Biochemia sportowa to nowoczesny bogato ilustrowany podręcznik, uwzględniający najnowsze zagadnienia z zakresu biochemii wysiłku. Publikacja jest wypełniona unikatowymi rycinami i grafikami pokazującymi biochemię w sposób przystępny i zrozumiały. Stanowi kompendium wiedzy na temat biochemii sportowej. Zespół znamienitych Autorów podręcznika w sposób kompleksowy opracował miedzy innymi zagadnienia takie jak:
• Biochemiczne monitorowanie treningu sportowego
• Mechanizmy biochemiczne zachodzące na poziomie komórkowym w organizmie sportowca poddanego wysiłkowi fizycznemu
• Aktualne trendy badawcze w biochemii, które zmierzają do dalszego usprawnienia wydolności organizmu
• Praktyczne umiejętności wykorzystania wiedzy biochemicznej w diagnostyce i praktyce sportowej
• Biochemiczne aspekty suplementacji sportowców
• Wskaźniki biochemiczne przydatne w ocenie wysiłku fizycznego i monitorowaniu zmian zachodzących pod wpływem regularnej aktywności fizycznej i treningu sportowego.
Publikację dedykujemy studentom Akademii Wychowania Fizycznego, trenerom, instruktorom i osobom rekreacyjnie uprawiającym sport.
1. Chemiczne podstawy biochemii Beata ŁUBKOWSKA 1
1.1. Materia 1
1.1.1. Budowa atomu 2
1.1.2. Pierwiastki i izotopy 4
1.1.3. Związki chemiczne 6
1.1.4. Rodniki 8
1.2. Wiązania chemiczne 8
1.2.1. Wiązanie jonowe 10
1.2.2. Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane i spolaryzowane 11
1.2.3. Wiązanie wodorowe 13
1.3. Mieszaniny 14
1.3.1. Roztwory, koloidy, zawiesiny 15
1.3.2. Stężenie roztworów 15
1.3.3. Reakcje chemiczne 16
1.3.4. Procesy równowagowe 18
1.3.5. Dysocjacja związków w wodzie 19
1.4. Skala pH 19
1.4.1. Kwasy i zasady 20
1.4.2. Systemy buforowe 23
1.5. Budowa organizmów żywych 24
1.5.1. Substancje biologiczne 25
1.5.2. Składniki odżywcze 25
1.5.3. Struktura komórki 27
2. Metabolizm Maciej PAWLAK, Tomasz PODGÓRSKI 29
2.1. Energia – stały element reakcji chemicznych 30
2.1.1. Obieg energii w przyrodzie 30
2.1.2. Układy biologiczne i prawa termodynamiki 32
2.1.3. Specyfika przebiegu reakcji metabolicznych 33
2.1.4. Dwa typy przemian energetycznych 35
2.1.5. Anabolizm i katabolizm 36
2.2. Biochemiczne podstawy przemiany materii 39
2.3. Adenozynotrifosforan (ATP) i inne związki bogate w energię 40
2.3.1. Funkcje adenozynotrifosforanu w organizmie 43
2.3.2. Struktura i funkcja nukleotydów 44
2.4. Utlenianie i redukcja 45
2.4.1. Struktura i funkcja dinukleotydów 47
2.4.2. Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy 47
2.4.3. Dinukleotyd flawinoadeninowy 48
2.4.4. Fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADPH) 49
2.4.5. Budowa i rola koenzymu A (CoA lub CoA-SH) 50
2.5. Jak i na co organizm pozyskuje i wydatkuje energię? 51
2.5.1. Na co zużywana jest energia? 53
3. Aminokwasy, białka i ich metabolizm Tomasz PODGÓRSKI, Ewa SADOWSKA-KRĘPA 55
3.1. Aminokwasy – podstawowe cegiełki budowy i funkcjonowania organizmu 55
3.1.1. Budowa i funkcje 56
3.1.2. Podział 59
3.2. Aminokwasy w sporcie 62
3.2.1. BCAA 62
3.2.2. Glutamina 63
3.2.3. Arginina 63
3.2.4. Beta-alanina 63
3.2.5. Cytrulina i ornityna 63
3.2.6. Inne aminokwasy 64
3.3. Wiązanie peptydowe 64
3.4. Białka – budowa i rola 65
3.4.1. Struktury przestrzenne białek 65
3.4.2. Właściwości białek 68
3.4.3. Funkcje peptydów i białek 70
3.4.4. Rola białek w skurczu mięśni 71
3.4.5. Rola hemoglobiny i mioglobiny w zaopatrzeniu tkanek w tlen 72
3.5. Enzymy 73
3.5.1. Budowa 74
3.5.2. Klasyfikacja 75
3.5.3. Izoenzymy 77
3.5.4. Regulacja aktywności 78
3.5.5. Znaczenie w diagnostyce sportowej 78
3.6. Proces trawienia białek i wchłanianie aminokwasów w jelitach 79
3.6.1. Smak umami 79
3.6.2. Trawienie 79
3.6.3. Wchłanianie 80
3.7. Przemiany aminokwasów 80
3.7.1. Transaminacja 81
3.7.2. Dekarboksylacja 82
3.7.3. Deaminacja 82
3.8. Obrót białek w organizmie i przemiana amoniaku w mocznik 83
3.9. Zapotrzebowanie człowieka na białko 86
4. Kwasy nukleinowe i ekspresja genów Agata LEOŃSKA-DUNIEC, Monika MICHAŁOWSKA-SAWCZYN, Ewa BRZEZIAŃSKA-LASOTA, Kinga HUMIŃSKA-LISOWSKA, Paweł CIĘSZCZYK 89
4.1. Przepływ informacji genetycznej 89
4.2. Struktura DNA 90
4.2.1. Nukleotydy jako podstawowe jednostki budujące DNA 90
4.2.2. Polinukleotydowy łańcuch DNA 92
4.2.3. Dwuniciowa helisa DNA 92
4.3. Struktura i rodzaje RNA 94
4.3.1. Informacyjny RNA 96
4.3.2. Transportujący RNA 96
4.3.3. Rybosomalny RNA 98
4.3.4. Nowe rodzaje RNA 99
4.4. Organizacja materiału genetycznego 100
4.5. Kod genetyczny 101
4.6. Budowa genomu 103
4.6.1. Geny 105
4.7. Replikacja DNA 106
4.8. Zmienność genetyczna 110
4.9. Transkrypcja 115
4.10. Dojrzewanie mRNA 117
4.11. Translacja 120
4.12. Geny markerowe związane ze sportem 123
5. Węglowodany i lipidy Małgorzata CHARMAS, Ewa JÓWKO 127
5.1. Węglowodany 127
5.1.1. Cukry proste 128
5.1.2. Cukry złożone 131
5.2. Lipidy 137
5.2.1. Kwasy tłuszczowe 137
5.2.2. Lipidy proste 140
5.2.3. Lipidy złożone 143
5.2.4. Pochodne lipidów 144
6. Witaminy i minerały Urszula LEWANDOWSKA, Katarzyna OWCZAREK, Ewa BRZEZIAŃSKA-LASOTA 147
6.1. Witaminy 147
6.1.1. Witaminy rozpuszczalne w wodzie 147
6.1.2. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach 163
6.2. Składniki mineralne 171
6.2.1. Makroelementy 171
6.2.2. Mikroelementy 180
6.2.3. Inne mikroelementy 185
7. Neuronalna kontrola aktywności mięśni szkieletowych Barbara MORAWIN, Agnieszka ZEMBROŃ-ŁACNY 189
7.1. Unerwienie mięśni szkieletowych 189
7.2. Jednostka motoryczna 190
7.3. Receptory wewnątrzmięśniowe 192
7.4. Receptory ścięgniste 193
7.5. Złącze nerwowo-mięśniowe 194
7.5.1. Struktura złącza nerwowo-mięśniowego 195
7.5.2. Mechanizm przekaźnictwa sygnału w złączu nerwowo-mięśniowym 195
7.6. Potencjał spoczynkowy i czynnościowy włókna mięśniowego 198
8. Aktywność mięśni szkieletowych Barbara MORAWIN, Agnieszka ZEMBROŃ-ŁACNY 203
8.1. Struktura komórki mięśniowej 203
8.2. Ślizgowy model skurczu mięśni szkieletowych 209
8.3. Bioenergetyka skurczu mięśni szkieletowych 211
8.4. Rodzaje skurczu mięśni szkieletowych 212
8.5. Siła rozwijana przez mięśnie szkieletowe 213
8.6. Zmęczenie mięśni szkieletowych 214
9. Metabolizm wysiłkowy Magdalena WIĘCEK 217
9.1. Charakterystyka rodzajów wysiłku fizycznego 217
9.1.1. Intensywność wysiłków dynamicznych 219
9.1.2. Intensywność wysiłków statycznych 221
9.1.3. Charakterystyka metabolizmu wysiłkowego 222
9.2. Regulacja metabolizmu wysiłkowego 224
9.2.1. Regulacja alosteryczna 224
9.2.2. Sprzężenie zwrotne ujemne 225
9.2.3. Modyfikacja kowalencyjna 225
9.2.4. Zmiana stężenia substratu 226
9.2.5. Zmiana stężenia enzymu 226
9.2.6. Regulacja nerwowa i hormonalna 226
9.3. Badania naukowe – techniki laboratoryjne w badaniach metabolizmu wysiłkowego 227
10. Związki o wysokim potencjale przenoszenia fosforanów Ewa BAKOŃSKA-PACOŃ, Eugenia MURAWSKA-CIAŁOWICZ 235
10.1. Charakterystyka związków wysokoenergetycznych 235
10.2. Przemiany ATP-ADP i cykl ATP-ADP w czasie wysiłku fizycznego 236
10.2.1. Cykl ATP-ADP w wysiłku fizycznym 238
10.3. Fosfokreatyna i jej udział w skurczu mięśniowym 240
10.4. Nieinwazyjne metody obserwacji metabolizmu wysiłkowego 246
10.5. Reakcja kinazy adenylanowej (miokinazowa) 247
10.5.1. Udział AMP w regulacji metabolizmu w wysiłku fizycznym 247
10.6. Przemiany puryn w wysiłkach o wysokiej intensywności 250
11. Metabolizm węglowodanów Tomasz PODGÓRSKI, Maciej PAWLAK 255
11.1. Biochemiczne aspekty trawienia i wchłaniania węglowodanów 255
11.1.1. Trawienie węglowodanów 255
11.1.2. Transporty przezbłonowe węglowodanów 257
11.1.3. Smak słodki 259
11.2. Przemiany węglowodanów w organizmie 262
11.2.1. Cukrzyca jako przykład zaburzeń przemian węglowodanów 264
11.2.2. Wskaźniki biochemiczne charakteryzujące gospodarkę węglowodanową 264
11.3. Synteza węglowodanów (glukoneogeneza) 265
11.4. Magazynowanie węglowodanów w organizmie 266
11.4.1. Synteza glikogenu 269
11.4.2. Ładowanie węglowodanami (carbo loading) 269
11.4.3. Rozkład glikogenu (glikogenoliza) 273
11.5. Glukoza – podstawowy substrat energetyczny sportowca 275
11.5.1. Glikoliza – element wspólny dla przemian aerobowych i anaerobowych 276
11.5.2. Rola mitochondriów w metabolizmie węglowodanów 279
11.5.3. Dekarboksylacja oksydacyjna 280
11.5.4. Cykl Krebsa 280
11.5.5. Fosforylacja substratowa 282
11.5.6. Fosforylacja oksydacyjna 284
11.6. Anaerobowe losy glukozy 285
11.6.1. Redukcja pirogronianu 286
11.6.2. Mleczan 287
11.6.3. Cykl Corich 287
11.6.4. Jak usunąć mleczan z mięśni po wysiłku? 289
11.7. Szlak pentozofosforanowy 289
11.8. Metabolizm fruktozy 291
11.9. Metabolizm galaktozy 292
11.10. Bilans energetyczny przemian węglowodanów 292
11.11. Wskaźniki diagnostyczne z obszaru metabolizmu węglowodanów istotne dla sportowca 295
12. Metabolizm tłuszczów a wysiłek fizyczny Eugenia MURAWSKA-CIAŁOWICZ, Ewa BAKOŃSKA-PACOŃ 297
12.1. Trawienie, wchłanianie i dystrybucja tłuszczów 297
12.1.1. Trawienie tłuszczów 298
12.1.2. Wchłanianie tłuszczów 301
12.1.3. Dystrybucja triglicerydów 302
12.2. Synteza triglicerydów w tkance tłuszczowej 304
12.3. Lipoliza 307
12.3.1. Wysiłek fizyczny a lipoliza w tkance tłuszczowej 308
12.3.2. Wysiłek fizyczny a lipoliza triglicerydów mięśni szkieletowych 314
12.3.3. Losy produktów lipolizy 315
12.4. Degradacja kwasów tłuszczowych 318
12.4.1. Zysk energetyczny utleniania kwasów tłuszczowych 322
12.4.2. Degradacja nienasyconych kwasów tłuszczowych 323
12.4.3. Ketogeneza 323
12.5. Synteza kwasów tłuszczowych (lipogeneza de novo) 327
12.6. Wpływ wysiłku fizycznego na metabolizm lipidów 330
12.6.1. Wpływ wysiłku na utlenianie kwasów tłuszczowych w mięśniach 330
12.6.2. Zmiany stężenia lipidów podczas i po wysiłku fizycznym 334
12.7. Zasoby tłuszczu w organizmie 335
12.7.1. Biała tkanka tłuszczowa 337
12.7.2. Brunatna tkanka tłuszczowa 339
12.7.3. Różowa tkanka tłuszczowa 340
12.8. Lipoproteiny osocza 341
12.8.1. Apoproteiny 343
12.8.2. Metabolizm lipoprotein 343
12.9. Profil lipidowy (lipidogram) 346
12.10. Wpływ wysiłku na parametry lipidogramu 347
13. Metabolizm białek a wysiłek fizyczny Anna ONISZCZUK, Agnieszka KACZMAREK, Ewa BAKOŃSKA-PACOŃ, Eugenia MURAWSKA-CIAŁOWICZ 351
13.1. Procesy degradacji białek pokarmowych 351
13.2. Zawartość białka w organizmie 354
13.3. Przemiany białek 354
13.3.1. Wpływ wysiłku na przemiany białek 356
13.3.2. Degradacja aminokwasów 358
13.3.3. Synteza aminokwasów 362
13.3.4. Wpływ wysiłku na metabolizm aminokwasów w mięśniach szkieletowych 362
13.3.5. Wpływ wysiłku na metabolizm aminokwasów w wątrobie 364
13.4. Cykl mocznikowy 366
13.5. Stężenie aminokwasów, amoniaku i mocznika w osoczu podczas wysiłku fizycznego 368
13.6. Udział białek w wydatkowaniu energii podczas wysiłku fizycznego 370
13.7. Wpływ treningu na przemiany białek 370
13.7.1. Trening oporowy 371
13.7.2. Trening wytrzymałościowy 373
14. Wpływ treningu na ekspresję genów Kinga HUMIŃSKA-LISOWSKA, Jan MIESZKOWSKI, Agata LEOŃSKA-DUNIEC, Ewa BRZEZIAŃSKA-LASOTA, Paweł CIĘSZCZYK 375
14.1. Specyficzność odpowiedzi organizmu na wysiłek fizyczny 375
14.2. Etapy kontroli ekspresji genów 377
14.3. Regulacja ekspresji genów w świetle wysiłku fizycznego i treningu sportowego 380
14.4. Zmiany kinetyki powstawania produktów ekspresji genów w świetle wysiłku fizycznego 383
14.5. Molekularne podłoże adaptacji do wysiłku fizycznego 386
14.5.1. Adaptacje w treningu zdrowotnym 388
14.5.2. Adaptacje w treningu sportowym 389
14.5.3. Adaptacje w treningu wytrzymałościowym 391
14.5.4. Adaptacje w treningu siłowym 402
14.6. Mechanizmy epigenetyczne w regulacji ekspresji genów indukowanej wysiłkiem fizycznym 409
14.6.1. Metylacja DNA 410
14.6.2. Modyfikacja histonów 411
14.6.3. Niekodujący RNA 412
14.7. Wysiłek fizyczny a „OMIKA” 413
14.7.1. Genomika i epigenomika 414
14.7.2. Transkryptomika 415
14.7.3. Proteomika 416
14.7.4. Metabolomika i lipidomika 417
15. Kontrola regulacji metabolicznej w wysiłku o wysokiej intensywności Ewa SADOWSKA-KRĘPA, Ilona POKORA 419
15.1. Definicja wysiłku o wysokiej intensywności 419
15.2. Systemy energetyczne wykorzystywane w wysiłku o wysokiej intensywności 419
15.2.1. System fosfagenowy 420
15.2.2. Rozpad glikogenu i glikoliza beztlenowa 421
15.2.3. Reakcja miokinazowa 421
15.3. Regulacja metabolizmu w wysiłku o wysokiej intensywności 422
15.4. Wpływ odżywiania na funkcjonowanie organizmu 424
15.4.1. Kreatyna 424
15.4.2. Substancje alkalizujące 425
15.4.3. Kofeina 425
15.4.4. β-alanina 425
15.5. Wpływ treningu na poziom adaptacji 426
15.6. Mechanizmy odpowiedzialne za zmęczenie w wysiłku o wysokiej intensywności 426
15.6.1. Obniżenie poziomu ATP 427
15.6.2. Wzrost nieorganicznego fosforanu (Pi) 427
15.6.3. Wzrost stężenia LA i jonów H+ 428
16. Kontrola metabolizmu w wysiłkach wytrzymałościowych Ilona POKORA, Ewa SADOWSKA-KRĘPA 431
16.1. Definicja i modele wysiłków wytrzymałościowych 431
16.1.1. Wpływ intensywności ćwiczeń na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych 432
16.1.2. Wpływ czasu trwania ćwiczeń na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych 432
16.2. Przegląd regulacji metabolicznych w wysiłkach wytrzymałościowych 433
16.2.1. Szlaki metabolizmu węglowodanów (CHO) 435
16.2.2. Wykorzystanie metabolizmu lipidów w wysiłkach wytrzymałościowych 437
16.2.3. Wykorzystanie białek w wysiłkach wytrzymałościowych 441
16.3. Wpływ stanu odżywiania na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych podczas wysiłku wytrzymałościowego 442
16.3.1. Znaczenie przyjmowania CHO przed i w trakcie ćwiczeń 446
16.3.2. Przyjmowanie lipidów, adaptacja tłuszczowa 447
16.4. Wpływ stanu wytrenowania na wykorzystanie źródeł węglowodanowo-tłuszczowych 449
16.4.1. Wpływ stanu wytrenowania na metabolizm węglowodanów 450
16.4.2. Wpływ stanu wytrenowania na metabolizm lipidów 450
16.4.3. Wpływ stanu wytrenowania na metabolizm białek 452
16.5. Mechanizm zmęczenia w wysiłku wytrzymałościowym 452
16.5.1. Zmęczenie ośrodkowe 452
16.5.2. Zmęczenie obwodowe (mięśniowe) 453
17. Biochemia sportu w zdrowiu i chorobie Anna GRZYWACZ, Violetta DZIEDZIEJKO, Monika RAĆ, Agnieszka BOROŃ, Paweł CIĘSZCZYK 455
17.1. Zdrowie, choroba i ćwiczenia fizyczne 455
17.2. Układ sercowo-naczyniowy 456
17.2.1. Adaptacja mięśnia sercowego i układu naczyniowego do treningu 456
17.2.2. Ćwiczenia fizyczne a schorzenia sercowo-naczyniowe 460
17.3. Cukrzyca – choroba cywilizacyjna naszych czasów 462
17.3.1. Biochemia cukrzycy 463
17.3.2. Powikłania cukrzycy 465
17.3.3. Wysiłek fizyczny w cukrzycy – podstawy biochemiczne i kliniczne 465
17.4. Otyłość jako stan zagrażający zdrowiu i życiu 467
17.4.1. Szkodliwy wpływ otyłości na organizm człowieka – aspekty biologiczny i kliniczny 470
17.4.2. Ćwiczenia fizyczne u pacjentów z otyłością 473
17.5. Choroby onkologiczne w kontekście wysiłku fizycznego 478
17.6. Osteoporoza a wysiłek fizyczny 480
17.6.1. Mechanizm zmian patologicznych w osteoporozie 480
17.6.2. Rola ćwiczeń fizycznych w osteoporozie 481
17.7. Choroby psychiczne a wysiłek fizyczny 482
17.8. Uzależnienia a wysiłek fizyczny 484
17.9. Konsekwencje braku aktywności fizycznej – konteksty biochemiczny i kliniczny 486
17.10. Wysiłek fizyczny jako recepta na długie życie 486
17.11. Korzyści z aktywności fizycznej 488
17.12. Podsumowanie 489
18. Biochemiczne monitorowanie wysiłku i treningu fizycznego Magdalena WIĘCEK 491
18.1. Cele analizy biochemicznej 491
18.2. Materiał biologiczny 492
18.2.1. Różnica między osoczem a surowicą krwi 495
18.3. Markery biochemiczne 496
18.4. Zakresy referencyjne 496
18.4.1. Metoda pomiaru 498
18.4.2. Populacja referencyjna 498
19. Gospodarka żelazem Magdalena WIĘCEK 501
19.1. Żelazo 503
19.2. Transferyna 506
19.2.1. Całkowita zdolność wiązania żelaza 507
19.2.2. Wysycenie transferyny żelazem 507
19.2.3. Rozpuszczalny receptor transferyny 508
19.3. Ferrytyna 508
19.4. Hemoglobina 509
19.4.1. Hemokoncentracja i hemodylucja 511
19.5. Niedobór żelaza 514
20. Metabolity Ewa JÓWKO, Andrzej KLUSIEWICZ 517
20.1. Mleczan 518
20.1.1. Ocena wydolności anaerobowej kwasomlekowej 518
20.1.2. Ocena wydolności tlenowej 520
20.1.3. Planowanie programu treningowego 525
20.2. Glukoza 527
20.3. Profil lipidowy 530
20.3.1. Cholesterol 531
20.3.2. Triacyloglicerole 533
20.3.3. Profil lipidowy a aktywność fizyczna 533
20.4. Glicerol 535
20.5. Mocznik 536
20.6. Amoniak 539
20.7. Kwas moczowy 541
20.8. Kreatynina 542
20.9. Glutation 544
21. Enzymy i hormony Magdalena DZITKOWSKA-ZABIELSKA, ALEKSANDRA BOJARCZUK, Paweł CIĘSZCZYK 549
21.1. Wstęp 549
21.2. Kinaza kreatynowa 550
21.3. γ-glutamylotransferaza 553
21.4. Enzymy antyoksydacyjne 554
21.5. Hormony steroidowe 555
21.6. Kortyzol 557
21.7. Testosteron 558
21.8. Insulina 560
21.9. Syndrom przetrenowania 562
21.10. Podsumowanie 563
Skorowidz 567
-14%