Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Биохимия белков
Обмен белков при мышечной деятельности

Белки вносят незначительный вклад в энергетику мышечной деятельности, поскольку обеспечивают только 10—15 % общего энергопотребления орга­низма. Тем не менее они играют важную роль в обеспечении сократительной функции скелетных мышц и сердца, в формировании долговременной адаптации к физическим нагрузкам, создании определенного композици­онного состава мышц.

Физические нагрузки вызывают изменения в процессах синтеза и рас­пада белков в тканях, особенно в скелетных мышцах и печени, степень вы­раженности которых зависит от интенсивности и длительности физических нагрузок, а также от тренированности организма. Изменение внутриткане­вого обмена белков определяют обычно по концентрации в крови отдель­ных незаменимых аминокислот, которые в организме не синтезируются и образуются при распаде тканевых белков. В качестве специфического по­казателя распада сократительных белков актина и миозина используется 3-метилгистидин.

Однократные физические нагрузки вызывают угнетение синтеза белка и усиление их катаболизма. Так, например, при беге на тредмиле в тече­ние часа скорость синтеза белка в печени снижалась на 20 %, а при пре­дельной работе — на 65 %. Такая закономерность наблюдается и в скелет­ных мышцах. Под воздействием физических нагрузок усиливается распад мышечных белков (преимущественно структурных), хотя отдельные виды нагрузок усиливают распад и сократительных белков.

При систематических физических нагрузках в мышцах и других тканях активируется адаптивный синтез белка, увеличивается содержание струк­турных и сократительных белков, а также миоглобина и многих ферментов. Это приводит к увеличению мышечной массы, поперечного сечения мы­шечных волокон, что рассматривается как гипертрофия мышц. Увеличение количества ферментов создает благоприятные условия для расширения энергетического потенциала в работающих мышцах, что, в свою очередь, усиливает биосинтез мышечных белков после физических нагрузок и улуч­шает двигательные способности человека.

Нагрузки скоростного и силового характера усиливают в большей сте­пени синтез миофибриллярных белков в мышцах, а нагрузки на выносли­вость — митохондриальных ферментов, обеспечивающих процессы аэроб­ного синтеза АТФ. Тип физической нагрузки (плавание, бег) также во мно­гом определяет величину изменений белкового синтеза.

Адаптационные изменения обмена белков при мышечной деятельнос­ти изучались А.А. Виру, В.А. Рогозкиным, Н.Н. Яковлевым и другими уче­ными, которые пришли к заключению, что под влиянием тренировки в ске­летных мышцах происходит адаптивная активация всех основных звеньев синтеза белка, приводящая к общему увеличению клеточного белоксинтезирующего потенциала. В индукции адаптивного синтеза белка при трени­ровке важная роль принадлежит гормонам: глюкокортикоидам, адренали­ну, соматотропину, тироксину, инсулину. Они участвуют в обеспечении пе­рехода срочных адаптивных реакций в долговременную адаптацию.

Н.Н. Яковлевым обобщены возможные пути адаптивного протеиносин­теза в мышцах под влиянием систематической мышечной деятельности (рис. 100). Начало биохимической адаптации связано с повышением активности ряда ферментов и увеличением количества энергетических субстратов. Усиление энергетического обмена ведет к образованию мета­болитов — индукторов белкового синтеза на генетическом уровне. Индук­торами могут служить АДФ, АМФ, креатин, некоторые аминокислоты, цик­лический АМФ и др. Повышение активности генома вызывает усиление процессов трансляции либо синтеза структурных сократительных или фер­ментативных белков, что, в свою очередь, обеспечивает высокую функци­ональную активность мышц тренированного организма при выполнении мышечной работы.

Рис. 100 Схема усиления адаптивного синтеза белка в мышцах под воздействием систематической мышечной деятельности

Существенный вклад в энергетику мышечной деятельности, особенно длительной, вносят аминокислоты — продукты распада эндогенных белков. Их количество в тканях во время выполнения длительной физической ра­боты может увеличиваться в 20—25 раз. Эти аминокислоты окисляются и восполняют АТФ либо вовлекаются в процесс новообразования глюкозы и способствуют поддержанию ее уровня в крови, а также уровня гликогена в печени и скелетных мышцах (см. рис. 98).

Процессы распада белков и окисления аминокислот сопровождаются усиленным образованием аммиака (NH₃) при мышечной деятельности, ко­торый связывается в печени в цикле синтеза мочевины и выводится из ор­ганизма. Поэтому физические нагрузки вызывают увеличение содержания мочевины в крови, а нормализация ее уровня в период отдыха свидетель­ствует о восстановлении процессов распада и синтеза белков в тканях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каково содержание белков в организме человека и их суточное потреб­ление?

2. Охарактеризуйте химический состав, строение и свойства белков.

3. Какие биологические функции выполняют белки в организме?

4. Дайте характеристику аминокислот и биогенных аминов. Какова роль креатина в организме?

5. Какие аминокислоты называются заменимыми и незаменимыми? Как влияют они на биологическую ценность белков пищи?

6. Какая химическая связь называется пептидной? Напишите реакцию об­разования дипептида.

7. Что понимают под первичной, вторичной, третичной, четвертичной структурами белков? Каково их биологическое значение?

8. Какие свойства характерны для белков? Как они влияют на функции белков?

9. Каковы особенности строения сократительных белков мышц, белков соединительной ткани и переносчиков кислорода?

10. Какие знаете тканевые пептиды? Какова их роль в организме?

11. Охарактеризуйте основные этапы обмена белков.

12. Что понимают под азотистым балансом? Как оценивается состояние обмена белков?

13. Каковы особенности расщепления белков в процессе пищеварения и всасывания продуктов их гидролиза?

14. Дайте общую характеристику биосинтеза белка и его регуляции.

15. Назовите основные реакции превращения аминокислот в тканях. Како­во их значение для организма?

16. Как происходит связывание и выделение аммиака из организма? Рас­кройте суть цикла мочевины.

17. Каковы закономерности изменения обмена белков при мышечной дея­тельности?