ФЕРМЕНТИ – БІОЛОГІЧНІ КАТАЛІЗАТОРИ. ВІТАМІНИ.
Ферменти
Під час м’язової діяльності та відновлення організму значно змінюється швидкість біохімічних реакцій, що пов’язано зі змінами активності або кількості ферментів.
Ферменти (ензими) – це специфічні білки, які регулюють швидкість (прискорюють або уповільнюють) біохімічні реакції, тобто є біологічними каталізаторами.
За будовою ферменти бувають прості (складаються тільки з білків) та складні, що містять небілкову частину – кофермент чи кофактор.
Кофермент формує активний центр ферменту, ту невелику ділянку молекули ферменту де відбувається перетворення речовин. Багато ферментів мають регуляторний центр, через який певні речовини змінюють його активність. Діяльність ферменту залежить від структурної організації білка. Зміни його структури можуть призвести до втрати активності ферменту. Речовини, на які діють ферменти називаються субстратами. Субстрати знаходять свої ферменти за принципом «ключ-замок».
Коферменти бувають вітаміновмісні та невітамінні. Це означає, що вітаміни необхідні для утворення і роботи ферментів, тому вони мають постійно надходити в організм.
До складу багатьох невітамінних коферментів входять мінерали, наприклад, цинк (Zn), залізо (Fe).
Ферменти мають такі властивості:
Ø високу активність – здатність одної молекули ферменту розщеплювати чи синтезувати певну кількість субстрату за одиницю часу (від 30 до мільйона молекул за одну хвилину);
Ø специфічність (вибірковість) дії – здатність каталізувати перетворення лише одного субстрату (абсолютна специфічність) чи багатьох (відносна специфічність),
Ø саморегуляція активності різними механізмами:
· протеолізом – відщепленням частини білка від ферментів у неактивному стані, що переводить їх у активний стан (пепсиноген → пенпсин),
· фософрилюванням↔дефосфорилюванням приєднанням та відщепленням фосфатного залишку, (АТФ ↔ АДФ),
· дією активаторів (↑) та інгібіторів (↓), що взаємодіють із регуляторним центром ферменту і змінюють його структуру та діяльність.
Механізм дії ферментів полягає в тому, що ферменти (Е) взаємодіють зі своїм субстратом (S) із утворенням фермент-субстратного комплексу (ЕS), який дуже швидко розпадається на фермент та продукт реакція (Р) за схемою:
E + S →ES →E + P
Після утворення речовини (продукту реакції) фермент не змінюється і може знову каталізувати реакцію. Фермент може реагувати з молекулами субстрату доти, поки не закінчиться тривалість його життя або він витратить активність, наприклад, через зміну умов внутрішнього середовища, що впливає на структуру білка-ферменту.
Фактори, що впливають на активність ферментів. Робота ферментів залежить від багатьох факторів: концентрації субстрату, температури тіла, величини рН.
Ферменти упорядковані у 6 класів за типом реакцій, які каналізують:
Оксидоредуктази – каналізують окисно-відновні реакції (приєднання оксисену та відщеплення гідрогену.
Трансферази – переносять різні групи атомів.
Гідролази – розщеплюють різні речовини з участю води.
Ліази – розщеплюють подвійний зв’язок.
Ізомерази – перетворюють ізоформні речовини.
Лігази або синтетази – каналізують синтез складних речовин з участю АТФ.
Назва ферментів найчастіше утворюється від назви субстрату або типу реакції з додаванням суфікса «аза». Так, ліпази розщеплюють жири, сахараза – сахарозу, АТФ-аза – АТФ.
Вплив м’язової діяльності на властивості ферментів. Одноразовіфізичні навантаження змінюють активність різних ферментів, але тих, які є у клітинах. Величина зміни може бути різною залежно від інтенсивності та специфічності м’язової діяльності.
Систематичні фізичні тренування підвищують активність ферментів, особливо енергетичних систем. Так, активність ферментів гідролізу у м’язах спортсменів різних видів спорту збільшується на 10-40%, а ферментів аеробного енергоутворення на 100-150%. Крім того м’язова адаптація до тренувань пов’язана зі збільшенням кількості окремих ферментів, що створює умови для високої інтенсивності метаболізму під час виконання фізичних вправ.
Фізичні перевантаження, патологічні зміни у тканинах організму викликають вихід внутрішньоклітинних ферментів у кров, перерозподіл їх між тканинами, що може використовуватися під час біохімічного діагностування.
Ферментні препарати, що використовуються у спорті та під час реабілітації. Лікування багатьох хвороб пов’язане із впливом лікарських препаратів на діяльність ферментів. Натепер відомо багато спадкових хвороб, пов’язаних із порушенням біосинтезу або роботою ферментів у тканинах організму людини – так звані ферментопатії. Досить відомий аспірин проявляє антизапальну т антикоагуляційну (антитромбозну) дію, пригнічуючи діяльність ферменту циклоксигенази. Антибіотики, гормональні препарати теж впливають на діяльність ферментів та їх біосинтез.
Останнім часом широко застосовуються (в спорті також) для лікуванні та профілактики різних хвороб ферментні препарати. Наприклад, лідаза та колагеназа – розсмоктують рубці, еластаза – поліпшує структуру судин, цитохромоксидаза – покращує процеси енергоутворення.
Використання окремих названих ферментативних препаратів з метою профілактики або лікування значно зменшує вірогідність спортивних травм та суттєво прискорює процеси відновленні після них.
Вітаміни
Вітаміни – це група низькомолекулярних органічних речовин, що здебільшого не утворюються в організмі, але необхідні для його життєдіяльності, оскільки регулюють обмін речовин. Вітаміни впливають на процеси розмноження, росту, енергоутворення, біосинтезу білків, а також імунітет. За їх відсутності або недостатності у клітинах організму порушується обмін речовин, що призводить до зменшення працездатності, погіршення реакції пристосування до різних впливів середовища на стан здоров’я людини, розвитку певного захворювання. Оскільки вітаміни не утворюються в клітинах організму (окремі лише частково можуть синтезуватись мікрофлорою кишечника, а вітамін D у шкірі та тканинах), їх відносять до незамінних факторів харчування. Вони повинні надходити з продуктами харчування (овочі, фрукти, печінка, яйця тощо).
У наш час відомо близько 50 вітамінів та вітаміноподібних речовин. Кожний із них має назву хімічну та у вигляді латинських букв.
Так, наприклад, вітамін А (ретинол) – регулює процеси зору та росту, підсилює біосинтез білків, захищає від бактерій, має антиоксидантну дію. Ознакою авітамінозу є втрата зору.
Вітамін С (аскорбінова кислота) – регулює процеси енергоутворення (АТФ); біосинтез білків, у тому числі колагену, який необхідний для м’язів, зв’язок, сухожиль, судин. Він впливає на проникність капілярів, синтез стероїдних гормонів, стійкість до інфекційних захворювань, має антиоксидантну дію. Ознакою авітамінозу є порушення проникності судин (цинга).
Вітаміноподібна речовина В8 (інозит) – регулює функцію нервової системи, вихід жирів із печінки (ліпотропна дія), перистальтику кишечника.
Вітаміни за їх розчинністю поділяються на водорозчинні та жиророзчинні.
Водорозчинні вітаміни легко надходять до організму із водою, а їх надлишок швидко виводиться з сечею. Тому організм потребує систематичного надходження цих вітамінів. У разі їх недостатнього надходження або незасвоєння розвиваються гіповітамінози або авітамінози. При цьому стані вини не виявляються в сечі. До водорозчинних вітамінів належать вітаміни групи В (В1, В2, В3, В6, В12), вітаміни С, Р, РР, Н, а також фолієва кислота (вітамін В9), яка часто розглядається як вітаміноподібна речовина.
Жиророзчинні вітаміни всмоктуються у кишечник та транспортуються в тканини тільки разом із жирами. У жирових тканинах вони можуть відкладатися та запасатися, тому організм меншою мірою залежить від їх недостатнього надходження. Надмірне надходження цих вітамінів може спричинити захворювання – гіпервітаміноз. До жиророзчинних вітамінів належать 4 групи вітамінів: А, D, Е, і К.
В організмі людини є також група біологічно активних речовин, які називають вітаміноподібними речовинами. Вони беруть участь у регуляції процесів обміну подібно до вітамінів, але можуть синтезуватися в тканинах організму і потреба в них значно більша.
Добова потреба людей в вітамінах залежить від віку, рухової активності, стану здоров’я тощо і становить для більшості вітамінів, у середньому, декілька міліграмів, крім вітаміну В12 та D, норма яких набагато менша (3-30 мкг), та вітаміну С, потреба в якому значно більша – 100 мг.
Під час м’язової діяльності потреба в вітамінах збільшується в 2-4 рази через інтенсивність їх виведення з організму та більшого використання у процесі обміну речовин. Але надлишок окремих вітамінів не підвищує фізичну працездатність людини, а значно збільшені концентрації можуть погіршити стан здоров’я. Норми вітамінів також збільшуються у разі використання антибіотиків, які погіршують надходження їх в тканини,тому що пошкоджують корисну мікрофлору кишечника, яка сприяє засвоєнню та синтезу окремих вітамінів.
Регуляторна дія вітамінів на обмін речовин пов’язана з ферментами. Вони входять до складу небілкової частини ферментів, яку називають коферментом.
Вітаміни надходять в організм людини переважно з продуктами рослинного походження, де відбувається їх синтез. У продуктах тваринного походження вони містяться у печінці, маслі вершковому, м’ясі, жовтках яєць.
Поняття про авітаміноз, гіповітаміноз та гіпервітаміноз
Стан здоров’я людини, його здатність виконувати фізичну роботу та відновлюватись після неї залежить від швидкості біохімічних реакцій в організмі. Тому, якщо вміст вітамінів в організмі не відповідає фізіологічній нормі, то це може спричинити різні захворювання і навіть загибель організму. Залежно від забезпечення організму вітамінами розрізняють такі його стани: авітаміноз, гіповітаміноз та гіпервітаміноз.
Авітаміноз – це патологічні зміни в обміні речовин, що викликані відсутністю вітамінів у тканинах організму і проявляються конкретними захворюваннями. Наприклад, вітамін D запобігає захворюванню малих дітей рахітом, тому його називають анти рахітичним, вітамін С – цингою (антицинговий), вітамін В1- бері-бері або поліневритом (антиневритний). Причиною авітамінозу можуть бути: неповноцінне харчування, порушення процесів всмоктування в кишечнику, прискорений розпад у тканинах або виведення із організму, наприклад, під час стресу, фізичних навантаженнях.
Гіповітаміноз – це певні зміни в обміні речовин, що зумовлені зниженим вмістом вітамінів у тканинах організму і супроводжуються, наприклад, для вітаміну А, зниженням чіткості зору в сутінках, що називають «курячою сліпотою», для вітамінів групи В – змінами стану шкіри (дерматити), для вітаміну С – зменшенням опору організму до інфекційних захворювань. Причиною гіповітамінозу можуть бути: неповноцінне харчування, порушення процесів всмоктування в кишечнику або ж навесні, коли їх вміст у продуктах харчування зменшився.
Гіпервітаміноз – це зміни в обміні речовин, які викликані надлишком вітамінів у тканинах організму, що характерно для жиророзчинних, особливо А і D. Так, при накопиченні вітаміну А в тканинах можна втратити слух, волосся і навіть померти, тому що він, як і вітамін D, у великих кількостях токсичний. Використання вітаміну С в надмірних кількостях тривалий час закислює рідинне середовище, активує процеси тромбоутворення та пероксидного окислення речовин, які пошкоджують мембрани клітин.
