до черния дроб. В него 50% се превръщат в гликоген и балансът отива в органите на цялото тяло (мозък, миокард и други мускули и др.)

4.2.2 Гликолиза
Глюкозата може да се окисли в клетките по два начина: чрез гликолиза и в пентозния цикъл. От енергийна гледна точка е важна само гликолизата. Гликолизата е основният метаболитен път на разграждане на глюкозата в клетките. В зависимост от условията, при които гликолизата протича в клетките, се образуват различни крайни продукти. При гликолиза при аеробни условия (достатъчно кислород в клетките) крайният продукт е пируват и при анаеробни условия (недостатъчен кислород в клетките) като краен продукт се образува лактат. Пируватът е крайният продукт на гликолизата при аеробни условия. Аеробните условия присъстват в повечето животински клетки. Изключение правят напр. скелетни мускулни клетки. В интензивно работещия мускул, по време на свиване, тази тъкан е недостатъчно снабдена с кислород, създават се анаеробни условия. В зависимост от условията се различава и енергийният баланс на гликолизата. При анаеробни условия общият енергиен ефект от разграждането на една молекула глюкоза до две молекули лактат е образуването на две молекули АТФ (основен енергиен източник). Когато глюкозата се разгради при аеробиоза, полученият продукт е пируват и енергийният ефект е 38 молекули АТФ.

4.2.3 Глюконеогенеза (ново производство на глюкоза)
Произвежда се както от млечна киселина, така и от глюкопластични аминокиселини
в оксидативен режим на двигателна активност. Употребата на серин, глицин, хистидин, левцин, изолевцин, лизин подлежи на хормонален контрол от глюкокортикоиди. Теоретично мазнините могат да участват и в глюконеогенезата чрез ацетилкоензим А и оксалоацетат чрез фосфоенолпируват. Черният дроб осигурява глюконеогенеза както чрез механизма на циклите на Кори, така и чрез цикъла на аланин. По време на разграждането на аминокиселините в мускулите голяма част от аминогрупите се прехвърлят в пирувата, образуван по време на гликолизата. Полученият аланин се транспортира до черния дроб, където се трансформира, азотът се превръща в карбамид чрез трансформации на урейния цикъл и пируватът се използва за глюконеогенеза. Глюкозата навлиза в мускулите през кръвния поток и по този начин цикълът се затваря.

4.3 Метаболизъм на мазнините
Мастният метаболизъм включва както процесите на синтез на важни структурни компоненти на полупропускливите биологични мембрани, така и процесите на разцепване за енергийни цели. От енергийна гледна точка мазнините са съхраняващи вещества, в които хранителните вещества, получени над непосредствената нужда от енергийно покритие, се преобразуват. Биологичният полуживот на заместване на чернодробните мазнини е 1-2 дни, докато подкожно 15-20 дни. Хормоните адреналин и глюкагон имат липолитичен ефект чрез активиране на аденилат циклаза и впоследствие увеличаване на съдържанието на сАМР (цикличен аденозин монофосфат), подобно на мобилизацията на гликоген. Резултатът от ефекта им е повишаване на съдържанието на свободни мастни киселини в кръвта. Ако мазнините се използват в енергийния метаболизъм, е необходимо да се освободят 74 kJ, за да се промени 1 мол ADP на 1 мол ATP. Висшите ненаситени мастни киселини, които включват линолова, линоленова и арахидонова киселина, са основни компоненти на диетата. Метаболизмът на мазнините допринася за енергийното разплащане на физическата активност по-значително след 10-20 минути от нейната продължителност. Спортистите, приспособени към упражнения за издръжливост, използват по-рано мастни вещества в енергийния метаболизъм, но винаги само в случай на окислителен метаболизъм.

4.4 Неоксидативен метаболизъм
Неоксидативният метаболизъм е начин за преобразуване на вещества и енергии без непосредственото използване на кислород в химични процеси. Разграничаваме два качествено и количествено различни компонента: лактатния компонент на неоксидативния метаболизъм (неокислително освобождаване на енергия от доставката на макроергични фосфати) и лактатния компонент на неокислителния метаболизъм (неокислително образуване на макроергични фосфати и освобождаване на енергия от тях за мускулна контракция).

4.5 Окислителен метаболизъм
Окислителният метаболизъм е превръщането на вещества и енергии с незабавно снабдяване и използване на кислород. Той осигурява 13-19 пъти по-висок енергиен добив от превръщането на неоксидативен лактат. Преобладаването на приложението на този метод за снабдяване с АТФ на активни мускули е при физически дейности с умерена до средна интензивност, продължаващи над 90 s, където основата на свиването на скелетната мускулатура е главно функционалната активност на „бавните“, окисляващи мускулни влакна. Скоростта на доставяне на ATP за мускулна контракция е 1-1,5 mol ATP.min-1 и капацитетът на този метод на метаболитно покритие е теоретично неограничен с оптимизирана употреба, която документира дейността на сърдечния мускул. Контролираното спортно обучение може да развие окислителна способност
най-ефективно.

4.6 Основен метаболизъм
Базалният метаболизъм е минималната степен на метаболитна активност на организма при идеални външни условия и физическа и умствена дейност, ограничена до поддържането на основните жизнени функции. При хората се определя при следните условия:
- на гладно (16 часа без храна, 36 часа без протеин, които имат значителен специфичен динамичен ефект)
- безразлична температура (20-22 градуса облечени, 30 градуса облечени), която организмът субективно не усеща нито като топлина, нито като студ, обективно нито изпотяване, нито разклащане от студ
- във физически и психически мир