szczegółowy program nauczania biochemii na kierunku ti r

SZCZEGÓŁOWY PROGRAM NAUCZANIA BIOCHEMII NA KIERUNKU
TiR (spec. DiS) W AWFiS GDAŃSK
Kolokwium 1
Punkt 1
Aminokwasy, wzór ogólny i charakterystyczne grupy. Białka pokarmowe jako źródło
aminokwasów. Wiązanie peptydowe i jego hydroliza. Hydroliza białek w przewodzie
pokarmowym człowieka. Enzymy przewodu pokarmowego uczestniczące w hydrolizie
białek. Aminokwasy endo i egzogenne. Redukcyjna aminacja kwasu α-ketoglutarowego.
Kwas glutaminowy jako prekursor syntezy aminokwasów endogennych. Reakcje
katalizowane przez AlaT i AspaT. Aminokwasy rozgałęzione jako przykład aminokwasów
egzogennych. Transaminacje z udziałem amiokwasów rozgałęzionych. Oksydacyjna
dezaminacja glutaminianu i przemiana azotu aminowego w mocznik. Bilans azotowy.
Charakterystyka białek pełnowartościowych odżywczo. Różnice w budowie poszczególnych
białek.
Punkt 2
Pojęcia: enzym, substrat, produkt. Nazewnictwo i podział enzymów. Zależność szybkości
reakcji enzymatycznej od ilości enzymu i stężenia substratu. Zależność szybkości reakcji
enzymatycznej od pH środowiska. Witaminy kopmpleksu B jako składnik koenzymów NAD,
FAD, TPP, PAL, CoASH. Dehydrogenazy i ich współdziałanie z koenzymami. Pojęcie
przemian metabolicznych jako szeregu reakcji katalizowanych przez różne enzymy. Enzymy
kluczowe - regulacyjne i ich znaczenie.
Punkt 4
a) Układ białek mięśnia szkieletowego w skurczu i rozkurczu. ATP jako bezpośrednie źródło
energii do pracy mięśnia. Hydroliza ATP i regulacja tego procesu przez zmiany stężeń
wapnia. Resynteza ATP jako warunek kontynuacji pracy mięśnia. Fosfokreatyna jako rezerwa
wiązań wysokoenergetycznych. Synteza kreatyny i jej przemiana w kreatyninę. Przemiana
kreatyny w fosfokreatynę. Dyscypliny sportowe wykorzystujące ATP i fosfokreatynę jako
główne źródło energii. Zmiany w poziomie ATP i fosfokreatyny w mięśniach w zależności od
rodzaju i intensywności wysiłku. Różnice w powysiłkowych poziomach ATP i fosfokreatyny
w mięśniach ludzi odpowiednio zaadoptowanych i nie zaadoptowanych do wysiłku.
b) Pojęcie związków wysokoenergetycznych. Podział związków wysokoenergetycznych w
zależności od ich budowy. ATP jako uniwersalny donator wiązania wysokoenergetycznego.
Pochodna kwasu glicerynowego, kwas 1,3 difosfoglicerynowy, jako związek
wysokoenergetyczny i jego rola biologiczna. Pochodna kwasu enolopirogronowego, kwas
fosfoenolopirogronowy, jako związek wysokoenergetyczny. Rola biologiczna tego kwasu.
Punkt 5
a) Podstawowa przemiana materii i warunki jej pomiaru. Wzrost przemiany energii w wyniku
pracy fizycznej Koszt energetyczny pracy. Współczynnik RQ jako wskaźnik utleniania
różnych substratów w ustroju. Wartość kaloryczna litra tlenu w zależności od wartości RQ.
b) Mechanizmy resyntezy ATP pozwalające na kontynuowanie pracy. System 1- resynteza
ATP z fosfokreatyny, system 2- resynteza ATP przy udziale miokinazy, system 3 resyntezy przy udziale glikolizy, system 4 resyntezy - system mitochondrialny czyli tlenowy. Podział
wysiłków na tlenowe i beztlenowe w zależności od zaangażowania poszczególnych
systemów resyntezy ATP w wysiłek. Zaangażowanie poszczególnych systemów resyntezy
ATP w zależności od intensywności wykonywanej pracy. Wyrażanie intensywności pracy
jako % zaangażowania pułapu tlenowego ( % VO2 max ). Pojęcie pułapu tlenowego i metody
jego wyznaczania. Podział wysiłku fizycznego na cztery intensywności:
intensywność I - do 30% VO2 max,
intensywność II - od 30 do 60 % VO2 max,
intensywność III - od 60 do 90% VO2 max,
intensywność IV - przy zapotrzebowaniu na tlen przekraczającym 90% VO2 max. Dalszy
podział tej intensywności na IVA i IVB. Udział poszczególnych systemów resyntezy ATP w
1
wysiłkach o powyższych intensywnościach. Przyczyny przerwania pracy w wysiłkach o
powyższych intensywnościach. Włókna mięśniowe ST i FT. Różnice w przemianach
metabolicznych dostarczających energii do resyntezy ATP w mięśniach ludzi wykonujących
ten sam wysiłek a różniących się wartościa VO2 max oraz % włókien ST i FT.
Kolokwium 2
Punkt 3
Tłuszcze właściwe i ich budowa.
Kwasy tłuszczowe: stearynowy, palmitynowy,
mirystynowy i ich formy aktywne acyloCoA. Magazynowanie tłuszczów. Uruchamianie
tłuszczów w czasie wysiłku. Nieaktywna forma lipazy i jej przekształcenie w formę aktywną.
Rola cAMP w tym procesie. Lipoliza w komórce tłuszczowej i wyrzucenie wolnych kwasów
tłuszczowych /FFA/ i glicerolu do krwi. Cholesterol, lipidy i lipoproteiny krwi, oraz ich
diagnostyczne znaczenie w chorobach wywołanych miażdzycą. Prewencyjne i lecznicze
działanie wysiłku fizycznego.
Punkt 6
Adaptacja mięśnia do wysiłku wytrzymałościowego. Zawartość mitochondrów w mięśniach
intensywnie pracujących i mięśniach sporadycznie używanych. Dane z biopsji mięśniowych
człowieka. Korelacja zmian w wartościach VO2max ze wzrostem ilości mitochondriów i
enzymów oddechowych. Oddychanie tkankowe. Mitochondria i ich budowa. Łańcuch
oddechowy i jego lokalizacja. Synteza H2O na łańcuchu oddechowym i towarzysząca temu
resynteza ATP z ADP i fosforanu. Oksydacyjna fosforylacja. Tworzenie H2O przy
współudziale kompleksów I+III+IV, lub III+IV, lub II+III+IV. Oksydaza cytochromowa
jako enzym odpowiedzialny za zużycie tlenu w trakcie wysiłku .
Punkt 7
a) Procentowy udział utleniania kwasów tłuszczowych jako pośredniego żródła energii w
warunkach spoczynku, oraz przy pracy o różnych intensywnościach.
Wychwytywanie FFA z krwi przez mięsień. Aktywacja kwasów tłuszczowych w cytoplazmie
komórki mięśniowej. Dwa żródła kwasów tłuszczowych mięśnia : lipoliza tłuszczów w
komórce tłuszczowej, oraz lipoliza tłuszczów wewnątrzmięśniowych. Wejście acyloCoA do
mitochondrionu - rola karnityny. Wewnątrzmitochondrialna przemiana cząsteczek acyloCoA
do acetyloCoA zwana β-oksydacją. β-oksydacja jako proces dostarczający pary wodorów na
łańcuch oddechowy. β-oksydacja jako proces dostarczający acetyloCoA do cyklu Krebsa.
Dehydrogenazy β-oksydacji i ich koenzymy. Różnice w aktywności enzymów β-oksydacji w
mięśniu nietrenowanym i zaadoptowanym do wysiłku wytrzymałościowego.
b) Bilanse energetyczne
β-oksydacji. Synteza ATP i zużycie tlenu przez łańcuch
oddechowy w trakcie przebiegu tego procesu.
Punkt 8
Cykl Krebsa czyli spalanie cząsteczek acetyloCoA do CO2 i H2 O. Cykl Krebsa jako żródło
wodorów dostarczanych na łańcuch oddechowy. Transport tlenu do mitochondrionu.
Produkcja CO2 w trakcie wysiłku. Reakcje cyklu Krebsa uwalniające CO2 . Transport CO2
do płuc. Zmiany w aktywności enzymów cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego w wyniku
treningu wytrzymałościowego. Konsekwencje metaboliczne tego zjawiska.
Punkt 9
Bilanse cyklu Krebsa. Obliczanie ilości powstającego ATP, produkowanego CO2 i
zużywanego przez łańcuch oddechowy tlenu. Łączne bilanse cyklu Krebsa i β-oksydacji.
Kolokwium 3
Punkt 10
Pokarmowe źródła glukozy. Budowa skrobi, sacharozy, laktozy i maltozy. Budowa
glikogenu. Hydroliza wielocuków i dwucukrów w przewodzie pokarmowym człowieka. Rola
insuliny w transporcie glukozy do komórek mięśniowych.
Punkt 11
Reakcje syntezy glikogenu z glukozy w mięśniach i wątrobie. Regulacja przebiegu tego ciągu
metabolicznego na poziomie syntetazy glikogenu. Czynna i nieaktywna forma tego enzymu.
Aktywacja syntetazy przez odłączanie fosforanu. Wpływ zgromadzonego w komórce
2
mięśniowej glikogenu na ten proces. Wywoływanie zjawiska superkompensacji w poziomie
glikogenu postępowaniem treningowym połączonym z dietą (uderzenie glikogenowe).
Punkt 12
Glikogenoliza wątrobowa i poszczególne etapy tego procesu. Fosforoliza glikogenu. Aktywna
i nieaktywna forma fosforylazy glikogenu. Mechanizmy zabezpieczające przejście formy
nieaktywnej tego enzymu w formę aktywną. Udział cyklicznego AMP i kinazy białkowej w
aktywacji fosforylazy glikogenu. Rola adrenaliny w tym procesie. Wpływ adrenaliny na
poziom cukru we krwi. Wątroba jako magazyn glukoz wyrzucanych do krwioobiegu w
trakcie wysiłku.
Punkt 13
a) Metabolizm cukrów w mięśniu w warunkach spoczynku, oraz w trakcie pracy o
intensywnościach I i II. Pojęcie "tlenowej przemiany cukrów" i jej etapy. Przemiana
glikogenu mięśniowego lub glukozy krwi do kwasu pirogronowego w cytoplazmie komórki
mięśniowej. Fosforylacje substratowe towarzyszące tej przemianie. Tworzenie się NADH i
możliwość jego utlenienia poprzez przeniesienie wodorów do mitochondrionu. Układ
przenoszące. Przemiana pirogronianu w acetyloCoA-reakcja oksydacyjnej dekarboksylacji
pirogronianu. Utlenianie acetyloCoA w cyklu Krebsa. Enzym i koenzymy. Rola TPP.
b) Bilans energetyczny utlenienia cząsteczki glukozy do CO2 i H2O. Reakcje uwalniające
CO2 w trakcie tej przemiany. Reakcje katalizowane przez dehydrogenazy w trakcie tej
przemiany. Udział łańcucha oddechowego jako akceptora wodorów w poszczególnych
etapach tej przemiany.
Punkt 14
Reakcja redukcji NAD w trakcie przemiany cukrów w kwas pirogronowy w cytoplazmie
komórki mięśniowej. Konieczność reoksydacji tego koenzymu i rola układu przenoszącego
wodory do mitochondrionu. Układ przenoszący jabłczanowo-asparaginianowy, Peter Schantz
-zmiany w aktywności enzymów. Bilanse energetyczne całkowitego utleniania glukozy.
Punkt 15
Metabolizm cukrów w mięśniu w trakcie wysiłku o intensywności III. Pojęcia: AT i OBLA.
Wartości pH komórki mięśniowej i krwi w warunkach spoczynku, oraz po pracy w
intensywności III. Wartości BE krwi przed i po pracy w tej intensywności. Korelacja
poziomów BE z ilością kwasu mlekowego we krwi. Skład BE - bufory krwi. Rola NaHCO3
jako rezerwy alkalicznej. Obrona ustroju przed zakwaszeniem.
Rola wątroby w trakcie wysiłku o intensywności III. Glikogenoliza i glukoneogeneza.
Substraty zużywane przez wątrobę w procesie glukoneogenezy.
Punkt 16
Metabolizm glikogenu mięśniowego i glukozy krwi w trakcie wysiłku o intensywności III.
Przyczyna przerwania wysiłku. Możliwość wytwarzania alaniny zamiast mleczanu. Cykle:
glukozowo-mleczanowy i glukozowo-alaninowy.
Glukoneogeneza wątrobowa. Metabolizm mleczanu w warunkach wypoczynku po pracy.
Możliwość utlenienia mleczanu do CO2 i H2O przez serce i mięśnie w trakcie pracy i po
pracy.
Punkt 17
Charakterystyczne cechy metabolizmu cukrów w trakcie pracy o intensywności IVA.
Wartości pH komórki mięśniowej po pracy w tej intensywności. Zwiększanie zdolności do
wytwarzania i tolerowania mleczanu w wyniku treningu sprinterskiego. Różnice w poziomie
enzymów glikolitycznych we włóknach mięśniowych ST i FT. Regulaja szybkości przebiegu
glikolizy na poziomie fosforylazy glikogenu i fosfofruktokinazy. Fosfofruktokinaza jako
enzym allosteryczny. Wyjaśnienie zjawiska szybszego uruchamiania glikolizy przez
sprintera. Wartości pH i BE krwi po wysiłku w tej intensywności. Zakwaszenie komórki
mięśniowej jako czynik ograniczający zdolność do kontynuowania pracy w tym wysiłku
Udział pośrednich źródeł energii w wysiłku o intensywości IVB. Wartości pH i BE krwi po
wysiłku w tej intensywności. Dyscypliny sportowe w których głównym źródlem energii są
fosfageny. Przyczyna przerwania wysiłku w intensywności IVB. Cykl purynowy i reakcja
Mozołowskiego uwalniania NH3 z AMP. Możliwość monitorowania intensywności
uwalniania NH3 w wysiłku.
3
Kolokwium 4
Punkt 19
Białka. Okresy półtrwania podstawowych białek ustrojowych. Aminokwasy jako substraty
translacji. Zależność struktury I-rzędowej białka od kolejności rybonukleotydów w mRNA.
Rola tRNA w procesie translacji. Powstawanie mRNA - transkrypcja. Enzym, substraty,
produkty procesu transkrypcji. Rola DNA w procesie transkrypcji. Pojęcie ekspresji genu.
Punkt 20
Regulacja ekspresji genu. Regulacja procesu powstawania mRNA. Represja i indukcja.
Specyficzna i niespecyficzna indukcja biosyntezy białka. Przykłady zależności ilość danego
białka od komórkowego poziomu mRNA dla danego białka.
Enzymy indukowane treningiem wytrzymałościowym. Korelacja pomiędzy wzrostem VO2
max a pojawieniem się zwiększonych ilości mitochondriów w mięśniu. Enzymy indukowane
treningiem sprinterskim. Testosteron jako hormon indukujący biosyntezę białek mięśnia.
Podobieństwo i addytywność efektów treningu siłowego i działania testosteronu. Sterydy
anaboliczne i kwestia ich szkodliwego dla ustroju działania ubocznego. Hypertrofia mięśnia
sercowego jako przykład niespecyficznej indukcji biosyntezy białka.
Punkt 18
a) Dwuelektronowe i jednoelektronowe reakcje redukcji tlenu do wody. Konsekwencje
metaboliczne reakcji jednoelektronowych: tworzenie wolnych rodników. Wzrost produkcji
wolnych rodników w trakcie pracy i ich akumulacja. Zjawiska patologiczne wywoływane
nadprodukcją wolnych rodników. Systemy komórkowe generujące wolne rodniki i wzrost ich
aktywności w warunkach niedotlenienia a szczególnie przy przechodzeniu z warunków
beztlenowych do tlenowych. Systemy komórkowe czynne przy usuwaniu wolnych
rodników, enzymy i zmiatacze. SOD, katalaza, peroksydaza GSH. Glutation, witamina E i
witamina C.
b) Uszkodzenia mięśniowe a stres oksydacyjny. Wpływ aktywności fizycznej o różnej
intesywności wysiłku na uszkodzony mięsień szkieletowy a zmiany w poziomie generacji
wolnych rodników przez ten mięsień. Zmiany w poziomie markerów wolnorodnikowego
uszkodzenia makrocząsteczek i w aktywnościach enzymów obrony antyoksydacyjnej w tym
mięśniu.
Punkt 21
a) Indukcja i represja biosyntezy białek ezymatycznych mięśnia pod wpływem chronicznego
drażnienia mięśnia bodźcami elektrycznymi o określonej częstotliwości. Czasowa zależność
pomiędzy efektem na transkrypcję a pojawieniem się zmian w ilości poszczególnych białek.
Charakterystyka włókien mięśniowych sprinterów i długodystansowców. Wpływ
roztrenowania na profil włókien mięśniowych sportowców.
b) Regulacja ekspresji genów przez hormony. Wyjaśnienie wpływu insuliny na poziom cukru
we krwi. Ciała ketonowe i ich powstawanie w cukrzycy i wysiłku.
Punkt 22
Wpływ starzenia się na wydolność wysiłkową organizmu. Zmiany wartości VO2 max wraz z
wiekiem. Wpływ aktywności fizycznej na zmiany VO2 max wywołane starzeniem.
Koncepcja udziału wolnych rodników w zjawisku starzenia. Zmiany aktywności enzymów
antyoksydacyjnych wraz z wiekiem w mięśniach trenowanych i nietrenowanych.
Punkt 23
Charakterystyka zmian metabolicznych zachodzących w ustroju dorosłego człowieka w
wyniku treningu. Zmiany zachodzące w mięśniu w wyniku roztrenowania. Zmiany
aktywności enzymów w mięśniach kończyn unieruchomionych opatrunkiem gipsowym.
Charakterystyka zdolności wysiłkowych dziecka. Zmiany aktywności niektórych enzymów
mięśniowych wraz z wiekiem. Różnice w poziomie powysiłkowym mleczanów mięśnia
szkieletowego człowieka dorosłego i dziecka.
Obserwacje Jędrzeja Śniadeckiego o zapobiegającym krzywicy działaniu słońca i ich
współczesne interpretacje.
4
Piśmiennictwo:
W trakcie realizacji przedmiotu w części dotyczącej biochemii ogólnej, polecać będziemy
korzystanie z następujących podręczników:
1. Jerzy Popinigis, „Biochemia Wysiłku Fizycznego Tom I i II”, 1991.
2. Albert Lehninger, “Biochemia” Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne,1979.
3. Peter Murray, Daryl Granner, Peter Mayes, Victor Rodwell, “Biochemia Harpera”
PZWL 2004.
4. Lubert Stryer “Biochemia”, PWN 2007.
5. Stefan Angielski; Jerzy Rogulski, “Biochemia Kliniczna” PZWL 1991.
6. J.G. Salway „Biochemia w zarysie” Górnicki WM 2009.
7. Grzegorz Bartosz, „Druga Twarz Tlenu” PWN, 1995 lub 2006.
W tematyce wysiłku fizycznego polecamy :
1. “Sport Wyczynowy”
2. „Medicina Sportiva”
3. Stefan Bączyk “Podstawy biochemii sportu” PWN 1986.
5