Спортивная биохимия

Формирование биологической химии как самостоятельной дисциплины в системе биологических наук было длительным и сложным процессом. В VII-X вв. в Европе с развитием алхимии стал накапливаться материал о составе сложных органических соединений. Впервые живое стали оценивать химическими категориями в эпоху Возрождения, что явилось новой ступенью развития науки.

Период с середины XVII в. до конца XVIII в. явился эмпирическим периодом развития органической химии, за это время произошло накопление огромного фактического материала, но еще не возникло теоретических, обобщающих представлений. Совершенствование экспериментальных методов способствовало выделению индивидуальных органических соединений из растений (щавелевая, яблочная, лимонная и др. кислоты) и продуктов жизнедеятельности животных организмов (мочевина, мочевая и гиппуровая кислоты).

Следующий период развития биохимии - аналитический (конец XVIII - середина XIX в.) - ознаменован исследованиями по установлению состава веществ, в результате которых стало очевидно, что все органические соединения содержат углерод. Основными достижениями этого периода были: в 1828 г. синтез мочевины немецким химиком Ф. Велером (1800-1882), что явилось открытием эпохи органического синтеза; в 1839 г. установление немецким химиком Ю. Либихом (1803-1873), что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы; в 1854 г. синтез жиров французским химиком М. Бертло (1827-1907); в 1861 г. синтез углеводов русским химиком А. М. Бутлеровым (1828-1886). Биологическая химия того времени ставила своей главной целью изучение методами химии не суммарных процессов обмена веществ, а превращение в организме каждого отдельного соединения и разработка представлений о всех деталях обменных процессов в совокупности.

Но подлинный расцвет биохимии наступил в XX в., когда важные открытия в этой научной отрасли следовали одно за другим. В начале XX в. в биохимии начали широко использоваться многие физические и химические методы исследования, благодаря которым были раскрыты основополагающие биохимические процессы жизнедеятельности организма.

Основоположником отечественной биохимии является профессор А. Я. Данилевский (1838-1923), который в 1863 г. создал первую кафедру биохимии в Казанском университете, создал первую русскую школу биохимиков. Он исследовал строение белков и ферментов, разработал теорию их полипептидной структуры. В 1891 г. М. В. Ненцким (1847-1901) организована первая биохимическая лаборатория в Институте экспериментальной медицины в Петербурге, в которой проводились работы по изучению механизма синтеза мочевины, химического состава гемина и хлорофилла, исследованию обмена белков.

К числу наиболее значимых достижений отечественной биохимии относят открытие в 1880 г. Н. И. Луниным (1853-1937) витаминов; создание в 1896 г. А. Н. Бахом (1857-1946) теории биологического окисления (активирования кислорода); создание в 1912 г. В. И. Палладиным (1859-1922) теории биологического окисления (активирования водорода) и др. В 1932 г. В. А. Энгельгардт (1894-1984) установил взаимосвязь процессов окисления питательных веществ с процессами фосфорилирования, т. е. образования в процессе биологического окисления богатых энергией фосфорных соединений, служащих передатчиком энергии от процессов окисления к функции органа. Это положение он развил в 1939 г., установив пути превращения химической энергии аденозинтри-фосфорной кислоты (АТФ) в механическую энергию мышечного сокращения.

Важные исследования проводили также зарубежные ученые. Выдающимся достижением в области биохимии мышечной деятельности явилось открытие в 1937 г. английским биохимиком Хансом Кребсом (1900-1981) цикла лимонной кислоты (в дальнейшем получил название «цикла Кребса»). Данный цикл является основным метаболическим процессом окисления углеводов и других органических веществ, он позволил описать сложные процессы, протекающие в мышечных клетках и раскрывающие механизм ресинтеза АТФ. Это открытие послужило основой для проведения широкомасштабных исследований в области энергообеспечения мышечной деятельности, а в 1953 г. X. Кребс за это открытие был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине. Отметим еще некоторых исследователей, проводивших важные биохимические исследования: немецкие химики Э. Фишер (1852-1919) -строение и превращение углеводов, структура и свойства аминокислот (лауреат Нобелевской премии по химии, 1902), О. Варбург (1883-1970) - окислительно-восстановительные процессы в живой клетке, роль ферментов в механизме клеточного дыхания (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине, 1931), американский биохимик А. Сент-Дьердьи (1893-1986) - цикл работ по биологическому окислению и молекулярному механизму мышечного сокращения (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине, 1937). В 1929 г. одновременно несколькими учеными (К. Ломаном, С. Фиске, И. Суббароу) была выделена АТФ из скелетных мышц; в 1933 г. Г. Кребсом изучен цикл синтеза мочевины в печени; в 1941 г. Ф. Липманом обоснована концепция биоэнергетики, согласно которой цикл АТФ АДФ (аденозиндифосфат) является главным и универсальным процессом в аккумуляции и переносе химической энергии в клетках организма[1].

В 50-е гг. раскрыт один из наиболее сложных процессов - синтез холестерина, который является не только компонентом клеточных мембран и липоидов плазмы крови, но и предшественником в синтезе биологически активных стероидов, в том числе гормо-нов-анаболиков. За это открытие американский ученый К. Блох (1912-2000) и немецкий ученый Ф. Линнен (1911-1979) в 1964 г. были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. В 1953 г. Дж. Уотсоном (род. 1928), Ф. Криком (1916-2004) и М. Уилкинсом (1916-2004) была определена структура нуклеиновых кислот, что положило начало расшифровке генетического кода. Эти авторы также были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине (1962). В 1957 г. американский ученый Е. В. Сазерленд (1915-1974) открыл универсальный передатчик действия гормонов и медиаторов на внутриклеточные процессы - так называемый циклический АМФ (аденозинмонофосфат), что послужило основой для понимания механизмов действия гормонов.

В 60-70-е гг. достигнуты большие успехи в изучении биоэнергетики. А. Ленинджер установил, что процессы биологического окисления протекают в митохондриях - «атомных станциях клетки»; П. Митчелл сформулировал хемиосмотическую теорию образования АТФ, С. Е. Северин (1901-1993) и В. П. Скулачев (род. 1935) определили роль транспорта электронов в преобразовании энергии (1976).

Благодаря интенсивному развитию биохимии во второй половине XX в. достигнуты большие успехи в изучении биохимии нук-

леиновых кислот, механизмов хранения и передачи наследственной информации, механизмов биосинтеза белка, структуры клеточных мембран и их функции, а также механизмов регуляции обмена веществ. Это имеет большое практическое значение в плане управления сложными химическими процессами в организме при патологии, пребывании в космосе, в спорте и других областях деятельности человека.

Биохимия спорта как самостоятельный раздел функциональной биохимии выделилась в ЗО-е гг. XX в. Теоретической предпосылкой для ее возникновения послужили работы П. Ф. Лесгафта (1837-1909), который делил мышцы на «сильные» и «ловкие», что соответствует современному делению их на медленно сокращающиеся (красные) и быстро сокращающиеся (белые) мышечные волокна. В 1927 г. одновременно были опубликованы результаты первых исследований А. В. Палладина и Г. Эмбдена по биохимической характеристике мышц тренированного организма. Существенный вклад в развитие этого направления внесло открытие в 1939 г. В. А. Энгельгардтом и М. Н. Любимовой фермента АТФ-азы в сократительном белке - миозине. Этот фермент катализирует распад АТФ и освобождение энергии, которая в живых организмах может преобразовываться в энергию мышечной работы. В 1953 г. английский биолог и эволюционист Г. Хаксли (1887-1975) предложил модель мышечного сокращения, согласно которой нити актина при сокращении скользят между нитями миозина. В первой половине XX в. были изучены также особенности обмена веществ и энергии в мышцах при различных функциональных состояниях (В. А. Энгельгардт, А. В. Палладии, Д. Л. Фердман); показана ведущая роль нервной и гуморальной регуляции обмена веществ в процессе адаптации организма к физическим нагрузкам (Л. А. Орбели, А. Г. Ги-нецинский, А. Н. Крестовников, А. А. Виру и др.); изучены вопросы питания спортсменов (В. А. Рогозкин и др.).

Видная роль в развитии биохимии спорта принадлежит биохимикам Санкт-Петербургского НИИФК. Под руководством Н. Н. Яковлева (1911 - после 1990) были раскрыты биохимические основы тренировки, утомления, восстановлена разработаны и опробованы методы биохимического контроля организма при физических нагрузках. Полученные данные впервые были обобщены в монографии «Биохимия спорта» (1974) и учебнике «Биохимия» (1974)[2].

  • [1] См.: Платонов В. Н. Система подготовки спортсменов... С. 17.
  • [2] См.: Биохимия мышечной деятельности : учебник / Н. И. Волков, Э. Н. Несен, А. А. Осипенко, С. Н. Корсун. Киев : Олимп, лит-ра, 2000. С. 13-14.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >