Θέµατα ιάλεξης. Χηµική Θερµοδυναµική. Πιθανότητες πραγµατοποίησης µίας αντίδρασης. αντίδρασης ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΣΚΗΣΗ

Transcript

1 Θέµατα ιάλεξης MANAGING AUTHORITY OF THE OPERATIONAL PROGRAMME EDUCATION AND INITIAL VOCATIONAL TRAINING ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΣΚΗΣΗ Ο ρόλος της ενέργειας στην πραγµατοποίηση βιοχηµικών αντιδράσεων Μεταβολισµός και οι φάσεις του Μεταβολισµός και πειραµατικά µοντέλα εξέτασης της δράσης του Τρόποι ελέγχου του µεταβολισµού κατά την Πηγές ενέργειας Χηµική Θερµοδυναµική Ελεύθερη Ενέργεια (G): Ενέργεια που µπορεί να παράγει έργο κάτω από συνθήκες σταθερής θερµοκρασίας και πίεσης. Μεταβολή Ελεύθερης Ενέργειας ( G): ιαφορά ελεύθερης ενέργειας των ενώσεων του δευτέρου µέλους µίας αντίδρασης από την ελεύθερη ενέργεια των ενώσεων του πρώτου µέλους. Η G προσδιορίζει εάν µία αντίδραση µπορεί να συµβεί. Α Β Πιθανότητες πραγµατοποίησης µίας αντίδρασης G>0. Η G των ενώσεων του 2ου µέλους είναι µεγαλύτερη από την G των ενώσεων του πρώτου µέλους. Προσφορά ενέργειας από έξω για να πραγµατοποιηθεί η αντίδραση (εργοβόρα-ενδόθερµη) G<0. Η αντίδραση συνοδεύεται από µείωση της G(εργογόνα-εξώθερµη). Αυθόρµητη αντίδραση (προχωράει από µόνη της) που αποδίδει ενέργεια στο περιβάλλον. Πιθανότητες πραγµατοποίησης µίας αντίδρασης G=0. Χηµική ισορροπία. Κατάληξη κάθε αντίδρασης. Η G εξαρτάται από την φύση των αντιδρώντων και από την συγκέντρωση τους. Τυπική µεταβολή της ελεύθερης ενέργειας ( G ο ): µεταβολή της G όταν η συγκέντρωση καθενός από τα αντιδρώντα είναι 1 mol/lt. Όσο µικρότερη είναι η G, τόσο περισσότερο προς τα δεξιά προχωρά η αντίδραση. Μη-αντιστρεπτή αντίδραση: µία αντίδραση µε πολύ χαµηλή G της οποίας η αντίστροφη αντίδραση είναι αδύνατη λόγω της υψηλής G που θα αποκτήσει Χιλιοθερµίδα: µονάδα µέτρησης της ελεύθερης ενέργειας. Ισούται µε το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για να ανυψωθεί ένα κιλό νερού από τους 14.5 o C στους 15.5 o C. (1 Kcal=4184 J). 1

2 ATP-Ενεργειακό νόµισµα των κυττάρων Νόµος της διατήρησης της ενέργειας Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί πηγή ενέργειας για τα φυτά (φωτοσύνθεση). Η δηµιουργούµενη ενέργεια δεσµεύεται µε την µορφή ΑΤΡ. Η υδρόλυση του ΑΤΡ αποδίδει 7.3 Κcal/mol. Φάσεις του µεταβολισµού Καταβολισµός: ιάσπαση βιολογικών µορίων σε µικρότερα. Εργογόνες αντιδράσεις. Η ελεύθερη ενέργεια δεσµεύεται µε την µορφή ΑΤΡ. Αναβολισµός: Σύνθεση κυττάρων από µικρότερα και απλούστερα µόρια. Οι αναβολικές διεργασίες απαιτούν ελεύθερη ενέργεια. Οξείδωση: αφαίρεση υδρογόνου ή η προσθήκη οξυγόνου από µία ένωση Αναγωγή: η προσθήκη υδρογόνου ή η αφαίρεση οξυγόνου από µία ένωση Λόγω του νόµου της ισορροπίας των µαζών (δεν χάνονται άτοµα) όταν µία ένωση οξειδώνεται, κάποια άλλη ανάγεται. Καταβολικά µονοπάτια: οξείδωση ενώσεων µε αφαίρεση ατόµων Η. Αναβολικά µονοπάτια: αναγωγή ενώσεων µε προσθήκη ατόµων Η Που πηγαίνουν τα Η που αφαιρούνται και από πού προέρχονται τα Η; NAD +, FAD Οξειδωµένη µορφή NADH, FADH 2 Ανηγµένη µορφή ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΣΚΗΣΗ Οι µεταβολικές αντιδράσεις οι οποίες πραγµατοποιούνται κατά τη διάρκεια της ς πραγµατοποιούνται και κατά τη διάρκεια της ηρεµίας Η αποτελεί ένα είδους στρες Αύξηση της ταχύτητας των µεταβολικών αντιδράσεων Απώτερος σκοπός η παροχή ενέργειας 2

3 Αρχές µεταβολισµού κατά την 1. Οι αλλαγές που πραγµατοποιούνται στο µεταβολισµό κατά τη διάρκεια της ς έχουν στόχο την παροχή ενέργειας στο συσταλλόµενο µυ 2. Τα περισσότερα είδη ς χαρακτηρίζονται από αυξηµένη διάσπαση CHO και λιπών 3. Οι αλλαγές στο µεταβολισµό δεν πραγµατοποιούνται µόνο στο µυ αλλά και σε άλλα όργανα (ήπαρ, λιπώδης ιστόςγλυκονεογένεση, λιπόλυση) Αρχές µεταβολισµού κατά την 4. Ο µεταβολισµός δεν επιστρέφει στα χαρακτηριστικά της ηρεµίας αµέσως µετά το τέλος της ς αλλά µπορεί να πάρει ώρες ή και µέρες µέχρι που να επανέλθει ο οργανισµός σε φυσιολογικά επίπεδα (EPOC). Ορισµένες αλλαγές µπορεί να είναι τόσο αργές που να εκδηλώνονται κατά την αποκατάσταση 5. H συχνή και προγραµµατισµένη µπορεί να µεταβάλλει το µεταβολικό προφίλ ενός ασκούµενου που να είναι εντελώς διαφορετικό από ένα µη-ασκούµενο τόσο κατά τη διάρκεια της ς αλλά και στην ηρεµία Χαρακτηρισµός των επιδράσεων της ς Οξείες (βραχυπρόθεσµες). Είναι αποτέλεσµα µίας προπονητικής συνεδρίας και διαρκούν από λίγα λεπτά µέχρι λίγες ηµέρες. Χρόνιες (µακροπρόθεσµες). Είναι αποτέλεσµα της συχνής ς και διαρκούν από λίγες ηµέρες ή αρκετούς µήνες µετά τα διακοπή της προπόνησης. Ονοµάζονται και προσαρµογές στην επειδή ο οργανισµός προσαρµόζεται έτσι ώστε να αντεπεξέλθει στις απαιτήσεις της ς Συµµετοχή ανθρώπων και πειραµατόζωων από τους οποίους λαµβάνεται βιολογικό δείγµα (αίµα, µυϊκός ιστός, ούρα κ.λ.π.) σε διάφορα χρονικά σηµεία για να εξεταστεί η µεταβολή ορισµένων ουσιών (καθετηριασµός) 1. Μοντέλα σε πειραµατόζωα τα οποία µιµούνται ικανοποιητικά την ανθρώπινη σωµατική δραστηριότητα. Κυρίως χρησιµοποιούνται επίµυες που είτε τρέχουν σε διάδροµο ή σηκώνουν βάρη ή κολυµπούν. 2. Μοντέλα τα οποία δεν µιµούνται ικανοποιητικά την ανθρώπινη σωµατική δραστηριότητα. Ηλεκτρικός ερεθισµός µυός ή µυϊκής οµάδος. Για αντοχής διοχετεύεται ρεύµα µικρής συχνότητας (~10ΗΖ) για πολλές ώρες ενώ για µε βάρη διοχετεύεται ρεύµα υψηλής συχνότητας (~100ΗΖ) για µικρό χρονικό διάστηµα. ιάταση µυός (διαταµένη θέση µυός ή προσθήκη ειδικού υλικού) Αφαίρεση συνεργών µυών 3

4 3. Μοντέλα σε καλλιέργειες µυϊκών ινών (ειδικά δοχεία µε επικάλυψη σιλικόνης) 4. Μοντέλα στα οποία ανυψώνονται τα οπίσθια άκρα του πειραµατόζωου (δε δέχονται την επιβάρυνση του σώµατος) 5. Απονεύρωση µυών Τρόποι ελέγχου του µεταβολισµού 1. Αλλοστερικός τρόπος τροποποίησης µίας ουσίας έτσι ώστε να αυξηθεί (ενεργοποιητής) ή να µειωθεί (αναστολέας) η ταχύτητα αντίδρασης 2. Οµοιοπολικός τρόπος τροποποίησης µίας ουσίας έτσι ώστε να αυξηθεί ή να µειωθεί η ταχύτητα αντίδρασης (πρωτεϊνικές κινάσες-φωσφατάσες) Τρόποι ελέγχου του µεταβολισµού 3. Αύξηση ή µείωση της συγκέντρωσης του υποστρώµατος 4. Αύξηση ή µείωση της συγκέντρωσης του ενζύµου (αργός τρόπος-χρονοβόρος). Απαιτεί τη σύνθεση ή αποδόµηση ενός µορίου. 5. Νευρικός έλεγχος 6. Ορµονικός έλεγχος Μεταβολικά µονοπάτια Βιολογικές ουσίες που αποδίδουν ενέργεια ΑΤΡ-PC = Σύστηµα φωσφαγόνων CHO = Αναερόβια Αερόβια γλυκόλυση Λίπη = Λιπόλυση β-οξείδωση Πρωτεΐνες = Πρωτεϊνόλυση Κατηγορίες πηγών ενέργειας 1. Σύστηµα φωσφαγόνων-ενώσεις µε υψηλό δυναµικό µεταφοράς της φωσφορικής οµάδος (ΑΤΡ-PC = Σύστηµα φωσφαγόνων) Υδατάνθρακες (Αναερόβια Αερόβια γλυκόλυση-γλυκογονόλυσηγλυκονεογένεση) Λιπίδια (Λιπόλυση β-οξείδωση) Πρωτεΐνες (Πρωτεϊνόλυση) Ερωτήσεις Τι είναι µεταβολισµός και σε πόσες φάσεις χωρίζεται; Τι ονοµάζεται ελεύθερη ενέργεια; Πως κατατάσσονται οι χηµικές αντιδράσεις ανάλογα µε τη µεταβολή της ελεύθερης ενέργειας; Ποιο είναι το ενεργειακό νόµισµα των κυττάρων; Πόση ενέργεια αποδίδεται από τη διάσπαση αυτού του µορίου; Αναφέρεται µερικά πειραµατικά µοντέλα τα οποία χρησιµοποιούνται για να µελετηθεί ο µεταβολισµός κατά τη διάρκεια της ς Ποιες ουσίες αποδίδουν ενέργεια κατά τη διάρκεια της ς; 4

5 Βιβλιογραφία Βιοχηµεία της ς, Β.Κ. Μούγιου, 3η έκδοση, 2002, Σελίδες και