"Biochemia sportowa"

Spis treści

1.1. Materia 26

1. Chemiczne podstawy biochemii Beata ŁUBKOWSKA 26

1.1.1. Budowa atomu 27

1.1.2. Pierwiastki i izotopy 29

1.1.3. Związki chemiczne 31

1.1.4. Rodniki 33

1.2. Wiązania chemiczne 33

1.2.1. Wiązanie jonowe 35

1.2.2. Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane i spolaryzowane 36

1.2.3. Wiązanie wodorowe 38

1.3. Mieszaniny 39

1.3.1. Roztwory, koloidy, zawiesiny 40

1.3.2. Stężenie roztworów 40

1.3.3. Reakcje chemiczne 41

1.3.4. Procesy równowagowe 43

1.3.5. Dysocjacja związków w wodzie 44

1.4. Skala pH 44

1.4.1. Kwasy i zasady 45

1.4.2. Systemy buforowe 48

1.5. Budowa organizmów żywych 49

1.5.1. Substancje biologiczne 50

1.5.2. Składniki odżywcze 50

1.5.3. Struktura komórki 52

2. Metabolizm Maciej PAWLAK, Tomasz PODGÓRSKI 54

2.1. Energia – stały element reakcji chemicznych 55

2.1.1. Obieg energii w przyrodzie 55

2.1.2. Układy biologiczne i prawa termodynamiki 57

2.1.3. Specyfika przebiegu reakcji metabolicznych 58

2.1.4. Dwa typy przemian energetycznych 60

2.1.5. Anabolizm i katabolizm 61

2.2. Biochemiczne podstawy przemiany materii 64

2.3. Adenozynotrifosforan (ATP) i inne związki bogate w energię 65

2.3.1. Funkcje adenozynotrifosforanu w organizmie 68

2.3.2. Struktura i funkcja nukleotydów 69

2.4. Utlenianie i redukcja 70

2.4.1. Struktura i funkcja dinukleotydów 72

2.4.2. Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy 72

2.4.3. Dinukleotyd flawinoadeninowy 73

2.4.4. Fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADPH) 74

2.4.5. Budowa i rola koenzymu A (CoA lub CoA-SH) 75

2.5. Jak i na co organizm pozyskuje i wydatkuje energię? 76

2.5.1. Na co zużywana jest energia? 78

3.1. Aminokwasy – podstawowe cegiełki budowy i funkcjonowania organizmu 80

3. Aminokwasy, białka i ich metabolizm Tomasz PODGÓRSKI, Ewa SADOWSKA-KRĘPA 80

3.1.1. Budowa i funkcje 81

3.1.2. Podział 84

3.2. Aminokwasy w sporcie 87

3.2.1. BCAA 87

3.2.2. Glutamina 88

3.2.3. Arginina 88

3.2.4. Beta-alanina 88

3.2.5. Cytrulina i ornityna 88

3.2.6. Inne aminokwasy 89

3.3. Wiązanie peptydowe 89

3.4. Białka – budowa i rola 90

3.4.1. Struktury przestrzenne białek 90

3.4.2. Właściwości białek 93

3.4.3. Funkcje peptydów i białek 95

3.4.4. Rola białek w skurczu mięśni 96

3.4.5. Rola hemoglobiny i mioglobiny w zaopatrzeniu tkanek w tlen 97

3.5. Enzymy 98

3.5.1. Budowa 99

3.5.2. Klasyfikacja 100

3.5.3. Izoenzymy 102

3.5.4. Regulacja aktywności 103

3.5.5. Znaczenie w diagnostyce sportowej 103

3.6. Proces trawienia białek i wchłanianie aminokwasów w jelitach 104

3.6.1. Smak umami 104

3.6.2. Trawienie 104

3.6.3. Wchłanianie 105

3.7. Przemiany aminokwasów 105

3.7.1. Transaminacja 106

3.7.2. Dekarboksylacja 107

3.7.3. Deaminacja 107

3.8. Obrót białek w organizmie i przemiana amoniaku w mocznik 108

3.9. Zapotrzebowanie człowieka na białko 111

4.1. Przepływ informacji genetycznej 114

4. Kwasy nukleinowe i ekspresja genów Agata LEOŃSKA-DUNIEC, Monika MICHAŁOWSKA-SAWCZYN, Ewa BRZEZIAŃSKA-LASOTA, Kinga HUMIŃSKA-LISOWSKA, Paweł CIĘSZCZYK 114

4.2. Struktura DNA 115

4.2.1. Nukleotydy jako podstawowe jednostki budujące DNA 115

4.2.2. Polinukleotydowy łańcuch DNA 117

4.2.3. Dwuniciowa helisa DNA 117

4.3. Struktura i rodzaje RNA 119

4.3.1. Informacyjny RNA 121

4.3.2. Transportujący RNA 121

4.3.3. Rybosomalny RNA 123

4.3.4. Nowe rodzaje RNA 124

4.4. Organizacja materiału genetycznego 125

4.5. Kod genetyczny 126

4.6. Budowa genomu 128

4.6.1. Geny 130

4.7. Replikacja DNA 131

4.8. Zmienność genetyczna 135

4.9. Transkrypcja 140

4.10. Dojrzewanie mRNA 142

4.11. Translacja 145

4.12. Geny markerowe związane ze sportem 148

5.1. Węglowodany 152

5. Węglowodany i lipidy Małgorzata CHARMAS, Ewa JÓWKO 152

5.1.1. Cukry proste 153

5.1.2. Cukry złożone 156

5.2. Lipidy 162

5.2.1. Kwasy tłuszczowe 162

5.2.2. Lipidy proste 165

5.2.3. Lipidy złożone 168

5.2.4. Pochodne lipidów 169

6.1. Witaminy 172

6.1.1. Witaminy rozpuszczalne w wodzie 172

6. Witaminy i minerały Urszula LEWANDOWSKA, Katarzyna OWCZAREK, Ewa BRZEZIAŃSKA-LASOTA 172

6.1.2. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach 188

6.2. Składniki mineralne 196

6.2.1. Makroelementy 196

6.2.2. Mikroelementy 205

6.2.3. Inne mikroelementy 210

7.1. Unerwienie mięśni szkieletowych 214

7. Neuronalna kontrola aktywności mięśni szkieletowych Barbara MORAWIN, Agnieszka ZEMBROŃ-ŁACNY 214

7.2. Jednostka motoryczna 215

7.3. Receptory wewnątrzmięśniowe 217

7.4. Receptory ścięgniste 218

7.5. Złącze nerwowo-mięśniowe 219

7.5.1. Struktura złącza nerwowo-mięśniowego 220

7.5.2. Mechanizm przekaźnictwa sygnału w złączu nerwowo-mięśniowym 220

7.6. Potencjał spoczynkowy i czynnościowy włókna mięśniowego 223

8.1. Struktura komórki mięśniowej 228

8. Aktywność mięśni szkieletowych Barbara MORAWIN, Agnieszka ZEMBROŃ-ŁACNY 228

8.2. Ślizgowy model skurczu mięśni szkieletowych 234

8.3. Bioenergetyka skurczu mięśni szkieletowych 236

8.4. Rodzaje skurczu mięśni szkieletowych 237

8.5. Siła rozwijana przez mięśnie szkieletowe 238

8.6. Zmęczenie mięśni szkieletowych 239

9.1. Charakterystyka rodzajów wysiłku fizycznego 242

9. Metabolizm wysiłkowy Magdalena WIĘCEK 242

9.1.1. Intensywność wysiłków dynamicznych 244

9.1.2. Intensywność wysiłków statycznych 246

9.1.3. Charakterystyka metabolizmu wysiłkowego 247

9.2. Regulacja metabolizmu wysiłkowego 249

9.2.1. Regulacja alosteryczna 249

9.2.2. Sprzężenie zwrotne ujemne 250

9.2.3. Modyfikacja kowalencyjna 250

9.2.4. Zmiana stężenia substratu 251

9.2.5. Zmiana stężenia enzymu 251

9.2.6. Regulacja nerwowa i hormonalna 251

9.3. Badania naukowe – techniki laboratoryjne w badaniach metabolizmu wysiłkowego 252

10.1. Charakterystyka związków wysokoenergetycznych 260

10. Związki o wysokim potencjale przenoszenia fosforanów Ewa BAKOŃSKA-PACOŃ, Eugenia MURAWSKA-CIAŁOWICZ 260

10.2. Przemiany ATP-ADP i cykl ATP-ADP w czasie wysiłku fizycznego 261

10.2.1. Cykl ATP-ADP w wysiłku fizycznym 263

10.3. Fosfokreatyna i jej udział w skurczu mięśniowym 265

10.4. Nieinwazyjne metody obserwacji metabolizmu wysiłkowego 271

10.5. Reakcja kinazy adenylanowej (miokinazowa) 272

10.5.1. Udział AMP w regulacji metabolizmu w wysiłku fizycznym 272

10.6. Przemiany puryn w wysiłkach o wysokiej intensywności 275

11.1. Biochemiczne aspekty trawienia i wchłaniania węglowodanów 280

11.1.1. Trawienie węglowodanów 280

11. Metabolizm węglowodanów Tomasz PODGÓRSKI, Maciej PAWLAK 280

11.1.2. Transporty przezbłonowe węglowodanów 282

11.1.3. Smak słodki 284

11.2. Przemiany węglowodanów w organizmie 287

11.2.1. Cukrzyca jako przykład zaburzeń przemian węglowodanów 289

11.2.2. Wskaźniki biochemiczne charakteryzujące gospodarkę węglowodanową 289

11.3. Synteza węglowodanów (glukoneogeneza) 290

11.4. Magazynowanie węglowodanów w organizmie 291

11.4.1. Synteza glikogenu 294

11.4.2. Ładowanie węglowodanami (carbo loading) 294

11.4.3. Rozkład glikogenu (glikogenoliza) 298

11.5. Glukoza – podstawowy substrat energetyczny sportowca 300

11.5.1. Glikoliza – element wspólny dla przemian aerobowych i anaerobowych 301

11.5.2. Rola mitochondriów w metabolizmie węglowodanów 304

11.5.3. Dekarboksylacja oksydacyjna 305

11.5.4. Cykl Krebsa 305

11.5.5. Fosforylacja substratowa 307

11.5.6. Fosforylacja oksydacyjna 309

11.6. Anaerobowe losy glukozy 310

11.6.1. Redukcja pirogronianu 311

11.6.2. Mleczan 312

11.6.3. Cykl Corich 312

11.6.4. Jak usunąć mleczan z mięśni po wysiłku? 314

11.7. Szlak pentozofosforanowy 314

11.8. Metabolizm fruktozy 316

11.10. Bilans energetyczny przemian węglowodanów 317

11.9. Metabolizm galaktozy 317

11.11. Wskaźniki diagnostyczne z obszaru metabolizmu węglowodanów istotne dla sportowca 320

12.1. Trawienie, wchłanianie i dystrybucja tłuszczów 322

12. Metabolizm tłuszczów a wysiłek fizyczny Eugenia MURAWSKA-CIAŁOWICZ, Ewa BAKOŃSKA-PACOŃ 322

12.1.1. Trawienie tłuszczów 323

12.1.2. Wchłanianie tłuszczów 326

12.1.3. Dystrybucja triglicerydów 327

12.2. Synteza triglicerydów w tkance tłuszczowej 329

12.3. Lipoliza 332

12.3.1. Wysiłek fizyczny a lipoliza w tkance tłuszczowej 333

12.3.2. Wysiłek fizyczny a lipoliza triglicerydów mięśni szkieletowych 339

12.3.3. Losy produktów lipolizy 340

12.4. Degradacja kwasów tłuszczowych 343

12.4.1. Zysk energetyczny utleniania kwasów tłuszczowych 347

12.4.2. Degradacja nienasyconych kwasów tłuszczowych 348

12.4.3. Ketogeneza 348

12.5. Synteza kwasów tłuszczowych (lipogeneza de novo) 352

12.6. Wpływ wysiłku fizycznego na metabolizm lipidów 355

12.6.1. Wpływ wysiłku na utlenianie kwasów tłuszczowych w mięśniach 355

12.6.2. Zmiany stężenia lipidów podczas i po wysiłku fizycznym 359

12.7. Zasoby tłuszczu w organizmie 360

12.7.1. Biała tkanka tłuszczowa 362

12.7.2. Brunatna tkanka tłuszczowa 364

12.7.3. Różowa tkanka tłuszczowa 365

12.8. Lipoproteiny osocza 366

12.8.1. Apoproteiny 368

12.8.2. Metabolizm lipoprotein 368

12.9. Profil lipidowy (lipidogram) 371

12.10. Wpływ wysiłku na parametry lipidogramu 372

13.1. Procesy degradacji białek pokarmowych 376

13. Metabolizm białek a wysiłek fizyczny Anna ONISZCZUK, Agnieszka KACZMAREK, Ewa BAKOŃSKA-PACOŃ, Eugenia MURAWSKA-CIAŁOWICZ 376

13.2. Zawartość białka w organizmie 379

13.3. Przemiany białek 379

13.3.1. Wpływ wysiłku na przemiany białek 381

13.3.2. Degradacja aminokwasów 383

13.3.3. Synteza aminokwasów 387

13.3.4. Wpływ wysiłku na metabolizm aminokwasów w mięśniach szkieletowych 387

13.3.5. Wpływ wysiłku na metabolizm aminokwasów w wątrobie 389

13.4. Cykl mocznikowy 391

13.5. Stężenie aminokwasów, amoniaku i mocznika w osoczu podczas wysiłku fizycznego 393

13.6. Udział białek w wydatkowaniu energii podczas wysiłku fizycznego 395

13.7. Wpływ treningu na przemiany białek 395

13.7.1. Trening oporowy 396

13.7.2. Trening wytrzymałościowy 398

14.1. Specyficzność odpowiedzi organizmu na wysiłek fizyczny 400

14. Wpływ treningu na ekspresję genów Kinga HUMIŃSKA-LISOWSKA, Jan MIESZKOWSKI, Agata LEOŃSKA-DUNIEC, Ewa BRZEZIAŃSKA-LASOTA, Paweł CIĘSZCZYK 400

14.2. Etapy kontroli ekspresji genów 402

14.3. Regulacja ekspresji genów w świetle wysiłku fizycznego i treningu sportowego 405

14.4. Zmiany kinetyki powstawania produktów ekspresji genów w świetle wysiłku fizycznego 408

14.5. Molekularne podłoże adaptacji do wysiłku fizycznego 411

14.5.1. Adaptacje w treningu zdrowotnym 413

14.5.2. Adaptacje w treningu sportowym 414

14.5.3. Adaptacje w treningu wytrzymałościowym 416

14.5.4. Adaptacje w treningu siłowym 427

14.6. Mechanizmy epigenetyczne w regulacji ekspresji genów indukowanej wysiłkiem fizycznym 434

14.6.1. Metylacja DNA 435

14.6.2. Modyfikacja histonów 436

14.6.3. Niekodujący RNA 437

14.7. Wysiłek fizyczny a „OMIKA” 438

14.7.1. Genomika i epigenomika 439

14.7.2. Transkryptomika 440

14.7.3. Proteomika 441

14.7.4. Metabolomika i lipidomika 442

15.1. Definicja wysiłku o wysokiej intensywności 444

15.2. Systemy energetyczne wykorzystywane w wysiłku o wysokiej intensywności 444

15. Kontrola regulacji metabolicznej w wysiłku o wysokiej intensywności Ewa SADOWSKA-KRĘPA, Ilona POKORA 444

15.2.1. System fosfagenowy 445

15.2.2. Rozpad glikogenu i glikoliza beztlenowa 446

15.2.3. Reakcja miokinazowa 446

15.3. Regulacja metabolizmu w wysiłku o wysokiej intensywności 447

15.4. Wpływ odżywiania na funkcjonowanie organizmu 449

15.4.1. Kreatyna 449

15.4.2. Substancje alkalizujące 450

15.4.3. Kofeina 450

15.4.4. β-alanina 450

15.5. Wpływ treningu na poziom adaptacji 451

15.6. Mechanizmy odpowiedzialne za zmęczenie w wysiłku o wysokiej intensywności 451

15.6.1. Obniżenie poziomu ATP 452

15.6.2. Wzrost nieorganicznego fosforanu (Pi) 452

15.6.3. Wzrost stężenia LA i jonów H⁺ 453

16.1. Definicja i modele wysiłków wytrzymałościowych 456

16. Kontrola metabolizmu w wysiłkach wytrzymałościowych Ilona POKORA, Ewa SADOWSKA-KRĘPA 456

16.1.1. Wpływ intensywności ćwiczeń na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych 457

16.1.2. Wpływ czasu trwania ćwiczeń na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych 457

16.2. Przegląd regulacji metabolicznych w wysiłkach wytrzymałościowych 458

16.2.1. Szlaki metabolizmu węglowodanów (CHO) 460

16.2.2. Wykorzystanie metabolizmu lipidów w wysiłkach wytrzymałościowych 462

16.2.3. Wykorzystanie białek w wysiłkach wytrzymałościowych 466

16.3. Wpływ stanu odżywiania na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych podczas wysiłku wytrzymałościowego 467

16.3.1. Znaczenie przyjmowania CHO przed i w trakcie ćwiczeń 471

16.3.2. Przyjmowanie lipidów, adaptacja tłuszczowa 472

16.4. Wpływ stanu wytrenowania na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych 474

16.4.1. Wpływ stanu wytrenowania na metabolizm węglowodanów 475

16.4.2. Wpływ stanu wytrenowania na metabolizm lipidów 475

16.4.3. Wpływ stanu wytrenowania na metabolizm białek 477

16.5. Mechanizm zmęczenia w wysiłku wytrzymałościowym 477

16.5.1. Zmęczenie ośrodkowe 477

16.5.2. Zmęczenie obwodowe (mięśniowe) 478

17.1. Zdrowie, choroba i ćwiczenia fizyczne 480

17. Biochemia sportu w zdrowiu i chorobie Anna GRZYWACZ, Violetta DZIEDZIEJKO, Monika RAĆ, Agnieszka BOROŃ, Paweł CIĘSZCZYK 480

17.2. Układ sercowo-naczyniowy 481

17.2.1. Adaptacja mięśnia sercowego i układu naczyniowego do treningu 481

17.2.2. Ćwiczenia fizyczne a schorzenia sercowo-naczyniowe 485

17.3. Cukrzyca – choroba cywilizacyjna naszych czasów 487

17.3.1. Biochemia cukrzycy 488

17.3.2. Powikłania cukrzycy 490

17.3.3. Wysiłek fizyczny w cukrzycy – podstawy biochemiczne i kliniczne 490

17.4. Otyłość jako stan zagrażający zdrowiu i życiu 492

17.4.1. Szkodliwy wpływ otyłości na organizm człowieka – aspekty biologiczny i kliniczny 495

17.4.2. Ćwiczenia fizyczne u pacjentów z otyłością 498

17.5. Choroby onkologiczne w kontekście wysiłku fizycznego 503

17.6. Osteoporoza a wysiłek fizyczny 505

17.6.1. Mechanizm zmian patologicznych w osteoporozie 505

17.6.2. Rola ćwiczeń fizycznych w osteoporozie 506

17.7. Choroby psychiczne a wysiłek fizyczny 507

17.8. Uzależnienia a wysiłek fizyczny 509

17.10. Wysiłek fizyczny jako recepta na długie życie 511

17.9. Konsekwencje braku aktywności fizycznej – konteksty biochemiczny i kliniczny 511

17.11. Korzyści z aktywności fizycznej 513

17.12. Podsumowanie 514

18.1. Cele analizy biochemicznej 516

18. Biochemiczne monitorowanie wysiłku i treningu fizycznego Magdalena WIĘCEK 516

18.2. Materiał biologiczny 517

18.2.1. Różnica między osoczem a surowicą krwi 520

18.3. Markery biochemiczne 521

18.4. Zakresy referencyjne 521

18.4.1. Metoda pomiaru 523

18.4.2. Populacja referencyjna 523

19. Gospodarka żelazem Magdalena WIĘCEK 526

19.1. Żelazo 528

19.2. Transferyna 531

19.2.1. Całkowita zdolność wiązania żelaza 532

19.2.2. Wysycenie transferyny żelazem 532

19.2.3. Rozpuszczalny receptor transferyny 533

19.3. Ferrytyna 533

19.4. Hemoglobina 534

19.4.1. Hemokoncentracja i hemodylucja 536

19.5. Niedobór żelaza 539

20. Metabolity Ewa JÓWKO, Andrzej KLUSIEWICZ 542

20.1. Mleczan 543

20.1.1. Ocena wydolności anaerobowej kwasomlekowej 543

20.1.2. Ocena wydolności tlenowej 545

20.1.3. Planowanie programu treningowego 550

20.2. Glukoza 552

20.3. Profil lipidowy 555

20.3.1. Cholesterol 556

20.3.2. Triacyloglicerole 558

20.3.3. Profil lipidowy a aktywność fizyczna 558

20.4. Glicerol 560

20.5. Mocznik 561

20.6. Amoniak 564

20.7. Kwas moczowy 566

20.8. Kreatynina 567

20.9. Glutation 569

21.1. Wstęp 574

21. Enzymy i hormony Magdalena DZITKOWSKA-ZABIELSKA, ALEKSANDRA BOJARCZUK, Paweł CIĘSZCZYK 574

21.2. Kinaza kreatynowa 575

21.3. γ-glutamylotransferaza 578

21.4. Enzymy antyoksydacyjne 579

21.5. Hormony steroidowe 580

21.6. Kortyzol 582

21.7. Testosteron 583

21.8. Insulina 585

21.9. Syndrom przetrenowania 587

21.10. Podsumowanie 588

Skorowidz 592