Pierwiastki z których zbudowane jest żywy organizm (makroelementy):tlen-o-65-Utlenianie, obecny w większości związków, składnik wody , węgiel-C-18-Szkielet cząsteczek organicznych, wodór-H-10-Obecny w większości związków, składnik wody, azot-N-3-Składnik wszystkich białek i kwasów nukleinowych, wapń-Ca-1,5-Składnik strukturalny kości i zębów, pełni ważną rolę w skurczu mięśnia, krzepnięciu krwi, przewodzeniu impulsów, fosfor-P-1-Składnik kwasów nukleinowych, pełni wazną rolę w przekazywaniu energii,potas-K-0,4-Główny jon dodatni, (kation), rola w przekazywaniu impulsów nerwowych,siarka-S-0,3-Wchodzi w skład większości białek,sód-Na-0,2-Główny jon dodatni, ważny w utrzymaniu równowagi płynów ciała, rola w przekazywaniu impulsów nerwowych,magnez-Mg-0,1-Składnik wielu ważnych układów enzymatycznych,chlor-Cl-0,1-Główny jon ujemny, ważny dla utrzymania równowagi płynów ciała,żelazo-Fe-śladowe-Składnik hemoglobiny, mioglobiny i innych enzymów,jod-J-śladowe-Składnik hormonów tarczycy.Skład chemiczny komórki: Związki organiczne:białka lipidy węglowodany kwasy nukleinowe, Związki nieorganiczne:woda, sole mineralne,dwutlenek węgla. Związki organiczne - mają najczęściej duże cząsteczki, złożone i zawierające węgiel Związki nieorganiczne - substancje o cząsteczkach stosunkowo małych i prostych.woda- To podstawowy związek nieorganiczny Zawartość wody w ludzkich tkankach waha się od 10-85% Woda jest niezbędna dla życia rozpuszczalnik,substrat i produkt wielu reakcji biochemicznych udział w procesach termoregulacyjnych, transport. Metabolizm- Całokształt przemian materii i energii zachodzących w organizmie określa się mianem metabolizmu.Metabolizm jest jedną z bardziej zauważalnych cech istot żywych, a jego ustanie jest ostatecznym sygnałem śmierci. Na metabolizm składają się tysiące różnych reakcji chemicznych. Reakcje metaboliczne pociągają za sobą przekształcenia energii. Reakcje chemiczne polegają na zmianie struktury jednej lub wielu cząsteczek. Istotą tych procesów jest przemiana substancji o określonych właściwościach w inną substancję o nowych właściwościach. Podczas reakcji energia jest pochłaniana lub uwalniana. Reakcje w żywych układach są precyzyjnie regulowane i wiążą się z przepływem bardzo małych ilości energii.Energia- Zmiany energii podlegają prawom termodynamiki:Prawo zachowania energii.Entropia wszechświata stale się powiększa.Żywy organizm musi pobierać energię ze środowiska i przekształcać jedną formę w drugą. W trakcie wielu przekształceń część energii jest zamieniana na ciepło i ulega rozproszeniu w środowisku. Formy energii w żywych układach: -Entropia - jest to przypadkowy, nieuporządkowany stan energii, która w tym układzie jest niezdolna do wykonania pracy. -Entalpia - całkowita ilość ciepła, czyli całkowita energia potencjalna układu. W reakcjach chemicznych jest równa całkowitej energii wiązań chemicznych. -Energia swobodna - energia użyteczna dla pracy, pod warunkiem zachowania stałej temperatury i ciśnienia. Procesy fizyczne i chemiczne zdążają w kierunku obniżania energii swobodnej, aż do osiągnięcia stanu równowagi. Metabolizm - klasyfikacja: -Reakcje anaboliczne - reakcje endoergiczne, w wyniku których powstają produkty o poziomie energetycznym wyższym niż substraty, najczęściej są to reakcje syntezy, dostarczona energia jest skupiona w wiązaniach chemicznych, np. biosynteza białek -Reakcje kataboliczne - reakcje egzoergiczne, uwalniające energię, mogą zachodzić samorzutnie, powstają produkty o poziomie energetycznym niższym niż substraty, najczęściej są to reakcje rozpadu, np. trawienie i oddychanie komórkowe. Metabolizm- -Reakcje anaboliczne i kataboliczne zachodzą równocześnie, ale w różnych miejscach komórki. -W ontogenezie obserwuje się zmiany proporcji pomiędzy procesami anabolicznymi i katabolicznymi: - w okresie zarodkowym i poza zarodkowym przeważają procesy anaboliczne, - w dojrzałym życiu obserwuje się równowagę między tymi procesami, - w końcowej fazie życia zaczyna dominować katabolizm. Szlaki metaboliczne: Reakcje zachodzące w organizmie tworzą ciąg reakcji zachodzących kolejno po sobie i prowadzących do powstania ściśle określonego produktu. Specyficzną odmianą szlaków metabolicznych są cykle biochemiczne (tworzące zamknięte pętle w których część produktów jest jednocześnie substratami dla pierwszych reakcji) Energia w żywych układach: -Energia w żywych układach stale jest wytwarzana i zużywana-Jest zmagazynowana w specjalnych związkach -Źródłem energii są reakcje rozpadu -Najczęściej jest niemożliwe aby reakcje egzoergiczne i endoergiczne zachodziły w jednym miejscu i jednym czasie -Konieczne są więc akumulatory i przenośniki energii Akumulatory i przenośniki energii w komórce: -Rolę akumulatorów i przenośników energi pełnią związki zawierające wiązania wysokoenergetyczne, czyli zawierające dużą ilość energii swobodnej -Przykładem takiego związku jest nukleotyd - trifosforan adenozyny - ATP. -Cząsteczka ATP ma trzy reszty fosforanowe, dwie z nich łączą bezwodnikowe wiązania wysokoenergetyczne Rozpad ATP: ATP + H2O -ADP + Pi + 30,5 kJ |ADP + H2O- AMP + Pi + 30,5 kJ Magazynowanie energii w przenośnikach energii polega na ufosforylowaniu (dołączeniu reszty fosforanowej) ATP:-ATP tworzy się z ADP i nieorganicznego fosforanu w procesie utleniania substancji pokarmowych. -Energia zmagazynowana w ATP może być wykorzystywana w reakcjach endoergicznych -Komórki dysponują pewną rezerwą ATP, ADP, i fosforanów i starają się utrzymać wysoki stosunek ATP/ADP (10/1), nie mogą jednak przechowywać dużych ilości ATP. Oznacza to, że cząsteczki ATP są prawie tak samo szybko zużywane jak syntetyzowane. Resynteza ATP zachodzi z szybkością wprost proporcjonalną do wielkości jego wykorzystywania (człowiek w spoczynku wykorzystuje dziennie45 kg ATP, jednak ilość ATP w danej chwili nie przekracza 1 g.) Resynteza ATP może się odbywać: -Na drodze beztlenowej -ADP + ADP = ATP +AMP -Za pomocą kinazy kreatynowej CP +ADP =C + ATP -Z glukozy i glikogenu w procesie glikolizy -Na drodze tlenowej (Cykl Krebsa) z wykorzystaniem węglowodanów, tłuszczy i białek Inne przenośniki energii: -Guanozynotrifosforan GTP,-Fosfokreatyna. -Istnieją różne sposoby fosforylacji: - substratowa - gdy reszta fosforanowa zostanie przeniesiona bezpośrednio na ADP z wykorzystaniem energii organicznego substratu, jest to ewolucyjnie najstarszy sposób i niezbyt korzystny energetyczny - oksydacyjna - zachodzi u wszystkich organizmów tlenowych, bardzo wydajna. Komórka mięśniowa: -Komórka mięśnia poprzecznie prążkowanego nazywana jest włóknem mięśniowym. -Charakteryzuje się cylindrycznym kształtem i występowaniem wielu jąder komórkowych. -W cytoplazmie materiał zapasowy w postaci glikogenu, wiele mitochondriów, białka budujące miofibrylle, siateczka sarkolplazmatyczna Rodzaje włókien mięśniowych (podział według czasu skurczu): szybkokurczliwe FT (fast twitch)-wysokie zasoby fosfokreatyny i glikogenu -wysoka aktywność enzymów glikolizy beztlenowej -angażowane głównie w wysiłkach wymagających znacznej siły i szybkości wolnokurczliwe ST (slow twitch)-liczne mitochondria -dobre ukrwienie włókien -wysoka aktywność enzymów tlenowej resyntezy ATP -wysoka zawartość mioglobiny -angażowane w wysiłkach długotrwałych o umiarkowanej intensywności. Enzymy są biokatalizatorami, gdyż mają zdolność do przyspieszania prędkości reakcji chemicznych w warunkach ustrojowych, poprzez obniżenie bariery energetycznej reakcji, zwanej energią aktywacji. Energia aktywacji to ilość energii niezbędna do zapoczątkowania procesu chemicznego. Enzymy nie zużywają się w czasie reakcji i same nie ulegają przemianom Budowa: Większość enzymów to białka złożone (wyjątek: hydrolazy trawienne). Składają się z: części białkowej i niebiałkowej. Jeżeli część niebiałkowa jest trwale związana z częścią białkową nazywamy ją grupą prostetyczną, jeżeli zaś połączenie jest nietrwałe wówczas nazywa się ją koenzymem. Część białkową określa się wtedy mianem apoenzymu, a cały enzym mianem holoenzymu.Koenzymy:- Pochodne witamin z grupy B (tiamina B1, ryboflawina B2, pirydoksyna B6, niacyna) -Jony matali Mg, Zn, Mn. Budowa: W cząsteczce białkowej enzymu można wyróżnić obszar szczególnie ważny w przebiegu reakcji chemicznej, nazywany centrum aktywnym. Jest to miejsce wiązania substratu z enzymem i przekształcania w produkt. Łańcuchy boczne aminokwasów tworzących centrum aktywne nazywa się często grupami katalitycznymi enzymu. Rodzaj i rozmieszczenie przestrzenne aminokwasów w centrum aktywnym decydują o właściwościach danego enzymu. Energia aktywacji: To taka ilość energii która jest potrzebna do przeprowadzenia w stan aktywny wszystkich cząsteczek reagujacych. Energia aktywacji może być wydatnie zmniejszona przy udziale katalizatora (enzymu) Kataliza enzymatyczna: Najprostszy schemat katalitycznego działania enzymu jest następujący:cząsteczka substratu przyłącza się do centrum aktywnego enzymu - powstaje kompleks ES - po przyłączeniu substrat ulega przemianie w produkt. Warto podkreślić, że po reakcji enzym w postaci niezmienionej może ponownie uczestniczyć w kolejnej reakcji (enzymy nie zużywają się podczas pracy). Mechanizm działania enzymu: Zwiększa się prawdopodobieństwo zderzeń.-Substraty zostają prawidłowo zorientowane.-Dochodzi do naprężania wiązań w substracie.-Korzyści z zastosowania biokatalizatora:-Znacznie szybsze osiągnięcie stanu równowagi (większa szybkość reakcji)-Zmniejszenie energii aktywacji. Enzymy są specyficzne względem substratów: Jeden enzym- jedna reakcja. Specyficzność enzymów oddają modele „klucza i zamka” sformułowana przez Fishera i teoria indukcyjnego dopasowania (ręka do rękawiczki) sformułowana przez Koshlanda. Rola enzymów w komórce - sterowanie własnym metabolizmem: Może się to odbywać na kilku poziomach:-Sterowanie transkrypcją,-obróbka posttranskrypcyjna i kontrola translacji-Regulacja aktywności już zsyntetyzowanego enzymu. Metody regulacji aktywności enzymów: -Enzymy trawiące białka są nieaktywne (proenzymy), aktywacja polega na odcięciu łańcucha zasłaniającego centrum aktywne,-Hamowanie kompetencyjne - związek chemiczny jest podobny do substratu, centrum aktywne nie odróżnia tych związków, oba rywalizują o aktywne centrum, zależy od stężenia substratu czy powyższego związku.-Hamowanie niekompetencyjne - substancja niepodobna do substratu blokuje część centrum aktywnego -Inhibicja allosteryczna - cząsteczka działa na aktywność enzymu w innym miejscu niż centrum aktywne Czynniki wpływające na aktywność enzymu: -Temperatura - wzrost temperatury o 10 st C powoduje 2-3 krotny wzrost szybkości reakcji, ten wzrost jest do pewnej wartości (denaturacja), temperatura optymalna, -pH - skrajne wartości powodują denaturację białka, kazda zmiana pH to zmiana konformacji białka, dla większości enzymów wartości optymalne 6-9 Wyjątki: pepsyna 1.8 - 2.5 trypsyna 8 - 11 arginaza 10 Czynniki wpływające na aktywność enzymu: Stężenie substratu - początkowo jest to zależność proporcjonalna do momentu wysycenia enzymu substratem Stężenie produktu - obserwuje się hamowanie przez produkt, Obecność inhibitorów,Aktywacja enzymów Klasyfikacja enzymów: Wyróżnia się 6 klas enzymów:-Oksydoreduktazy - katalizują przemiany związane z przeniesieniem protonów, elektronów i tlenu, dehydrogenazy usuwają wodór, oksydazy utleniają (np. LDH w wątrobie utlenia mleczan)-Transferazy - przenoszą różne grupy z jednych cząsteczek na drugie (np. transaminaza glutaminianowa katalizująca powstanie kwasu glutaminowego) -Hydrolazy - rozbijają z udziałem wody (np. enzymy trawienne) -Liazy - rozbijają wiązania między atomami węgla (np. dekarboksylazy aminokwasów lub keto kwasów -Izomerazy - przenoszą grupy w obrębie jednej cząsteczki (np. izomeraza fosfofruktozy) -Ligazy - tworzą wiązania C-C, C-N, C-O, (np. polimeraza DNA). Izoenzymy- W formach izoenzymatycznych występują tylko te enzymy, które posiadają strukturę IV-rzędową. Izoenzymy katalizują tą samą reakcję, jednakże różnią się od siebie budową cząsteczki białkowej. Do najlepiej poznanych enzymów występujących w postaci izoenzymów należą LDH (dehydrogenaza mleczanowa), enzym katalizujący odwracalną reakcję powstawania kwasu mlekowego.LDH zbudowana jest z 4 podjednostek dwojakiego rodzaju M i H. Enzym ten posiada 5 form izoenzymatycznych: M4, M3H1, M2H2, M1H3, H4. W mięśniu sercowym przeważa H4, natomiast w mięśniach szkieletowych izoenzym M4. Formy izoenzymów posiada również kinaza kreatynowa (CK). Aktywna cząsteczka tego enzymu zbudowana jest z 2 podjednostek: M i B. Znane są 3 izoenzymy CK: MM, MB, BB. Izoenzymy te występują w różnych tkankach w charakterystycznych proporcjach. Izoenzym CK MM występuje głównie w mięśniach szkieletowych, CK MB w mięśniu sercowym, a izoenzym BB w mózgu. Enzymy a wysiłek fizyczny: Wysiłek fizyczny może powodować :-wzrost przepuszczalności błon komórek mięśniowych dla enzymów,-uszkodzenie błon komórek mięśniowych,-śmierć komórek.Wpływ wysiłku na stan komórek zależy od:- czasu trwania,-intensywności wysiłku,-rodzaju skurczów -wytrenowania. Jednostka miary enzymów: Jednostka aktywności enzymu to Unit (U)Unit określa tą ilość enzymu która katalizuje przemianę 1 mmola substratu w optymalnych warunkach pH i stężenia substratu, w temperaturze 30 st. C Przemiany białek: Źródłem białek i aminokwasów dla organizmu jest pożywienie. Pierwszym etapem przemian tych związków umożliwiających ich wykorzystanie przez organizm człowieka jest ich degradacja w przewodzie pokarmowym. Następnie po wchłonięciu wolne aminokwasy są wykorzystywane do budowy białek, a te które nie zostały wykorzystane są metabolizowane do mocznika.Nadmiar w stosunku do zapotrzebowania niczemu nie służy. Białka żywych komórek podlegają degradacji, a następnie resyntezie z wolnych aminokwasów. W organizmie dorosłego człowieka w ciągu doby rozpadowi ulega 1-2% całkowitej ilości białka, a około 80% uwolnionych w tym procesie aminokwasów jest ponownie wykorzystywane do syntezy własnych białek. Czynnikiem nasilającym ten proces jest między innymi wysiłek fizyczny i trening. Biosynteza aminokwasów: Szkielet węglowy aminokwasów pochodzi z kluczowych metabolitów pośrednich w głównych szlakach metabolicznych takich jak: glikoliza, cykl kwasu cytrynowego czy szlak pentozowofosforanowy.Aminokwasy można podzielić na sześć rodzin biosyntetycznych w zależności od metabolitu pośredniego z którego się wywodzą. Aminokwasy nie mogą być magazynowane i ciągle ulegają przemianom: Rozkład aminokwasów odbywa się przez odłączanie grupy α-aminowej i przekształcanie pozostałego szkieletu węglowego w jeden lub więcej metabolitów pośrednich. W zależności od wykorzystania aminokwasy dzielimy na : glikogenne i ketogennne. Aminokwasy glikogenne są używane do syntezy glukozy a ketogenne do syntezy ciał ketonowych do acetylo CoA.Tylko leucyna i lizyna to aminokwasy wyłącznie ketogenne, izolecyna, fenyloalanina trypsyna i tyrozyna są zarówno keto jak i glikogenne, pozostałe glikogenne Przemiany aminokwasów: Biosynteza większości aminokwasów odbywa się z udziałem glutaminianu. Związek ten jest magazynem grup aminowych. NH4+ + α-ketoglutaran + NADPH + H+ ----- glutaminian + NADP+ + H2O α-ketoglutaran - związek powstający w cyklu Krebsa Glutaminian sodu - środek konserwujący Syntezy aminokwasów: Opierają się na reakcji transaminacji z glutaminianu.Akceptorem grupy aminowej jest ketokwas. Koenzymem wszystkich aminotransferaz jest fosforan pirydoksalu, pochodna witaminy B6 Reakcje katalizowane przez aminotrasferazy są anergiczne, ponieważ nie wymagają udziału energii metabolicznej To reakcje odwracalne, a ich kierunek zależy od względnego stężenia par aminokwas - ketokwas Przemiany aminokwasów: W reakcjach przy udziale aminotranferaz powstają aminokwasy, które mogą być zużywane do :-Budowy peptydów i białek,-Budowy innych potrzebnych substancji w organizmie. Wiele potrzebnych biologicznie substancji syntetyzowanych jest z prekursorów aminokwasów:tyroksyna, trójjodotyronina (tyrozyna), adrenalina, noradrenalina (fenyloalanina), histamina (histydyna), serotonina (tryptofan), acetylocholina (seryna), melanina (tyrozyna), hem (glicyna). Metabolizm grupy karboksylowej: Dekarboksylacja katalizowana jest przez dekarboksylazę aminokwasowa. Produktem są aminy biogenne Np. histydyna - histamina tryptofan -serotonina Metabolizm grupy aminowej: -Transaminacja - przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na ketokwas Enzym - Transaminaza asparaginowa - reakcja ta pozwala aminokwasom ulec przemianom do węglowodanów i tłuszczy -Oksydacyjna dezaminacja odłączenie grupy aminowej w postaci amoniaku NH4 tylko od kwasu glutaminowego Rozkład nadwyżki aminokwasów: Nadwyżki aminokwasów są pozbawiane grupy aminowej (dezaminacja) i produktem końcowym jest między innymi amoniak.Amoniak jest zbędnym i szkodliwym produktem przemiany materii,Człowiek należy do zwierząt ureotelicznych, czyli przerabia amoniak w mocznik i w tej postaci wydala. Mocznik powstaje w cyklu mocznikowym Cykl mocznikowy: Zachodzi w komórkach wątroby w mitochondriach Polega na następujących reakcjach:-Amoniak łączy się z dwutlenkiem węgla i powstaje karbamoilofosforan,-Związek ten łączy się z ornityną tworząc cytrulinę,-Cytrulina kondensuje z asparaginianem i rozpada się na argininę i fumaran,-Po hydrolizie argininy pozostaje mocznik i zregenerowana ornityna Cykl mocznikowy w warunkach fizjologicznych jest procesem silnie endoergicznym: Do syntezy 1 cząsteczki mocznika zużywa się 4 wiązania wysokoenergetyczne:-Wyprodukowanie 1 cząsteczki karbamoilofosforanu to 2 ATP do ADP -Kondensacja cytruliny z asparaginianem hydrolizie ulega ATP do AMP Jony amonowe: -Powstają w różnych tkankach, ale miejscem przekształcania ich w mocznik jest wątroba, -Są toksyczne i dlatego ich stężenie musi być utrzymywane na minimalnym poziomie -Transport do wątroby odbywa się w postaci glutaminy i alaniny;-W wątrobie są odłączane i zużywane do syntezy mocznika -Z wątroby mocznik uwalniany jest do krwi i wydalany z ustroju przez nerki Przyczyny wzrostu stężenia mocznika we krwi: Wysokobiałkowa dieta,Rozpad białek w rozległych urazach,Zaburzenia w funkcjonowaniu nerek,Długie, kilkugodzinne wysiłki fizyczne Zastosowanie w sporcie:Badanie wykonuje się rano na czczo, w czasie wielodniowego treningu. Mocznik a wysiłek fizyczny Mocznik 13-43mg/dL (2,2-7,2 mmol/L): jego stężenie jest zależne od czasu trwania wysiłku tlenowego,wzrost stężenia mocznika zaobserwowano po 10 godz. wysiłku triatlonistów, po meczu w piłkę nożną,u zapaśników zmiany stężenia mocznika były wyraźnie skorelowane z wielkością obciążeń treningowych stężenie mocznika a ocena efektów treningu: Wzrost stężenia mocznika w osoczu może być wywołany długotrwałym wysiłkiem fizycznym lub może być efektem zaburzeń w pracy nerek. Jednakże po długotrwałym wysiłku podwyższony poziom mocznika w osoczu stwierdza się również następnego dnia, pomimo normalizacji funkcji nerek. Świadczy to o nasileniu degradacji białek i przyspieszonym katabolizmie aminokwasów. Wykorzystanie stężenia mocznika do oceny efektów treningu: Wiadomo, że u osób wytrenowanych powysiłkowy poziom mocznika w osoczu jest niższy w porównaniu z osobami niewytrenowanymi. Szybciej wraca również do wartości spoczynkowej w okresie restytucji. Zatem pomiary stężenia mocznika we krwi pobranej następnego dnia po nocnym odpoczynku, charakteryzują zdolności restytucyjne organizmu i są przydatne w ocenie stopnia adaptacji do wysiłku fizycznego. Hiperamonemia: Blokada cyklu mocznikowego (wadliwy enzym) może prowadzić do zwiększonego stężenia amoniaku we krwi.Nadmiar amoniaku prowadzi do zwiększonego wydzielania glutaminianu a następnie glutaminy.Reakcje te mogą doprowadzić do zmniejszenia poziomu α ketoglutaranu (metabolitu pośredniego cyklu kwasu cytrynowego) co może doprowadzić do zmniejszenia ilości energii powstającej np. w mózgu(uszkodzenie mózgu). Amoniak a wysiłek fizyczny Amoniak 19-60µg/dL (11-35µmol/L): wysoki poziom w osoczu po wysiłkach krótkotrwałych o dużej intensywności świadczy o nasilonej deaminacji AMP-deficyt energetyczny,jego wzrost jest związany ze stężeniem mleczanu,wysoki poziom w osoczu po wysiłkach długotrwałych świadczy o nasilonym katabolizmie aminokwasów, szczególnie BCAA -niedobór węglowodanów, niski poziom glikogenu,rzadko wykorzystywany w diagnostyce sportowej Cykl mocznikowy a synteza fosfokreatyny: Pierwszym etapem wytwarzania fosforanu kreatyny jest kondensacja argininy i glicyny prowadząca do powstania guanidyno octanu.W reakcji tej uwalniana jest ornityna , która może być włączona do cyklu mocznikowego. guanidynooctan ulega metylacji przez S-adenozynometioninę (donora grup metylowych) do kreatyny.Kreatyna ulega fosforylacji (kinaza kreatynowa) i powstaje fosforan kreatyny Inne azotowe metabolity końcowe przemian białkowych: Kreatynina - powstaje jedynie w mięśniach,Kwas moczowy - powstaje w wyniku rozkładu zasad purynowych. Kreatynina: Kreatynina powstaje z kreatyny na drodze reakcji nieenzymatycznej . Kreatyna w formie fosforanu jest związkiem wysokoenergetycznym (mięśnie)wykorzystywanym do resyntezy ATP.Powstaje w wątrobie, nerkach i trzustce.Jest pobierana przez mięśnie i tam ulega fosforylacji.Część kreatyny ulega przemianie do kreatyniny i jest wydalana z moczem, a jej ilość odzwierciedla masę mięśni poprzecznie prążkowanych. Kreatyna - funkcje: regeneruje energię w komórce mięśniowej, suplementacja prowadzi do zwiększenia zawartości PC (nawet o 10%), co przekłada się na zwiększenie siły, mocy i szybkości pracy mięśni.PC buforuje także kwas mlekowy, czyli zwiększa pojemność buforową mięśni.PC sprzyja zatrzymywaniu wody w mięśniach, co sprawia wzrost ich masy (kulturystyka) Kreatyna - podaż: W małych ilościach występuje w rybach i mięsie, jest także syntetyzowana w organizmie z argininy, glicyny i metioniny w nerkach, wątrobie i trzustce; Dzienne zapotrzebowanie na kreatynę wynosi 2g z czego połowa pochodzi z diety a połowa z produkcji własnej,Suplementacja zalecana jest w dyscyplinach siłowych i szybkościowo-siłowych (kulturystyka, lekkoatletyka, kajakarstwo), natomiast nie wskazana jest w tlenowych wysiłkach wytrzymałościowych. zalecana dawka suplementacyjna to 20g dziennie; przekroczenie nie poprawi wyniku a może sprawić pojawienie się kurczy mięśni.w celu poprawy wchłaniania zaleca się wzbogacanie preparatów kreatyny o cukry proste (zwiększają wychwyt PC nawet o 40-50%, poprzez wzrost wydzielania insuliny, która uczynnia nośnik PC).przedawkowanie może być przyczyną zaburzeń pracy nerek, wątroby i serca oraz nadmiernego przyrostu masy ciała Kwas moczowy: Jest metabolitem końcowym zasad purynowych (adeniny i guaniny).Zasady te są składnikami związków wysokoenergetycznych ATP i GTP.Kwas moczowy powstaje głównie w wątrobie, ale również w nerkach i jelicie cienkim.Jest stale obecny we krwi, a wydalany jest z moczem.Jest parametrem diagnostycznym Kwas moczowy a wysiłek fizyczny: W pracujących mięśniach powstaje więcej hipoksantyny (zwiększony rozpad ATP) Ilość hipoksantyny rośnie wraz ze wzrostem intensywności wysiłku.Hipoksantyna jest wychwytywana przez wątrobę i tam metabolizowana do kwasu moczowego.Jednocześnie stwierdzono, że pracujące mięśnie pobierają kwas moczowy z krwi (nie wiadomo dlaczego, ale można sądzić, że wykorzystują jego właściwości antyoksydacyjne).Kwas moczowy pełni rolę antyoksydanta w osoczu chroniąc je przed działaniem aktywnych form tlenu Kwas moczowy a wysiłek fizyczny Kwas moczowy 2,5-8 mg/dL (0,15-0,45 mmol/L): wzrost stężenia w osoczu odzwierciedla stopień degradacji puli nukleotydów adeninowych i stresu energetycznego zaobserwowano wzrost stężenia moczanu po 30s teście Wingate, po biegu maratońskim, po biegach na dystansie 100, 800 i 5000m. brak specyfiki zmian ogranicza zastosowanie diagnostyczne tego metabolitu w sporcie Wpływ wysiłku na przemiany białek i aminokwasów: Wykazano, że długotrwałe wysiłki powodują nasilenie degradacji białek mięśniowych i wątrobowych. Nasilają także przemiany wolnych aminokwasów. W efekcie wzrasta stężenie mocznika we krwi. Wykazano, że mięśnie mają zdolność utleniania BCAA (wal, ileu, leu), których źródłem jest rozpad białek mięśniowych. Utlenienie BCAA może dostarczyć nawet 10-18% energii dla pracujących mięśni. Utlenienie to jest bardziej wydajne energetycznie (ilość ATP) niż utlenienie glukozy, ale należy pamiętać, że poprzedzone jest rozpadem białek własnych. TŁUSZCZE: Ogólna charakterystyka: Zbudowane głównie z C,H,O, ale mogą występować w nich również N i P,Najczęściej estry (połączenia mostkiem tlenowym ulegające hydrolizie) Rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych,Klasyfikacja lipidów: - proste (połączenia alkoholu - glicerolu z kwasami tłuszczowymi , gdy z trzema resztami kwasowymi nazywamy triacyloglicerole) - złożone (połączenia tłuszczy prostych z innymi związkami chemicznymi.: fosfolipidy, glikolipidy - izoprenowe (cholesterol) Triacyloglicerole (trójglicerydy) Należą do grupy związków określanych jako lipidy proste,Wszystkie lipidy są związkami nierozpuszczalnymi w wodzie (hydrofobowe)TG są estrami glicerolu i wolnych kwasów tłuszczowych (WKT),Dla człowieka TG to główny magazyn paliwa i podstawowy lipid zawarty w jedzeniu. Nadmiar gromadzony jest w komórkach tłuszczowych (adipocytach)W surowicy krwi transportowane w postaci lipoprotein. Funkcje tłuszczy Zapasowa (triglicerydy obojętne), spalenie 1 grama tłuszczu daje 9,3 kcal. Zasobny magazyn surowca energetycznego. Odkładanie się tłuszczy jest procesem fizjologicznym. Budulec błon biologicznych,Źródła niezbędnych kwasów tłuszczowych i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach.Termoizolacyjna.Substancja biologicznie czynna (hormony sterydowe, związki wydzielane przez tkankę tłuszczową).Wpływają na organoleptyczne właściwości pokarmów Kwasy tłuszczowe Zbudowane z długiego łańcucha wodorowęglowego zakończonego grupą karboksylową.Właściwości kwasów tłuszczowych zależą od długości łańcucha węglowego i liczby podwójnych wiązań pomiędzy węglami.Kwasy tłuszczowe o krótszych łańcuchach węglowych mają niższą temperaturę topnienia niż te o dłuższych łańcuchach Rodzaje kwasów tłuszczowych W zależności od liczby atomów C w cząsteczce, kwasy tłuszczowe dzielimy na:krótkołańcuchowe (4-6), średniołańcuchowe (8-14), długołańcuchowe (16-26). Ze względu na budowę chemiczną kwasy tłuszczowe dzielimy na: nasycone, nienasycone jednonienasycone (z rodziny n-9, np. kwas oleinowy), wielonienasycone (z rodziny n-6 i n-3). Kwasy tłuszczowe - nasycone Posiadają wyłącznie pojedyncze wiązania pomiędzy atomami węgla w cząsteczce, Charakteryzują się postacią stałą,Mogą być syntetyzowane u ludzi i zwierząt.Podstawowym źródłem krótko- i średnio łańcuchowych (4:0 - 14:0) jest tłuszcz mleczny oraz oleje kokosowy i palmowy.Najczęściej występującymi to: kwas palmitynowy (C16), kwas stearynowy (C18) Kwasy tłuszczowe - nienasycone Posiadają przynajmniej jedno wiązanie podwójne lub potrójne pomiędzy atomami węgla,Charakteryzują się płynną postacią,Występują głównie u roślin.Np..: kwas oleinowy (C18) 1 wiązanie podwójne,kwas linolowy (C18) 2 wiązania podwójne,kwas linolenowy (C18) 3 wiązania podwójne,kwas arachidonowy (C20) 4 wiązania podwójne. Jednonienasycone kwasy tłuszczowe Kwasy tłuszczowe jednonienasycone zawierają od 16 do 22 atomów C w łańcuchu i należą do rodziny n-7 oraz n-9. Najbardziej rozpowszechniony jest k. oleinowy (18:1), którego obecność stwierdzono we wszystkich naturalnie występujących tłuszczach roślinnych i zwierzęcych. W najczęściej spożywanym w Polsce oleju rzepakowym niskoerukowym zawartość tego kwasu waha się od 51 do 70%, a w tłuszczach zwierzęcych w zakresie od 30 do ponad 50%. Kwasy jednonienasycone obniżają zawartość TC, LDL-Chol oraz podwyższają zawartość HDL-Chol i nie wpływają na zawartość TG. Wielonienasycone kwasy tłuszczowe Do najważniejszych, z punktu widzenia zachowania zdrowia, wielonienasyconych kwasów tłuszczowych dostarczanych z dietą należy zaliczyć kwasy tłuszczowe z rodziny n-6 (omega-6) i n-3 (omega-3). Ze względu na brak w organizmie człowieka układów enzymatycznych zdolnych do ich syntezy, wielonienasycone kwasy tłuszczowe z tych rodzin nie mogą być syntetyzowane de novo i muszą być dostarczone w diecie (tłuszcze egzogenne). Z tego względu kwasy te (kwas linolowy i α-linolenowy) określane są jako niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT). Wielonienasycone kwasy tłuszczowe Najważniejszym źródłem NNKT w diecie człowieka są oleje roślinne. Oleje bogate w kwas linolowy to przede wszystkim olej z krokosza barwierskiego (>80%), olej słonecznikowy (>70%) oraz oleje sojowy i kukurydziany (około 60%). Tradycyjnie spożywany w Polsce olej rzepakowy niskoerukowy zawiera do 30% kwasu linolowego i do 14% kwasu α-linolenowego. Olejem o szczególnie wysokiej zawartości kwasu α-linolenowego jest olej lniany (55-60%). Źródłem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych są także ryby morskie (łosoś, makrela, halibut, tuńczyk) oraz żółtko jaj i mięso. Źródła - tłuszcze widoczne Tłuszcze występują w produktach pochodzenia zwierzęcego i roślinnego.Do tłuszczów pochodzenia zwierzęcego należą m.in. masło, słonina, smalec, łój.Do tłuszczów roślinnych należą oliwa z oliwek, oleje oraz margaryny.Większość tłuszczów zwierzęcych zawiera dużą ilość nasyconych kwasów tłuszczowych oraz cholesterolu, zaś tłuszcze roślinne charakteryzuje obecność nienasyconych kwasów tłuszczowych. Źródła - tłuszcze niewidoczne Tłuszcze niewidoczne zawarte są w takich produktach jak mięso i przetwory mięsne, ryby, mleko i przetwory mleczne oraz przetwory zbożowe, zwłaszcza chleb razowy.W przeciętnej racji pokarmowej tłuszcze widoczne (dodane) stanowią około 45%, a tłuszcze niewidoczne około 55-60% całkowitej ilości spożywanego tłuszczu. Normy spożycia tłuszczu Człowiek zdrowy powinien spożywać zarówno tłuszcze roślinne, jak i zwierzęce. Ponieważ tłuszcze zwierzęce są zwykle w dużej ilości spożywane jako niewidoczne zaleca się spożywać tłuszcz widoczny w postaci olejów roślinnych. Normy spożycia tłuszczu Zalecenia dla zawartości tłuszczu i kwasów tłuszczowych, jako odsetek energii z całodziennej diety, dla ogółu populacji w celu zachowania zdrowia: tłuszcz - do 30% energii z całodziennej diety Przemiany triacylogliceroli i wolnych kwasów tłuszczowych Główne tłuszcze pokarmowe, triacyloglicerole, są w dwunastnicy rozkładane do glicerolu i WKT. W błonie śluzowej jelita cienkiego są następnie ponownie syntetyzowane (do TG) i przenikają do krwi, skąd są pobierane przez tkankę tłuszczową i mięśnie. Synteza triacylogliceroli Powstają z połączenia acetylo-Co A i 3-fosfoglicerolu.Następnie powstały związek łączy się z drugą cząsteczką acetylo -Co A.Powstały diacyloglicerol ponownie łączy się z kolejnym acetylo CoA powstaje TG. w syntezie nie uczestniczy ATP, wykorzystywana jest energia wiązań pomiędzy częścią acylową a CoA. TG jako źródło energii Aby TG zgromadzone w tkance tłuszczowej i mięśniach mogły być wykorzystane jako źródło energii muszą ulec rozkładowi z uwolnieniem WKT, które podlegają dalszym przemianom prowadzącym do syntezy ATP. Przemiany WKT w mięśniach Aktywacja - powstaje aktywny kwas tłuszczowy (wymaga energii ATP)Wnikanie do mitochondrium za pośrednictwem karnityny,β - oksydacja - odszczepianie fragmentów 2- węglowych w postaci acetylo CoA do całkowitego rozpadu, acetyloCoA wchodzi na drogę utleniania komórkowego wspólną dla węglowodanów i tłuszczy. Aktywny kwas tłuszczowy musi zostać przetransportowany do mitochondriów. W transporcie tym bierze udział karnityna. Po wniknięciu do mitochondriów karnityna odłącza się od cząsteczki kwasu tłuszczowego, który podlega procesowi β-oksydacji. β-oksydacja jest procesem polegającym na stopniowym odszczepianiu reszt dwuwęglowych w postaci acetyloCoA, aż do całkowitego rozpadu cząsteczki kwasu tłuszczowego. W przypadku kwasu palmitynowego, zbudowanego z 16 atomów węgla, powstaje 8 cząsteczek acetyloCoA oraz po 7 cząsteczek NADH+ i FADH2, czyli zredukowanych nukleotydów. W procesie β-oksydacji WKT nie powstaje ATP. Synteza tego związku wymaga włączenia acetyloCoA do cyklu Krebsa oraz przeniesienia zredukowanych nukleotydów na łańcuch oddechowy. Oba te procesy zachodzą w mitochondriach. Zysk energetyczny z cząsteczki kwasu palmitynowego Jedna reszta octanowa to równowartość 12 ATP, więc zysk z powyższej reakcji to 96 ATP. Dodając zysk końcowy z β-oksydacji i utlenienia reszt octanowych czyli 35 ATP otrzymujemy szacunkowy zysk 131 ATP. Aby uwzględnić wszystko należy odjąć 2 ATP,Zysk energetyczny ze spalenia 1 cząsteczki kwasu palmitynowego to 129 wiązań wysokoenergetycznych ATP Regulacja rozpadu kwasów tłuszczowych Głównym czynnikiem regulacji β- oksydacji jest stężenie wolnych kwasów tłuszczowych we krwi, które z kolei zależy od szybkości hydrolizy TG w tkance tłuszczowej. Powyższy proces jest katalizowany przez lipazę triacyloglicerolowa,Enzym ten jest regulowany przez fosforylację i de fosforylację,Hormony kataboliczne to glukagon, adrenalina i noradrenalina a anaboliczny to insulina. Substratami energetycznymi niektórych tkanek i organów mogą być ciała ketonowe Podczas przemian zachodzących w wątrobie mogą powstawać acetylooctan i hydroksymaślan.Powstają w reakcjach rozpadu niektórych aminokwasów (fenyloalaniny, tyrozyna, leucyny) lub degradacji kwasów tłuszczowych (nadmiernej β- oksydacji).Biosynteza ciał ketonowych nosi nazwę cyklu Lynena. Z dwóch cząsteczek acetylo CoA powstaje acetoacetylo CoA, a następnie przekształca się do acetooctanu i w końcu acetonu. Znaczenie cyklu Lynena Aceton i acetooctan stanową rodzaj tłuszczopochodnego, rozpuszczalnego w wodzie paliwa energetycznego. Ich produkcja rośnie w sytuacji deficytu glukozy w metabolizmie organizmu. Związki wydzielane przez wątrobę mogą być wychwytywane przez mózg i mięśnie gdzie sa wprowadzane do cyklu Krebsa. W normalnych warunkach poziom ciał ketonowych utrzymywany jest na niskim poziomie. W czasie długotrwałego głodu albo cukrzycy rozpoczyna się intensywna lipoliza i β- oksydacja. Cykl Krebsa nie jest w stanie wykorzystać nadmiaru acetylo CoA. Prowadzi to do kwasicy ketonoweji do zatrucia mózgu (śpiączka kwasicza) Synteza kwasów tłuszczowych Obejmuje kolejne kondensacje jednostek dwu węglowych w postaci acetylo-CoA prowadzące do powstania długich łańcuchów węglowych. Reakcje te zachodzą przy udziale syntazy kwasów tłuszczowych i wykorzystują NADPH jak związek redukujący. synteza KT zachodzi w cytoplazmie i acetylo-CoA musi być transportowany przez błonę mitochondrium, więc transport odbywa się po kondensacji ze szczawiooctanem i w postaci kwasu cytrynowego przenika przez błonę. Cholesterol Cholesterol to steroid, lipid o wielopierścieniowej strukturze , powodującej że ten lipid jest sztywniejszy niż inne lipidy budujące błony komórkowe.Wszystkie 27 atomów węgla pochodzą z acetylo CoA.Spożywanie dużych ilości tłustych potraw sprzyja podwyższaniu stężenia cholesterolu.Jego obecność wpływa na stan płynności błony komórkowej. Cholesterol może pochodzić z pokarmu i może być syntetyzowany w wątrobie.Cholesterol jest prekursorem hormonów steroidowych i soli żółciowych i witaminy D.Zbyt duża ilość cholesterolu sprawia że wątroba nie jest w stanie jej zagospodarować . Prowadzić to może do powstania kamieni żółciowych lub zwapnienia naczyń tętniczych.Wysoki poziom cholesterolu i jego metabolitów hamują aktywność enzymu katalizującego syntezę cholesterolu. Cholesterol - metabolity Sole żółciowe (kwasy żółciowe) podstawowa postać cholesterolu - wspomagają trawienie i pobieranie lipidów z pokarmu. Witamina D powstaje z cholesterolu w ciągu reakcji z których jedna wymaga działania promieniowania nadfioletowego. Hormony steroidowe powstają z cholesterolu w ciągu reakacji w których uczestniczą enzymy zawierające hem. Wyróżnia się 5 klas tych hormonów: progestageny, androgeny, estrogeny, glukokortykoidy, mineralokortykoidy. Lipoproteiny To formy globularne,w których wyróżnia się hydrofobowy rdzeń złożony z lipidów np. TG oraz cholesterolu, otoczony powłoką białkową. Rola - transport TG, cholesterolu i fosfolipidów między tkankami. Lipoproteiny osocza- klasyfikacja Chylomikrony (transportują pobrane egzogenne TG i cholesterol z jelita do tkanek obwodowych - obecne po posiłku).Lipoproteiny o bardzo małej gęstości - VLDL (transportują endogenne TG z wątroby do tkanek obwodowych - stale obecne we krwi).Lipoproteiny o małej gęstości - LDL (transportują cholesterol do tkanek obwodowych - stale obecne we krwi).Lipoproteiny o dużej gęstości HDL (transportują endogenny cholesterol z tkanek obwodowych do wątroby - stale obecne we krwi) Chylomikrony powstające w jelicie transportują TG do mięśni i tkanki tłuszczowej, a cholesterol do wątroby.VLDL powstają w wątrobie i przenoszą cholesterol, TG i fosfolipidy do innych tkanek gdzie również są wykorzystywane jako surowiec energetyczny.Pozostałości VLDL przekształcają się w LDL.HDL usuwają cholesterol z tkanek. Powstają we krwi głównie z rozpadu różnych lipoprotein. Arterioskleroza i hipercholesterolemia Arterioskleroza polega na powstawaniu w tętnicach zgrubień bogatych w cholesterol (płytki miażdżycowe)co prowadzi do zwężenia światła tętnic i tworzenia skrzepów krwi. Hipercholesterolemia to schorzenie polegające na braku funkcjonalnych receptorów LDL co uniemożliwia pobieranie cholesterolu przez tkanki. Wynikający stąd wysoki poziom cholesterolu zwiększa tworzenie się płytek miażdżycowych. Węglowodany - charakterystyka Grupa obszerna, bardzo zróżnicowana pod względem budowy.W budowie węglowodanów do węgli doczepione są grupy hydroksylowe (OH) oraz aldehydowe (CHO) lub ketonowe (CO). Cukier z grupą aldehydową - aldoza, z grupą ketonową ketoza.Najprostszy cukier to trioza - aldehyd glicerynowy. grupy hydroksylowe jednocukrów warunkują dobrą rozpuszczalność w wodzie i słodki smak.Cukry proste łączą się wiązaniami glikozydowymi tworząc cukry złożone (kowalencyjne) Właściwości cukrów Grupa aldehydowa lub ketonowa mogą redukować jony miedziowe (Cu +2) do miedziawych (Cu +) i dlatego noszą nazwę cukrów redukujących.Wykorzystuje się to w reakcjach mających na celu wykrywanie cukrów. Występują w różnych strukturach jako izomery strukturalne np.: aldehyd fosfoglicerynowy i dihydroksyaceton. Klasyfikcja Cukry proste - monosacharydy (CnH2nOn) zależnie od ilości węgla (triozy, tetrozy, pentozy (ryboza, dezoksyryboza), heksozy (glukoza, fruktoza),Dwucukry - disacharydy,Sacharoza = glukoza + fruktoza,Laktoza = glukoza + galaktoza,Maltoza = glukoza + glukoza ,Wielocukry, polisacharydy,Skrobia (rośliny),Glikogen (zwierzęta) Polisacharydy wieloskładnikowe,Kwas chondroitynosiarkowy (wraz z kolagenem wzmacniając jego strukturę wchodzi w skład chrząstek),Kwas hialuronowy (składnik tkanki łącznej, mazi torebek stawowych, składnik skóry),Heparyna (powstaje w ścianach naczyń krwionośnych, zapobiega krzepnięciu krwi) Klasyfikacja ze względu na sposób wykorzystania przez organizm człowieka Przyswajalne ,Nieprzyswajalne, czyli błonnik = włókno pokarmowe. Funkcje węglowodanów przyswajalnych: główna rola węglowodanów to dostarczanie energii, zwłaszcza podczas tlenowych długotrwałych wysiłków,dostarczają energii do biosyntezy białek oraz potęgują jej przebieg na drodze hormonalnej (insulina, IGF1),pełnią funkcje budulcowe (pentozy NA, GAGi),pełnią funkcję regulatorową (witamina C),pełnią funkcję hormonalną (glukoza, nukleozydy, mioinozytol),zwiększając zapas glikogenu w mięśniach, zwiększają ich uwodnienie Trawienie Trawienie węglowodanów odbywa się w jamie ustnej, dwunastnicy i jelicie cienkim. Węglowodany trawione są przez amylazy: ślinową, trzustkową i jelitową.Ostatecznym produktem trawienia są monosacharydy (glukoza, fruktoza i galaktoza).Produkty trawienia węglowodanów wchłaniane są do krwi i z nią transportowane do komórek wszystkich. Źródła węglowodanów przyswajalnych Produkty zbożowe - duża ilość węglowodanów złożonych w postaci skrobi (60 - 70%), Nasiona roślin strączkowych,Ziemniaki,Cukier, miód,Jabłka, słodkie owoce - główne źródło fruktozy,Mleko - zawiera cukier mlekowy - laktozę Indeks glikemiczny Koncepcja IG powstała w 1980 r. IG jest sposobem szeregowania żywności zawierającej węglowodany według siły, z jaką podnosi ona po jej spożyciu stężenie cukru we krwi.Skala wartości IG mieści się w przedziale 0 do 100, gdzie 100 stanowi IG produktu referencyjnego jakim jest glukoza lub biały chleb.Produkty o wysokim IG wywołują wyraźne wahania stężenia cukru we krwi.Znajomość wartości IG produktów żywnościowych jest wykorzystywana w:żywieniu osób chorych na cukrzycę,żywieniu sportowców,leczeniu otyłości. Węglowodany nieprzyswajalne Włókno pokarmowe nie jest ani trawione, ani absorbowane w jelicie cienkim i wykazuje co najmniej jedną z poniższych właściwości:- zwiększa masę stolca- zwiększa częstotliwość wypróżnień- stymuluje procesy fermentacyjne w jelicie grubym- obniża poziom CT i/lub LDL-chol we krwi- obniża po posiłkowe stężenie glukozy we krwi i poziom insuliny. W aktualnym stanie wiedzy do składników błonnika pokarmowego zalicza się: celulozę, hemicelulozę, pektyny, beta-glukany, gumy, śluzy roślinne oraz ligniny. Dyskutuje się również czy nietrawione oligosacharydy, polidextroza i skrobia oporna na trawienie nie powinny być dołączone do tej listy.Spożycie błonnika pokarmowego w Polsce wynosi około 20g na dzień na osobę i wydaje się zbyt niskie. Głównym źródłem błonnika są produkty zbożowe (ok. 57%). Warzywa dostarczają ok. 16%, ziemniaki ok. 15% a owoce ok. 9%. Przemiany węglowodanów Procesy syntezy i rozpadu glikogenu regulują poziom glukozy we krwi Glikogenogeneza, tworzenie glikogenu z glukozy,Glikogenoliza, rozpad glikogenu do glukozy,Oba procesy są kontrolowane przez hormony i przebiegają po odmiennych torach Glikogenogeneza Nadwyżka podaży glukozy,Reakcja w komórkach wątroby - wyłączenie toru rozpadu glikogenu, pod wpływem działania insuliny,Zwiększa się intensywność transportu aktywnego glukozy z krwi do hepatocytów (efekt hipoglikemiczny) i spadek poziomu cAMP,Niskie stężenie cAMP pozwala syntetazie glikogenu na działanie i blokuje aktywność fosforylazy glikogenowej, Do syntezy glikogenu używana jest aktywna forma glukozy urydynodifosfoglukoza (UDP- glukoza), związek ten powstaje z glukozo 1-fosforanu i UTP.Glikozo 1-fosforan + UTP ----- > UDP-glukoza + PP,Powstający w powyższej reakcji pirofosforan jest związkiem nietrwałym i szybko ulega hydrolizie a aktywna glukoza przy pomocy syntetazy glikogenowej tworzy wydłużający się łańcuch, Synteza glikogenu Glikogen stanowi główną formę magazynowania węglowodanów w organizmie człowieka. Gromadzony jest w mięśniach i w wątrobie.U człowieka o masie 80 kg w mięśniach zmagazynowane jest około 400 g glikogenu, natomiast w wątrobie około 100 g tego związku. Glikogen stanowi główną formę magazynowania węglowodanów w organizmie człowieka. Gromadzony jest w mięśniach i w wątrobie.U człowieka o masie 80 kg w mięśniach zmagazynowane jest około 400 g glikogenu, natomiast w wątrobie około 100 g tego związku. Synteza glikogenu a wysiłek fizyczny Wysiłek i trening fizyczny mają istotny wpływ na mechanizmy syntezy glikogenu w mięśniach. Podczas wysiłku fizycznego glikogen jest zużywany i jego zasoby w mięśniach maleją. Stwarza to dogodną sytuację do przyspieszenia jego resyntezy, zwiększa się bowiem aktywność enzymów katalizujących ten proces. Aby jednak doszło do odtworzenia zasobów glikogenu mięśniowego konieczne jest podanie pożywienia zawierającego duże ilości węglowodanów. Trening o charakterze wytrzymałościowym powoduje, że ułatwione jest wnikanie glukozy do komórek mięśniowych, przez co zwiększa się w nich synteza glikogenu. Dlatego też u osób wytrenowanych wytrzymałościowo, spożywających dietę o dużej zawartości węglowodanów, stwierdza się większe zasoby glikogenu w mięśniach (superkompensacja). Przeciętna wielkość zapasów glikogenu w mięśniach u osób nie trenujących wystarcza na pokrycie zapotrzebowania na energię na około 90 minut wysiłku, superkompensacja, zwiększając te zapasy, umożliwia wydłużenie czasu pracy. Wykorzystanie glikogenu podczas pracy mięśni Aby glikogen mięśniowy lub wątrobowy mógł być wykorzystany jako źródło energii do pracy mięśni musi ulec rozpadowi. W początkowej fazie wysiłku rozpad glikogenu w mięśniach zachodzi bardzo szybko, a szybkość ta rośnie wraz z intensywnością wysiłku. Na szybkość rozpadu glikogenu ma istotny wpływ rodzaj włókien mięśniowych angażowanych podczas pracy. Glikogen a włókna mięśniowe W wysiłkach o przeciętnej intensywności 60-70% pułapu tlenowego) rozpad glikogenu zachodzi we włóknach wolnokurczliwych ST oraz szybkokurczliwych typu FT IIa ,Większa intensywność powoduje rozpad glikogenu we włóknach typu FT IIb ,Wysiłki maksymalne stymulują rozpad glikogenu we wszystkich rodzajach włókien, przy czym we włóknach FT jest intensywniejszy (jest w nich o 20% więcej glikogenu) Glikogenoliza W sytuacji, gdy mamy do czynienia z deficytem glukozy hormon glukagon lub adrenalina powodują rozpad glikogenu,Hormony te działają na komórki docelowe za pomocą tz. drugiego posłańca czyli cAMP,Wzrost stężenia cAMP mobilizuje aktywację enzymu kinazy białkowej, która przeprowadza fosforylację,nieczynnej fosforylazy glikogenu,czynnej syntetazy glikogenowej Glikogen -n x glukozo -1-fosforan Cząsteczka glikogenu pozbawiana jest w ten sposób stopniowo cząsteczek glukozy,Proces hydrolizy jest odwracalny i egzoergiczny,Enzym powoduje, że każda cząsteczka glukozy jest ufosforylowana, a tym samym ułatwia to dalsze reakcje Wykorzystanie glikogenu podczas pracy mięśni Czynnikiem pobudzającym rozpad glikogenu są hormony stresu. Szybkość rozpadu glikogenu zależy również od wielkości jego zasobów w komórce mięśniowej oraz poziomu glukozy i WKT we krwi. Spadek stężenia glukozy we krwi przyspiesza rozpad glikogenu, natomiast podanie doustne węglowodanów powoduje, że jego rozpad maleje. Zmniejszenie szybkości rozpadu glikogenu mięśniowego ma miejsce również wtedy, gdy wzrasta stężenie wolnych kwasów tłuszczowych we krwi. Stymulacja glikogenonezy Ponowne przestawienie systemu na syntezę glikogenu polega na blokadzie przez insulinę cyklazy adenylowej co spowoduje rozkład cAMP do AMP. Uzyskiwanie energii użytecznej biologicznie z glukozy Proces nazywany jest oddychaniem komórkowym,Glukoza jest szczególnie preferowanym paliwem biochemicznym,Ogólna reakcja spalania glukozy:,C6 H12 O6 + 6 O2 6 H2 O + 6 C O2 + 686 kcal,Proces ten jest wieloetapowy i katalizowany enzymatycznie Glikoliza Proces ten zachodzi w komórkach na terenie cytoplazmy,Jest to proces beztlenowy,Generalnie to proces egzoergiczny, ale wymaga na początku nakładów energii. Glikoliza jest procesem rozpadu cząsteczki glukozy do dwóch cząsteczek kwasu pirogronowego, w wyniku którego powstają niewielkie ilości ATP (2-3 cząsteczki). Aby cząsteczka glukozy mogła być przekształcona w tym wieloetapowym procesie musi występować w formie uaktywnionej czyli ufosforylowanej. Podczas rozpadu glikogenu uwalniane są już ufosforylowane cząsteczki tego cukru. Glikoliza jest procesem rozpadu cząsteczki glukozy do dwóch cząsteczek kwasu pirogronowego, w wyniku którego powstają niewielkie ilości ATP (2-3 cząsteczki). Aby cząsteczka glukozy mogła być przekształcona w tym wieloetapowym procesie musi występować w formie uaktywnionej czyli ufosforylowanej. Podczas rozpadu glikogenu uwalniane są już ufosforylowane cząsteczki tego cukru. Synteza ATP to tylko jeden z aspektów znaczenia glikolizy. Drugi, równie istotny, to dostarczanie kwasu pirogronowego. Kwas pirogronowy powstaje w cytoplazmie, ale może łatwo przenikać do mitochondriów, stanowiąc łącznik beztlenowych i tlenowych przemian węglowodanów. Kwas pirogronowy Synteza aminokwasów (walina, leucyna, alanina).W mięśniach bierze udział w transporcie jonów amonowych tworząc alaninę ,W reakcji z glutaminianem katalizowanej przez ALT tworzy alaninę Glikoliza a aktywność fizyczna Wiadomo, że trening polegający na wykonywaniu intensywnych, powtarzanych wielokrotnie wysiłków może nasilać glikolizę beztlenową w mięśniach, podobnie jak trening siły mięśniowej o dużej ilości powtórzeń z małymi obciążeniami. Trening o charakterze wytrzymałościowym może również wpływać na szybkość przemian glikolitycznych poprzez wspomniane już zwiększenie zasobów glikogenu w mięśniach. Glikoliza beztlenowa stanowi drogę resyntezy ATP, która jest wykorzystywana przede wszystkim w wysiłkach krótkotrwałych o dużej intensywności, a efektem takich wysiłków jest wzrost produkcji kwasu mlekowego w mięśniach i jego gromadzenie się we krwi. Glikogen wątrobowy i glukoneogeneza Narządem, który odgrywa istotną rolę w utrzymaniu stałego poziomu glukozy we krwi jest wątroba. W wątrobie bowiem znajduje się magazyn glikogenu, pochodzącego zarówno z węglowodanów pożywienia, jak również syntetyzowanego w procesie glukoneogenezy. Utrzymanie względnie stałego stężenia glukozy we krwi ma podstawowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania organizmu, zarówno w warunkach spoczynkowych, jak i podczas wysiłku fizycznego. W warunkach ograniczonej dostępności pożywienia (np. stan głodu lub długotrwały wysiłek) organizm dysponuje możliwością zwiększenia ilości glukozy poprzez jej syntezę w procesie zwanym glukoneogenezą. Proces Glukoneogenezy Glukoneogeneza to szlaki przemian odpowiedzialne za przekształcanie związków nie będących węglowodanami w glukozę lub glikogen. W warunkach fizjologicznych procesy te odbywają się głównie w wątrobie, gdzie występują wszystkie enzymy niezbędne w tych przemianach. Substratem glukoneogenezy może być kwas mlekowy, niektóre aminokwasy, głównie alanina oraz glicerol. Najważniejszym z nich, zarówno w spoczynku jak i podczas wysiłku, jest kwas mlekowy. Glukoneogeneza w stanach deficytu W warunkach zmniejszonej dostępności substratów udział glukoneogenezy w powstawaniu glukozy istotnie wzrasta. Dochodzi do tego podczas wysiłków długotrwałych, gdy z rozpadu triacylogliceroli powstaje glicerol, a z rozpadu białek aminokwasy, a także w intensywnych wysiłkach, gdy w mięśniach powstaje kwas mlekowy i alanina. Hipoglikemia Spadek stężenia glukozy we krwi (hipoglikemia) może być czynnikiem ograniczającym zdolność do kontynuowania pracy z powodu niedostatecznej dostępności glukozy dla mózgu. W długotrwałych wysiłkach, rekreacyjnych i wyczynowych, wskazane jest podawanie glukozy w postaci roztworów izotonicznych (5-6% roztwór glukozy). Obecnie uważa się za bardziej wskazane podawanie roztworów skrobi lub produktów jej częściowego rozpadu, czyli dekstryn, co zapewnia rozłożony w czasie dopływ glukozy do pracujących mięśni. Podawanie dużych ilości glukozy bezpośrednio przed rozpoczęciem pracy fizycznej jest działaniem błędnym, którego skutki są zwykle odwrotne od zamierzonych.Duża ilość węglowodanów powoduje pobudzenie wnikania glukozy do tkanek, a w jego następstwie hipoglikemię. Jeżeli w takim momencie rozpoczyna się wysiłek fizyczny, który wzmaga wnikanie glukozy do mięśni, dochodzi do nasilenia hipoglikemii. Zmniejsza to szanse na energię, ale przede wszystkim stanowi zagrożenie dla zdrowia. Kwas mlekowy Powstawanie kwasu mlekowego Powszechnie uważa się, że kwas mlekowy powstaje w czasie pracy mięśni w warunkach beztlenowych.Prace prowadzone w ostatnich latach udowodniły, że nie jest to prawda,Kwas mlekowy powstaje w wyniku przemian prowadzących do powstania energii we włóknach szybkokurczliwych, niezależnie od podaży tlenu.Jest więc metabolitem powstającym w wyniku pracy włókien szybkokurczliwych. Powstaje w mięśniach w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę mleczanową Pirogronian + H LDH mleczan,LDH - dehydrogenaza mleczanowa,Pirogronian jest produktem glikolizy, czyli rozpadu glukozy pobieranej przez mięśnie z krwi i pochodzącej z rozpadu glikogenu mięśniowego Kwas mlekowy Mleczan jest produkowany w mięśniach stale ( także w spoczynku).Podczas wysiłków o dużej intensywności jego produkcja znacznie wzrasta.Gdy produkcja mleczanu przekracza szybkość jego usuwania gromadzi się on we włóknach mięśniowych.W czasie 3-5 minut po wysiłku dyfunduje do krwi i jest z nią transportowany. Bolesność mięśni związana z wysiłkiem fizycznym W czasie wysiłku:Wzrost stężenia mleczanu,Produkty rozpadu ATP (fosforan, AMP),Amoniak (powstający w czasie kryzysu energetycznego) Zespół opóźnionej bolesności po wysiłku fizycznym Uszkodzenie włókien mięśniowych indukuje lokalną reakcję zapalną organizmu, W mięśniu pojawiają się leukocyty obojętnochłonne i makrofagi, Chemiczne mediatory (prostaglandyny) zapalenia pobudzają zakończenia nerwów przewodzących bodźce bólowe,Odczuwanie bólu nasila reakcja związana z obrzękiem i ociepleniem tkanki mięśniowej,Sztywność mięśni - uwolnienie jonów wapnia z siateczki sarkoplazmatycznej Metabolizm kwasu mlekowego We krwi występuje w postaci zjonizowanej jak mleczan i jon wodorowy.Mleczan jest wykorzystywany:Przez komórki wątroby do produkcji glukozy,Przez włókna mięśniowe wolnokurczliwe jako surowiec energetyczny,Przez mięsień sercowy do produkcji pirgronianu i dalej jako surowiec energetyczny.Mleczan nie jest szkodliwym metabolitem. Jony wodorowe Protony wodorowe zakłócają równowagę kwasowo-zasadową organizmu,Jony H+ z kwasu mlekowego hamują glikolizę i redukcję pirogronianu do mleczanu , Nasilają więc przemiany o charakterze tlenowym , Praca może być kontynuowana ale z mniejszą intensywnością Mleczan Podczas wysiłków jest głównym prekursorem glukoneogenezy. Po wytworzeniu w mięśniach dyfunduje do krwi i jest transportowany do wątroby. W wątrobie ulega przemianie do pirogronianu a potem glukozy . Powiązanie przemian glukozy w wątrobie i mięśniach nazywamy cyklem Corich Reakcje cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego Reakcje cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego Zachodzi w mitochondriach,Kluczowym cyklem przemian biochemicznych jest cykl Krebsa.Powstałe w cyklu protony wodoru są utlenione w czasie reakcji łańcucha oddechowego do wody i dwutlenku węgla. Substratem cyklu Krebsa jest produkt glikolizy Zanim kwas pirogronowy może być wykorzystany w cyklu Krebsa musi zajść reakcja oksydacyjnej dekarboksylacji ( tzw. pomostowa). Reakcja zachodzi w matrix mitochondrialnym,Reakcja jest katalizowana przez dehydrogenazę pirogronianową ,Powstaje acetylo CoA Charakterystyka ogólna cyklu Krebsa Jest to cykl reakcji w wyniku którego z węglowodanów, tłuszczy i białek powstaje dwutlenek węgla i zredukowane nukleotydy (NADH+ i FADH2).Różne związki zostają wprowadzone poprzez wspólny metabolit acetylo CoA. Etapy cyklu kwasu cytrynowego Wytwarzanie cytrynianu ze szczawiooctanu i acetylo CoA (enzym syntaza cytrynianowa),Izomeracja cytrynianu do izocytrynianu (akonitaza),Utlenianie izocytrynianu do α- ketoglutaranu (dehydrogenaza izocytrynianowa, NAD+),Utlenianie α- ketoglutaranu do bursztynylo CoA (dehydrogenaza α- ketoglutaranu, NAD+ ),Przekształcenie bursztynylo CoA do bursztynianu (syntetaza bursztynylo CoA i P no i GDP),Utlenianie bursztynianu do fumaranu (dehydrogenaza bursztynianowa, FAD),Uwodnienie fumaranu do jabłczanu (fumaraza),Utlenianie jabłczanu do szczawiooctanu (dehydrogenaza jabłczanowa , NAD+ ) Wydajność energetyczna Podczas każdego obrotu cyklu powstaje 12 cząsteczek ATP, jedna bezpośrednio w cyklu a 11 dzięki reoksydacji przez fosforylację oksydacyjną trzech cząsteczek NADH i jednej cząsteczki FADH2 wytworzonych w cyklu.Ponieważ w glikolizie z jednej cząsteczki glukozy powstały dwie cząsteczki kwasu pirogronowego to bilans energetyczny jest x 2 Regulacja cyklu Dostępność substratów,Hamujące działanie nagromadzonych produktów,Oparte na mechanizmach sprzężenia zwrotnego allosteryczne hamowanie przez następne intermediaty cyklu. (syntaza cytrynianowa, dehydrogenaza izocytrynianowa, dehydrogenaza α -ketoglutaranowa, dehydrogenaza pirogronianowa). Podsumowanie cyklu Krebsa W wyniku dwóch reakcji karboksylacji powstaje dwutlenek węgla który dyfunduje do krwi i jest wydychany przez płuca do atmosfery,W wyniku czterech reakcji dehydrogenacji powstają trzy cząsteczki NADH, i jedna FADH,Powstaje jedna cząsteczka ATP - wynik fosforylacji substratowej.Powstający w reakcji pomostowej acetylo CoA jest węzłem metabolicznym pozwalającym na przechodzenie jednego szlaku metabolicznego w drugi. Koenzym A Nazywany jest czasem witaminą Q albo koenzymem Q,Jest to związek egzogenny, którego prekursorem jest kwas pantotenowy, lecz nie stwierdzono u ludzi objawów jego deficytu.Producenci preparatów witaminowych rozreklamowali go jako cudowny środek na witalność. Łańcuch oddechowy Powstałe w cyklu Krebsa i glikolizie cząsteczki NADH i FADH są zasobne w energię w wyniku nadwyżkowych elektronów,W błonie grzebieni mitochondrialnych wbudowane są zespoły przenośników odbierające elektrony z NADH i FADH.Elektrony pochodzące z NADH i FADH płyną przez system przenośników elektronów. Przenośniki są białkami lub związkami drobnocząsteczkowymi, które mogą zmieniać swój stopień utlenienia. Przepływ elektronów polega na utlenieniu jednego i redukcji drugiego.FMN (mononukleotyd flawinowy)jest pierwszym ogniwem łańcucha, Następnie ubichinion (Q), kolejnym kompleks cytochromów (specjalne białka przenośnikowe), kończy system kompleks oksydazy cytochromowej, białka które przekazują elektrony bezpośrednio na tlen Mechanizm łańcucha oddechowego Przepływ elektronów wymusza przeniesienie przez błonę protonów.Stężenie protonów po zewnętrznej stronie błony mitochondralanej jest większe niż w wewnątrz.Protony wracając do wnętrza mitochondrium wpływają na uruchomienie systemu białkowego związanego z syntezą ATP. Mechanizm łańcucha oddechowego Powrót może się odbywać tylko w określonych miejscach (białkach tunelowych). Wracające z dużą prędkością jony H uderzają w resztę fosforanową. Powstaje aktywny rodnik fosforanowy i tworzy się wiązanie w ATP,Syntezę ATP napędzają protony przepływające przez syntazę ATP z powrotem do matrix ,Syntazę ATP napędza napędza siła protonomotoryczna która jest sumą gradientu pH i potencjału błonowego Łańcuch oddechowy O kierunku przepływu elektronów decyduje potencjał oksydoredukcyjny przenośnika czyli wartość świadcząca o jego powinowactwie do elektronów. Kontrola oddychania Elektrony przepływają przez łańcuch oddechowy tylko wtedy gdy jest potrzebna synteza ATP.Jeżeli stężenie ATP jest duże a ADP małe transport elektronów nie działa i gromadzi się NADH i FADH, powstaje nadmiar cytrynianu a cykl Krebsa i glikoliza zostają zahamowane . Bilans energetyczny oddychania komórkowego - 2 cząsteczki ATP (rozruch glikolizy), + 4 cząsteczki ATP (zysk brutto z glikolizy),+ 6 cząsteczek ATP (zysk brutto z NADH+ H+ cytoplazmatycznego), - 2 cząsteczki ATP (koszt transportu z NADH+ H+ cytoplazmatycznego), + 6 cząsteczek ATP (zysk z reakcji pomostowej), + 2 cząsteczki ATP (zysk z fosforylacj substratowej w cyklu Krebsa),+ 22 cząsteczki ATP (zysk z NADH+ H+ i FADH2 z cyklu Krebsa) Zysk energetyczny Całkowite utlenienie 1 cząsteczki glukozy daje 36 cząsteczek ATP Do bilansu energetycznego należy również dodać NADH +H powstały z glikolizy Problemem jest ,że związek ten znajduje się na terenie cytoplazmy, a łańcuch oddechowy zachodzi w mitochondrium.Związek NADH +H nie przechodzi przez błonę mitochondrium.Rozwiązaniem są inne substancje które mogą swobodnie dyfundować a do ich wytworzenia użyte są NADH+H. Czółenko biochemiczne Takie substancje nazywamy czółenkami biochemicznymi. Typowym przykładem jest czółenko glicerolowe W cytoplazmie NADH jest wykorzystany do syntezy glicerolo-fosforanu. Ten związek transportowany jest przez błonę do mitochondrium a następnie ulega dehydrogenacji do fosfodihydroksyacetonu i wraca do cytoplazmy. W mitochondrium zostaje FADH Powstawanie reaktywnych form tlenu (RFT) Reaktywne formy tlenu są stale produkowane, a ich źródłem są przede wszystkim mitochondria.W wewnętrznej błonie mitochondrialnej zlokalizowany jest łańcuch oddechowy, w którym wodór redukuje tlen do cząsteczki wody.W warunkach spoczynkowych około 5% tlenu wykorzystywanego w mitochondriach przekształca się w RFT. Powstawanie reaktywnych form tlenu O2 + e- O2 (anionorodnik ponadtlenkowy) O2 +2 e- H2O2 (nadtlenek wodoru) O2 + 3e- OH +H2O(rodnik hydroksylowy) RFT mogą powstawać w reakcjach enzymatycznych Hipoksantyna + NAD+ kwas moczowy + NADH,Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę ksantyny w dobrze natlenionych tkankach ,Hipoksantyna + H2O +2O2 kw. moczowy + 2O2 + 2H+,Reakcja katalizowana przez oksydazę ksantyny w warunkach niedotlenienia.,Procesy te zachodzą w śródbłonku naczyń kapilarnych mięśni Rola RFT W warunkach homeostazy RFT uwalniane są w ilościach bezpiecznych,Odgrywają rolę mediatorów i regulatorów wielu procesów komórkowych:Indukują różnicowanie i apoptozę komórek.Wpływają na syntezę, uwalnianie lub aktywację tlenku azotu.Pobudzają transport glukozy do komórek.Zwiększają przepuszczalność ścian naczyń włosowatych wpływając na przebieg reakcji zapalnej. Jedną z najbardziej istotnych funkcji jest regulacja procesów przekazywania sygnałów z komórki do komórki lub w jej obrębie.RFT spełniającymi tą funkcję są: jon ponadtlenowy i nadtlenek wodoru (mała reaktywność, selektywność i stała dostępność w komórce W fagocytujących neutrofilach Zachodzi reakcja nazywana wybuchem oddechowym, charakteryzująca się gwałtownym wzrostem pobierania tlenu, i prowadząca do powstania anionorodnika ponadtlenkowego.Anionorodnik ponadtlenkowy łatwo przenika przez błony i może działać w obszarach odległych od miejsca powstawania.Może również powstawać w erytrocytach w wyniku autooksydacji hemoglobiny Wpływ na reakcje odpornościowe Uczestniczą w eliminacji pasożytów oraz czynników potencjalnie chorobotwórczych w jamie ustnej ( w ślinie stwierdza się obecność np. peroksydazy).Nasilają aktywację limfocytów T.Oraz indukują adhezję komórek leukocytarnych do śródbłonka (przenikanie ich do miejsca reakcji zapalnej).Regulatorowe działanie nadtlenku wodoru przejawia się w pobudzaniu ekspresji genów w których zapisane są cytokininy i przeciwciała. RFT a starzenie się Wpływają na starzenie się komórek.Decydują o życiu komórki lub jej śmierci.Niskie stężenie RFT pobudza procesy różnicowania się komórek i umożliwia ich przystosowanie się do zmienionych warunków.Wysokie stężenie wolnych rodników prowadzi komórki do apoptozy, co pozwala eliminować komórki które uległy dużym uszkodzeniom.Wzrost z wiekiem RFT wpływa na aktywację procesów neurodegeneracyjnych prowadząc do powstania choroby Alzheimera Działanie RFT zależy od ich stężenia Wysokie stężenia wywołują toksyczne uszkodzenia komórek prowadzące do ich destrukcji Peroksdacja lipidów Głównym celem RFT są wielonienasycone kwasy tłuszczowe, wchodzące w skład błon biologicznych, które ulegają peroksydacji.Zmiany te przebiegają trójfazowo (inicjacja, propagacja, terminacja). Gdy powstające w pierwszej fazie nadtlenki lipidowe nie zostaną unieszkodliwione przez antyoksydanty dalsza peroksydacja ma charakter kaskadowy i powoduje stały wzrost poziomu nadtlenków lipidowych.Produkty peroksydacji lipidów zmieniają właściwości fizyczne błon komórkowych poprzez zahamowanie aktywności enzymów błonowych i białek transportujących.Wykazano, że NADH może hamować peroksydację in vitro działając jako antyoksydant. Oksydacyjne modyfikacje białek Modyfikacje dotyczą zarówno białek strukturalnych jak i enzymatycznych,Polegają na utlenianiu grup sulfhydrylowych, powstawania mostków dwusiarczkowych wewnątrz cząsteczek białkowych lub dimeryzację białek poprzez wytworzenie mostków dwusiarczkowych.Takie przekształcenia powodują utratę właściwości białek a w przypadku białek enzymatycznych modyfikują ich aktywność ,Białka które uległy nieodwracalnym zmianom są usuwane przez proteazy. Jednak w miarę starzenia się komórek mogą się gromadzić Uszkodzenia kwasów nukleinowych Związane jest z pęknięciami nici kwasów nukleinowych.Związane jest z utlenianiem zasad purynowych i pirymidynowych.Np. utlenienie przy 8 węglu pierścienia purynowego prowadzi do powstania 8-hydroksy-2-deoksyguanozyny. Związek ten jest wydalany z moczem i wzrost jego stężenia świadczy o wolnorodnikowym uszkodzeniu DNA RFT - jednak również działanie pozytywne Uważa się jednak, że proces powstawania RFT może być kontrolowana, gdyż stanowią one bodziec do przekształceń tkanek w odpowiedzi na stres fizjologiczny:RFT stanowią sygnał inicjujący proces regeneracji uszkodzonych miocytów,W czasie reakcji zapalnej pośredniczą w procesach naprawczych,RFT pełnią funkcje sygnałów przekazywanych między komórkami (regulacja wielu funkcji komórek),Działają jako potencjalny bodziec w regulacji ekspresji genów odpowiedzialnych za syntezę enzymów antyoksydacyjnych, Mechanizmy obronne RFT powstają podczas przebiegu wielu procesów metabolicznych w komórce. Ich stężenie jest zbyt małe aby je wykryć ale wystarczająco duże by stanowić zagrożenie,Organizm został wyposażony w mechanizmy obronne mające na celu ochronę komórek przed atakiem wolnych rodników Systemy antyoksydacyjne Komórki chronione są przed uszkadzającymi efektami RFT, dzięki obecności systemów antyoksydacyjnych,W skład powyższych systemów wchodzą enzymy zdolne do unieczynniania RFT i antyoksydanty drobnocząsteczkowe SOD dysmutaza ponadtlenkowa Jest metaloenzymem występującym w cytozolu komórek. Jego aktywność jest zależna od jonów miedzi i cynku, natomiast w mitochondriach zależy od manganu.Enzym ten jest pierwszą linią obrony enzymatycznej przed RFT i katalizuje reakcję przekształcenia aniono- rodnika ponadtlenkowego w mniej reaktywny nadtlenek wodoru GPX peroksydaza glutationu Jest enzymem zależnym od selenu i wykazuje małą specyficzność substratową.GPX może redukować zarówno nadtlenki wodoru jak i nadtlenki organiczne.W reakcjach katalizowanych przez GPX donorem elektronu jest zredukowany glutation a produktem glutation utleniony. CAT katalaza Jest tetramerem zawierającym hem i katalizuje reakcję redukcji nadtlenku wodoru,Podobnie jak peroksydaza glutationu może katalizować tą samą reakcję, ale działa przy dużych stężeniach nadtlenku. RG reduktaza glutationu Utleniony glutation jest substratem reakcji odtwarzania zredukowanego glutationu.Reduktaza glutationu współdziała z NADPH pochodzącym z różnych reakcji metabolicznych zachodzących na terenie komórki Zredukowany glutation Glutation jest związkiem peptydowym powstałym z trzech aminokwasów (kwasu γ- glutaminowego, cysteiny i glicyny).Związek syntetyzowany w wątrobie i pobierany z osocza przez mięśnie.Bierze udział w redukcji nadtlenku wodoru i nadtlenków organicznych, a następnie bierze udział w reakcji z reduktazą glutaminową,Glutation odgrywa ważną rolę w utrzymaniu prawidłowego stanu oksydoredukcyjnego komórki oraz pełni wiele funkcji w obronie antyoksydacyjnej chroniąc komórki przed uszkodzeniem wywołanym przez RFT. Glutation Bierze udział w regeneracji innych antyoksydantów.Bierze udział w utrzymaniu prawidłowego potencjału redoks w komórce i odtwarzaniu uszkodzonych składników komórki.Utrzymuje grupy tiolowe białek w stanie zredukowanym, co umożliwia im aktywność funkcjonalną,Jest parametrem diagnostycznym w chorobach Alzheimera, Parkinsona, AIDS, chorobach immunologicznych (stężenie obniża się). Stężenie glutationu zmniejsza się z wiekiem Kwas moczowy Jest stałym składnikiem krwi, i decyduje o 60% aktywności oksydacyjnej osocza.Wykorzystywany jest również jako antyoksydant w mięśniach, które pobierają go z krwi. Witamina E α - tokoferol czyli witamina E rozpuszcza się w tłuszczach i jest składnikiem lipoprotein osocza.Jest ważnym antyoksydantem zapobiegającym peroksydacji lipidów.Może również przetwarzać anionorodnik ponadtlenkowy i rodnik hydroksylowy w formy mniej reaktywne.Udział w reakcjach z nadtlenkami prowadzi do powstania odmiany rodnikowej tej witaminy,Odtworzenie witaminy wymaga obecność witaminy C Witamina A pochodna β-karotenu Jest witaminą rozpuszczalną w tłuszczach i transportowaną we krwi w połączeniu z białkami.Może być magazynowana w wątrobie.Zlokalizowana w błonach witamina A ma właściwości antyoksydacyjne i zapobiega peroksydacji lipidów. Kwas askorbinowy (wit. C) Jest witaminą rozpuszczalną w wodzie,Pełni funkcję antyoksydacyjną w przestrzeni pozakomórkowej.Działa na rodnik hydroksylowy w fazie wodnej (cytostolu i osoczu) Zwiększona produkcja RFT Prowadzi do wielu chorób takich jak:Miażdżyca,Choroby układu krążenia,Choroby autoimunologiczne-Cukrzyca,Nowotwory. RFT produkowane przez neutrofile i makrofagi Mogą modyfikować frakcję lipoprotein LDL osocza, które zawierają znaczne ilości nienasyconych kwasów tłuszczowych, szczególnie podatnych na peroksydację,Witamina E i β -karoten zawarte we frakcji LDL zapobiegają tym uszkodzeniom lipidów, ale przy gwałtownym wzroście produkcji RFT obrona ta może być niewystarczająca.Powstają wtedy utlenione formy LDL i tak zmienione fagocytowane są przez makrofagi, co prowadzi do powstania komórek piankowatych (najwcześniejszego objawu związanego z płytką miażdżycową) Ważne Regularna aktywność fizyczna modyfikuje równowagę prooksydacyjno-antyoksydacyjną oraz zwiększa odporność frakcji LDL na utlenianie, a dieta zawierająca antyoksydanty może ograniczyć te uszkodzenia. Wpływ wysiłku fizycznego na powstawanie RFT Podczas wysiłku fizycznego wzrasta zużycie tlenu przez mięśnie (nawet 100-200 razy w stosunku do wartości spoczynkowych),Obserwuje się przyspieszenie procesów utleniania w mitochondriach, a co za tym wzrost RFT,Stan w którym produkcja RFT przekracza możliwości obrony nazywany jest stresem oksydacyjnym.Podczas wysiłku fizycznego RFT mogą powstawać nie tylko w mitochondriach ale także w reakcji katalizowanej przez oksydazę ksantyny. Wysiłek powoduje, że w mięśniach i innych narządach dochodzi do lokalnego niedotlenienia związanego ze zmniejszonym przepływem krwi, co uaktywnia oksydazę ksantyny.Jednocześnie udowodniono, że produkcja RFT może się nasilać już po uszkodzeniu komórek w związku z rozwojem reakcji zapalnej i gromadzenia się w uszkodzonych miejscach komórek fagocytujących, zdolnych do produkcji RFT. Stres oksydacyjny a trening Wykazano, że tkanki charakteryzujące się wysokim zużyciem tlenu mają relatywnie większą aktywność enzymów antyoksydacyjnych.Możliwość obrony przed stresem zależy od podaży witamin antyoksydacyjnych i pierwiastków śladowych w diecie (selen, miedz, cynk).