运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用ppt课件

1、 第五章第五章 运动时骨骼肌的代谢调理和能量利用运动时骨骼肌的代谢调理和能量利用 一 运动时物质代谢的相互联络 二 运动时物质代谢的调理 三 运动时骨骼肌的能量利用 一 运动时物质代谢的相互联络 三大能源物质氧化分解的共同规律： 乙酰辅酶A是三大能源物质分解代谢共同的 中间产物； 2.三羧酸循环是三大能源物质分解代谢最终的 共同途径； 3.三大能源物质氧化分解释放的能量均储存在 ATP 的高能磷酸键中。 三大能源物质间代谢的联络：经过中间代谢产物和共同 的代谢途径联络，可相互转化。 6-Pi-G1-Pi-G+UTPUDPGG供体供体+糖原引物糖原引物糖原糖原 6-Pi-G6-Pi-F1,6-2

2、Pi-F 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 乳酸乳酸2ATP 乙酰辅酶乙酰辅酶A TAC 212ATP 6H2O+6CO2+38ATP FA、非必需、非必需aa等等 G -ATP -ATP -ATP 22ATP+2NADH LDH 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 2NADH 2NADH + +草酰乙酸草酰乙酸 激酶 激酶 葡萄糖的代谢 脂代谢： 脂肪 合成代谢 脂肪细胞 分解代谢：脂肪细胞内的称为脂肪发动 G G 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 a-Pi- a-Pi-甘油甘油 FA 酯酰辅酶A 脂肪 脂 肪 酶 甘油甘油 肝、肾肝、肾 FA a-Pi-a-Pi-甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸

3、二羟丙酮 G糖异生糖异生 H2O+CO2+22ATP 活化、进入线粒体活化、进入线粒体 乙酰辅酶乙酰辅酶A A TAC 酮体酮体 肝脏肝脏 B-B-氧化氧化 蛋白质代谢： Pr 合成代谢 分解代谢 DNA mRNA Pr 分 解 为 氨 基 酸 脱氨基 脱羧基 结合脱氨基 嘌呤核苷酸循环 NH3 a- 酮酸 胺组胺、5-羟色胺等 CO2 尿素 H2O+CO2 转录转录翻译翻译 糖、酮体 非必需氨基酸 鸟氨酸循环肝脏鸟氨酸循环肝脏 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A NADH+H+NADH+H+ NAD+ NAD+ CO2 乙酰辅酶A进入三羧酸循环线粒体 CoACoA FADH2FADH2 2

4、 TCATCA CO2 NAD+NAD+ NAD+NAD+ NADH+H+NADH+H+ GDPGDPGTPGTP FADFAD NAD+NAD+ NADH+H+NADH+H+ NADH+H+NADH+H+ CO2 脂酰辅酶A的氧化 脂肪酰辅酶A的氧化 过程发生在脂肪酰 基的-碳原子上，最 终将-碳原子氧化成 一个新的羧基，故 称-氧化。 每一次-氧化包括： 脱氢、水化、再脱 氢、硫解四步。 氨基酸的结合脱氨基作用 结合脱氨基作用包括转氨基作用和氧化脱氨根本作用 两个阶段。 转氨基作用转氨基作用 脱氨基作用脱氨基作用 嘌呤核苷酸循环是在骨骼肌、心肌普遍存在的脱氨基方式。 2NH3+CO2+3A

5、TP+3H2O CO(NH2)2+2ADP+AMP+2Pi+PPi 鸟氨酸循环鸟氨酸循环 肝脏 每次循环有两个氨基和一 个二氧化碳结合生成尿素。 二 运动时物质代谢的调理 机体的物质代谢是在一定的调理机制下实现的： 细胞程度：经过某些物质浓度的变化调理酶活性； 器官程度：内分泌器官分泌的激素调理，改动代谢 物的浓度，改动酶的活性； 整体程度：神经系统的调理，既可经过内分泌调理 也可直接调理组织细胞的代谢。 器官程度和整体程度经过细胞程度发扬作用的。 一 运动时无氧代谢的调理 1 骨骼肌磷酸原代谢的调理 CP + ADP Cr + ATP 2ADP ATP + AMP AMP + H2O IMP

6、 + NH4 CK：ATP 、ADP 、Pi、H ATP/ADP 都可激活CK。 MK：ADP 、ATP/ADP 可激活MK. CK MK 代谢调理的结果：ATP变化小，CP接近耗竭。 + + 2 2 骨骼肌糖酵解代谢的调理骨骼肌糖酵解代谢的调理 主要靠关键酶磷酸化酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶主要靠关键酶磷酸化酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶 及乳酸脱氢酶等的调理。及乳酸脱氢酶等的调理。 1 1磷酸化酶：分解糖原的酶，有两种存在方式，磷酸磷酸化酶：分解糖原的酶，有两种存在方式，磷酸 化酶化酶a(a(高活性，少和磷酸化酶高活性，少和磷酸化酶b(b(低活性，多。低活性，多。 提高磷酸化酶提高磷酸化酶b b

7、活性的要素活性的要素: :无机磷酸盐无机磷酸盐/1-Pi-G/1-Pi-G、 Pi Pi、 5-AMP5-AMP升高；升高； 抑制磷酸化酶抑制磷酸化酶b b活性的要素：活性的要素：ATPATP、ADPADP和和6-Pi-G6-Pi-G； 促进促进b b转变为转变为a a的要素：的要素：Ca2+Ca2+升高，肾上腺素。升高，肾上腺素。 代谢物钙离子和肾上腺素 + + 磷酸化酶激酶 高活性磷酸化酶b 低活性磷酸化酶b高活性磷酸化酶a 糖原磷酸化酶活性的调理 2己糖激酶的调理 6-Pi-G是其作用的产物，反过来抑制其活性。 3果糖磷酸激酶糖酵解限速酶的调理 提高PFK活性的要素: AMP、ADP、6

8、-Pi-F和Pi、PH升 高、NH4+等； 抑制PFK活性的要素：ATP、CP、柠檬酸和PH下降。 4乳酸脱氢酶的调理 LDH1：心肌型，慢肌纤维中活性较高，催化乳酸生成 丙酮酸，活性受丙酮酸抑制； LDH5：骨骼肌型，快肌纤维中活性较高，催化丙酮酸 生成乳酸，活性不受丙酮酸和乳酸抑制。 二二 运动时有氧代谢的调理运动时有氧代谢的调理 运动时机体经过有氧代谢方式获得能量添加，有氧 代谢的调理主要受组织供氧量和可供肌肉利用的能 源物质含量的调理：运动强度较大时，氧的供应和 利用是主要影响要素；运动时间较长时，能源物质 的供应和利用是影响的主要要素。 首先，骨骼肌细胞利用肌糖原供能，运动时骨骼肌

9、细胞内的钙离子升高及血浆中肾上腺素升高可使磷 酸化酶活性添加，利于骨骼肌内糖原的分解。 当运动时间较长时，肌细胞内糖原含量减少开场摄 取和利用血糖，有利要素为： 1当细胞内钙离子浓度升高时，促进细胞膜对G的 转运； 2运动肌血流添加，血中胰岛素作用加强，促进 肌细胞吸收G； 3细胞内G利用加快有利于血糖进入到肌细胞内。 1 运动时糖利用的调理 肝葡萄糖的生成和利用： 运动使肝糖原分解和糖异生作用加强，加速肝脏释 放G入血。其调理机制为： 1运动时，儿茶酚胺和胰高血糖素既可以使肝糖原 分解加强，也可使糖异生作用加速； 2血糖浓度降低引起肝脏中G浓度下降，激活了磷 酸化酶的活性，抑制了糖原合酶的活

10、性； 3当肝糖原贮藏减少，同时糖异生底物甘油、乳 酸等生成添加，加快了糖异生速率。 FA是安静、低强度和中等强度运动中机体的主要 能源物质。FA主要来源于骨骼肌细胞和脂肪组织分 解释放入血两个途径。 影响FA利用的要素有： 1脂肪发动和脂解作用 调理脂肪酶活性的激素： 促进：儿茶酚胺、胰高血糖素、生长激素、糖皮质 激素等； 抑制：胰岛素。 除激素外，肌肉能量利用速率及脂解过程的反响机 制也调控着FA的利用。 2 运动时脂肪酸利用的调理 2酮体对FA释放的调理 血浆脂肪酸浓度升高可使酮体生成增多，血中酮体 浓度升高可抑制脂解作用：经过胰岛素抑制脂肪动 员，直接减弱脂肪组织的脂解作用。 3甘油三酯

11、和脂肪酸循环的反响调理 脂肪组织中甘油三酯的分解和再合成同时发生，当 肌肉利用脂肪酸速率增大时，脂肪组织脂肪分解大 于合成，反之合成大于分解。经过FA对脂肪酶的 抑制造用实现 长时间运动中当血浆FFA增高时，骨骼肌更多地利 用FA氧化提供能量，抑制糖代谢的速率和糖的利用 其机制在于: 1FA代谢生成的乙酰辅酶A及三羧酸循环中生成 的柠檬酸浓度升高抑制糖氧化中的关键酶：丙酮酸 脱氢酶； 2柠檬酸浓度增大会抑制PFK，使6-Pi-G升高， 进而抑制己糖激酶和磷酸化酶，导致血糖和肌糖原 利用减少。 3 糖和脂肪酸利用之间的调理 三 运动时骨骼肌的能量利用 ATP是运动时肌肉收缩的直接能源，能量的释放

12、和 利用是以ATP为中心的。 ATP的再合成包括磷酸肌酸分解、糖酵解和有氧代 谢三条途径，前两个系统是不需氧的代谢过程，合 称为无氧代谢供能系统，三条供能途径在运动时相 互配合，保证了运动时骨骼肌能量释放与利用的连 续性。 一 磷酸原供能系统 1 磷酸原供能系统的组成 磷酸原供能系统：包括ATP和CP CP：是肌酸磷酸化的产物，肌酸由精氨酸、甘氨酸 甲硫氨酸合成，肌酸人体内共120g,其中95%存在于 肌肉中，肌酸接受高能磷酸键合成磷酸肌酸。 CP的功能： 1高能磷酸基团的储存库，当ATP供过于求时，高 能磷酸键转移给肌酸，合成CP。 ATP + Cr ADP + CP C K 2组成肌酸磷酸

13、肌酸能量穿越系统 CP将线粒体内有氧代谢释放的部分能量转移到细胞 质内，即将能量从产能部位快速重组后转移到用能 部位，使ATP水解后可就地重新合成，有效保证了 ATP水解与再合成的严密偶联。 线粒体 CO2+H2O 代谢物代谢物+O2+O2 +Pi+Pi 内膜内膜 外膜外膜 T ADP ATP CK C CP 细胞质 CK ADP+Pi ATP 肌肉收缩过程肌肉收缩过程 运动时骨骼肌磷酸原供能 1磷酸原供能系统的供能过程 运动时ATP的利用和转换速率加快，而ATP储量极 少，能维持最大运动强度1s，当ATP分解供能， ADP生成增多，激活CK，CP转变为ATP。 运动强度越大，骨骼肌对磷酸原的

14、依赖性越大，极 限强度运动至力竭时，CP接近耗竭，此时CP是 ATP再合成的主要途径；当运动强度降至75% VO2max，至疲劳时，CP可降到原储量的20%左右 ，此时糖酵解和有氧氧化参与供能，当运动强度进 一步降低，CP的耗费进一步减少，有氧代谢供能 成为提供能量的主要途径。 ADP ATP 肌酸肌酸 CP P P 机械能 浸透能 化学能 电 能 热 能 氧化磷酸化 底物程度磷酸化 ATP的再生成和利用 2磷酸原供能系统的供能特点磷酸原供能系统的供能特点 a: 供能最早、最快水解高能磷酸键供能供能最早、最快水解高能磷酸键供能 最大输出功率可达最大输出功率可达1.6-3.0mmol/kg干肌干

15、肌/秒；秒； b: 不需氧的参与；不需氧的参与； c: 可维持最大强度运动约可维持最大强度运动约6-8秒储量有限；秒储量有限； 因此磷酸原供能系统成为短时间最大强度或最大用力的运因此磷酸原供能系统成为短时间最大强度或最大用力的运 动中起主要供能作用，与速度和迸发力亲密相关。动中起主要供能作用，与速度和迸发力亲密相关。 短跑、投掷和举重等工程的最正确能源。短跑、投掷和举重等工程的最正确能源。 3磷酸原供能系统对运动训练的顺应磷酸原供能系统对运动训练的顺应 a: 运动训练可以提高运动训练可以提高ATP酶的活性，利于运动中对酶的活性，利于运动中对ATP 的利用和再合成；的利用和再合成； b: 速度训

16、练可提高速度训练可提高CK的活性，提高的活性，提高ATP的转换速率和的转换速率和 CP 的再合成；的再合成； c: 可使骨骼肌中可使骨骼肌中CP的储量添加，延伸磷酸原系统的供能的储量添加，延伸磷酸原系统的供能 时间。时间。 二二 糖酵解供能系统糖酵解供能系统 糖酵解：糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸并合成ATP 的过程。 1 糖酵解供能在肌肉活动中的作用 运动中当CP分解合成ATP时，糖酵解过程被激活，肌糖 原迅速分解，参与运动中能量供应。 糖酵解是在机体处于相对缺氧形状时能量的来源途径。 进展1min左右的较大强度运动中，糖酵解供能是主要的 能量来源。 2 运动中骨骼肌糖酵解供能的特点运动中骨骼

17、肌糖酵解供能的特点 a: 糖酵解能量输出功率较大：糖酵解能量输出功率较大：1mmol/kg干肌干肌/秒；秒； b: 不需氧，产生乳酸；不需氧，产生乳酸； c: 供能维持时间在供能维持时间在30s2min左右。左右。 糖酵解功能系统是速度耐力型运开工程的主要能量来源：糖酵解功能系统是速度耐力型运开工程的主要能量来源： 如如400米，米，800米等。米等。 三 有氧代谢供能系统 有氧氧化：糖、脂肪和蛋白质在有氧条件下氧化生成水 和二氧化碳的反响。 1 糖、脂肪和蛋白质在有氧代谢供能中的作用 糖原：大强度运动1-2h时，糖是主要的能源物质； 脂肪：是安静、低中强度运动的主要能源物质，其储量 丰富，不

18、受运动时间限制，氧化过程对糖有依赖性；供 能的比例随运动强度的增大而降低，随运动时间的延伸 而添加。 蛋白质：蛋白质参与供能比例较小，普通供能占到热量 供应的10-15%，最多不超越18%。 2 有氧代谢供能系统的特点有氧代谢供能系统的特点 a: 能量输出功率较其他两个系统低：糖有氧氧化能量输能量输出功率较其他两个系统低：糖有氧氧化能量输 出功率为糖酵解供能系统的出功率为糖酵解供能系统的50%，脂肪氧化的最大输出，脂肪氧化的最大输出 功率为糖有氧氧化的功率为糖有氧氧化的50%； b: 需氧，不产生乳酸；需氧，不产生乳酸； c: 供能维持时间较长。供能维持时间较长。 有氧氧化供能系统是长时间中低运动强度工程的主要能有氧氧化供能系统是长时间中低运动强度工程的主要能 量来源，如量来源，如1万米，长间隔游泳、自行车，竞走等。万米，长间隔游泳、自行车，竞走等。 四 运动中三大供能系统的相互关系 三大供能系统在任何运开工程中都参与能量的供应，但 是运动强度和运动时间不同，各供能系统参与能量供应 的比例不同。其关系为： 1. 运动过程中肌肉可利用一切的能源物质，不存在单一 能源物质提供能量的情况，运动开场时由CP供能，后 根据运动