第四章运动时物质和能量代谢

1、复习复习糖的概念糖的分类运动时糖的生物学功能脂类物质分类必需脂肪酸的概念必需氨基酸的概念人体内必需氨基酸主要有哪几种酶的化学本质酶作为生物催化剂的特点第二篇第二篇运动时物质代谢和运动时物质代谢和能量代谢及其调节能量代谢及其调节前言 生物体内所有的化学反应过程，统称为物质代谢。 伴随物质代谢过程中的能量吸收、储存、释放、转移与利用的过程，称为能量代谢。前言 生物体的燃料与能源生物体的燃料与能源 糖、脂肪与蛋白质是细胞的三大化学燃料.ATP为通用的直接能源能量货币甘油三酯（脂肪）甘油三酯（脂肪）多羟基醛、多羟基酮（糖）多羟基醛、多羟基酮（糖）多肽链（蛋白质）多肽链（蛋白质）第四章 运动时物质代谢和

2、能量代谢第五章 运动与糖代谢第六章 运动与脂代谢第七章 运动与蛋白质、氨基酸代谢人体生命活动过程是一个消耗能量的过程。人体生命活动过程是一个消耗能量的过程。运动时，人体内尤其是骨骼肌内能量消耗运动时，人体内尤其是骨骼肌内能量消耗大大增多。大大增多。ATPATP是肌肉工作时的唯一直接能源物质，肌是肌肉工作时的唯一直接能源物质，肌肉工作时肉工作时ATPATP首先水解，但其含量少，如要首先水解，但其含量少，如要保持能量的供应，必须通过其它能源物质分保持能量的供应，必须通过其它能源物质分解代谢产生能量再合成解代谢产生能量再合成ATPATP。ATPATP是能量代是能量代谢的核心物质。谢的核心物质。第一节

3、第一节能量代谢概述能量代谢概述 一般将水解时释放的标准自由能高于2092KJmol(5千卡摩尔)的化合物，称为高能化合物。 大多数高能化合物都含有可水解的磷酸基团，故又称高能磷酸化合物。一、高能化合物一、高能化合物 高能化合物种类很多。重要的高能化合物有磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)、1，3二磷酸甘油酸（1，3-BPG）、磷酸肌酸（CP）、琥珀酰辅酶A、 ATP、ADP等。其中磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基转移潜势最高。 （一）概念 营养物质在生物体内氧化成水和二氧化碳并释放能量的过程，称为生物氧化。 所释放能量的40%存储到ATP（化学能）中， 60%以热能形式散发。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO

4、2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能反应式（示例）C6H12O6+6O2+38H2O44H2O+6CO2C6H12O6+6O26H2O+6CO2耗氧量、终产物、释能量相同反应条件特殊（37度、近中性含水环境、由酶催化）一般反应步骤繁多简单产物生成形式CO2（有机酸脱羧）H2O（脱氢）CO2（碳直接与氧结合）H2O（氢直接与氧结合）能量释放形式逐步释放，且有4成可转化为化学能突然释放，以热与光散发（二）生物氧化的途径 三大营养物质（糖原、脂肪、蛋白质）生物氧化的共同规律： 可总结为三个阶段。在线粒体内膜上，一系列递氢、递电子体按一定顺序排列，构成的一条连锁反应体系。由于此反应体系

5、与细胞摄取氧的呼吸过程有关，故又称为呼吸链。 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-2.生物氧化中ATP的生成(1)(1)底物水平磷酸化（胞液）底物水平磷酸化（胞液） 直接由代谢物分子的高能磷酸键转移直接由代谢物分子的高能磷酸键转移给给ADPADP生成生成ATPATP的方式，称为底物水平磷酸的方式，称为底物水平磷酸化，简称底物磷酸化。化，简称底物磷酸化。 （1 1，3 3二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、琥珀酰辅酶丙酮酸、琥珀酰辅酶A A）3

6、-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸O=CCOHCH2POP POP POADP ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 (2)氧化磷酸化（线粒体）氧化磷酸化（线粒体） 代谢物脱下的氢，经呼吸链传递过程代谢物脱下的氢，经呼吸链传递过程逐级氧化，最后生成水，同时伴有能量的逐级氧化，最后生成水，同时伴有能量的释放，使释放，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程，称的过程，称为氧化磷酸化。为氧化磷酸化。 Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-

7、e-e-e-e- 第二节第二节 三磷酸腺苷三磷酸腺苷ATPATP（P P）。）。 高能磷酸键N9-糖苷键磷酸键1 1、生命活动的直接能源、生命活动的直接能源 2 2、合成磷酸肌酸、合成磷酸肌酸 运动后恢复期，当ATP的合成量达到一定程度时，ATP分子内的高能磷酸基团可转移给肌酸(C)，以磷酸肌酸的形式贮存起来。ATP + C ATP + C ADP + CP ADP + CP3 3、参与构成一些重要辅酶、参与构成一些重要辅酶 4 4、提供物质代谢时需要的能量、提供物质代谢时需要的能量营养物质O2氧化CO2和H2O能量ADPPiATP能量生物合成神经传导代谢反应肌肉收缩信息传递吸收分泌ATPAD

8、P循环是人体内能量转换的基本方式循环是人体内能量转换的基本方式运动时，肌肉运动时，肌肉ATPATP利用的部位和作用是：利用的部位和作用是：(1)(1)肌动球蛋白肌动球蛋白ATPATP酶消耗酶消耗ATPATP，引起肌丝相对滑动和肌，引起肌丝相对滑动和肌肉收缩作功；肉收缩作功；(2)(2)肌质网膜上钙泵肌质网膜上钙泵(Ca-ATP(Ca-ATP酶酶) )消耗消耗ATPATP，转运，转运Ca2+Ca2+，调节肌肉松驰；调节肌肉松驰；(3)(3)肌膜上钠泵肌膜上钠泵(Na,K(Na,K-ATP-ATP酶酶) )消耗消耗ATPATP，转运，转运Na+/K+Na+/K+离离子，调节膜电位。据报导，仅肌质网

9、转运子，调节膜电位。据报导，仅肌质网转运Ca2+Ca2+所消耗所消耗的能量就占肌肉收缩时总耗能的的能量就占肌肉收缩时总耗能的1/31/3。 能量的储存和利用都以能量的储存和利用都以ATPATP为中心，而为中心，而ATPATP在骨骼肌、心肌的储存量很少，很快就水解，在骨骼肌、心肌的储存量很少，很快就水解，就需要就需要ATPATP的在合成，以维持的在合成，以维持ATPATP的相对稳定。的相对稳定。从能量的观点来说，运动员运动水平的高低取从能量的观点来说，运动员运动水平的高低取决于其决于其ATPATP的再合成能力。的再合成能力。 肌细胞中可提供能量再合成肌细胞中可提供能量再合成ATP的代谢系统包含下

10、列三条的代谢系统包含下列三条供能系统：供能系统：高能磷酸盐如磷酸肌酸分解高能磷酸盐如磷酸肌酸分解磷酸原供能系统磷酸原供能系统糖无氧分解糖无氧分解糖酵解供能系统糖酵解供能系统糖、脂肪、蛋白质有氧氧化糖、脂肪、蛋白质有氧氧化有氧代谢供能系统有氧代谢供能系统ADP+Pi+能量ATP + H2OATP的再合成包括磷酸肌酸分解、糖酵解及有氧氧化三条途径，构成运动时骨骼肌内的三个能量供应系统。（一）磷酸原（ATP-CP）供能系统（二）糖酵解（乳酸能）供能系统（三）有氧代谢供能系统第三节第三节 运动时骨骼肌供能系统运动时骨骼肌供能系统磷酸原：ATP、CP分子内均含有高能磷酸键，在代谢中均能通过转移磷酸基团的

11、过程释放能量，所以将ATP、CP合成磷酸原。磷酸原供能系统：由ATP、CP分解反应组成的供能系统 肌酸是一种氨基酸，它是由精氨酸、甘氨酸和肌酸是一种氨基酸，它是由精氨酸、甘氨酸和蛋氨酸组成。蛋氨酸组成。NH2CNCH3CH2COOHNH肌酸与磷酸通过高能磷酸酯键结合成磷酸肌酸肌酸与磷酸通过高能磷酸酯键结合成磷酸肌酸, ,是力量是力量 速度的能源基础速度的能源基础. .NHCNCH3CH2COOHNHPOHOHO骨骼肌收缩不能直接利用骨骼肌收缩不能直接利用CPCP分解释放的能分解释放的能量。所以量。所以CPCP不是骨骼肌的直接能源物质。不是骨骼肌的直接能源物质。CPCP的功能主要有以下三个方面：

12、的功能主要有以下三个方面：CPADPCATPCK（酶）CPADPCATPCK（酶）肌酸磷酸肌酸能量穿梭示意图肌酸磷酸肌酸能量穿梭示意图（1）输出功率最大：）输出功率最大： 大约为大约为50瓦瓦/千克体重千克体重（2）供能时间最短：）供能时间最短： 大约大约68秒秒（3）磷酸原供能系统是速度、爆发力项目的代）磷酸原供能系统是速度、爆发力项目的代谢基础。如短跑、投掷、跳跃、举重及柔道等谢基础。如短跑、投掷、跳跃、举重及柔道等项目的运动，要注意加强磷酸原供能能力的训项目的运动，要注意加强磷酸原供能能力的训练。练。1.极量运动至力竭时，极量运动至力竭时，CP储量接近耗尽，达储量接近耗尽，达安静时的安静

13、时的3以下，而以下，而ATP储量不会低于安静储量不会低于安静时的时的60。2.当以当以75最大摄氧量强度运动达疲劳时，最大摄氧量强度运动达疲劳时，CP储量可降到安静值的储量可降到安静值的20左右，左右，ATP储量储量则略低于安静值。则略低于安静值。3.当以低于当以低于60最大摄氧量强度运动时，最大摄氧量强度运动时，CP储量几乎不下降。储量几乎不下降。(1)运动训练可以明显提高运动训练可以明显提高ATP酶的活性。这酶的活性。这对加快运动时对加快运动时ATP利用和再合成的速度，提高利用和再合成的速度，提高肌肉最大做功能力有促进作用。肌肉最大做功能力有促进作用。(2)速度训练可以提高肌酸激酶的活性，

14、从而速度训练可以提高肌酸激酶的活性，从而提高提高ATP的转换速率和肌肉最大功率输出，有的转换速率和肌肉最大功率输出，有利于运动员提高速度素质和恢复期利于运动员提高速度素质和恢复期CP的重新的重新合成。合成。n(3)运动训练使骨骼肌运动训练使骨骼肌CP贮量明显增多，从而贮量明显增多，从而提高磷酸原供能时间。提高磷酸原供能时间。n(4)运动训练对骨骼肌内运动训练对骨骼肌内ATP贮量影响不明显。贮量影响不明显。4 运动训练对磷酸原系统的影响运动训练对磷酸原系统的影响 定义：糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸， 并合成ATP的供能系统1，6二磷酸果糖二磷酸果糖6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖肌糖原肌糖原葡萄糖葡萄糖2

15、（3-磷酸甘油醛）磷酸甘油醛）2（1，3二磷酸甘油酸）二磷酸甘油酸）2（3-磷酸甘油酸）磷酸甘油酸）2（磷酸烯醇式丙酮酸）（磷酸烯醇式丙酮酸）2（丙酮酸）（丙酮酸）2（乳酸）（乳酸）ATPADP2NADNADH+H+ADPATP2ATP2ADP2ATP2ADPLDHPFK糖酵解过程简图糖酵解过程简图 运动时，骨骼肌糖原或葡萄糖可在无氧条件下酵解，生成乳酸并释放出能量供肌肉运动糖酵解过程可净合成多少分子糖酵解过程可净合成多少分子ATP? (二二)、运动时糖酵解供能特点、运动时糖酵解供能特点1、输出功率：为磷酸原供能系统的一半，但比有、输出功率：为磷酸原供能系统的一半，但比有 氧氧化大一倍。氧氧化

16、大一倍。2、供能时间：、供能时间：30秒达到最大，可以维持秒达到最大，可以维持23分钟。分钟。3、是速度耐力项目的代谢基础，如、是速度耐力项目的代谢基础，如2001500米米跑、跑、100-200米游泳，短距离速滑等项目中，糖酵米游泳，短距离速滑等项目中，糖酵解供能能力对运动成绩有决定性作用。在一些非解供能能力对运动成绩有决定性作用。在一些非周期性、体能要求高的项目，如摔跤、柔道、拳周期性、体能要求高的项目，如摔跤、柔道、拳击、武术等，糖酵解供能是发挥良好竞技能力的击、武术等，糖酵解供能是发挥良好竞技能力的体能条件。体能条件。 定义：在氧的参与下，糖、脂肪和蛋白质氧 化生成二氧化碳和水，同时释

17、放能量 合成ATP的供能系统。G丙酮酸胞液线粒体第一阶段 （同酵解）第二阶段第三阶段三羧酸循环氧化磷酸化CO2+ H2O+ATP丙酮酸乙酰CoA 糖的有氧氧化糖的有氧氧化柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸( (顺乌头酸顺乌头酸) ) - -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA三羧酸循环三羧酸循环HSCoAHSCoAH H2 2O OH H2 2O OH H2 2O OH H2 2O O2H 2H COCO2 2COCO2 22H2HHSCoAHSCoA2H(FAD)2H(FAD)2H2HHSCoAHSCoA（1 1）（

18、2 2）（3 3）（4 4）（5 5）（6 6）（7 7）（8 8）（9 9）GTP GDT+Pi 脂肪的有氧氧化脂肪的有氧氧化脂肪脂肪甘油甘油脂肪酸脂肪酸+水解水解1. 1. 甘油的代谢途径甘油的代谢途径分解代谢分解代谢n脂肪酸的活化脂肪酰辅酶An脂肪酰辅酶A进入线粒体n脂肪酰辅酶A的氧化n三羧酸循环n脂肪酰辅酶A的氧化n三羧酸循环各种脂肪酸分解代谢方式基本相同，均能氧化产生能量。释放的能量部分以热能形式释放，其余以合成ATP方式储存，合成ATP多少依赖于脂肪酸碳链的长度（碳原子数目）。脂肪酸氧化生成脂肪酸氧化生成ATPATP多少可用以下公式计算多少可用以下公式计算: :(Cn 2) - 1

19、 5ATP +(Cn 2) 12ATP-2ATP注:(Cn 2)-1: 氧化次数氧化次数,n,n为为C C原子数原子数5ATP:1次次氧化脱氢生成的氧化脱氢生成的ATPATP总数总数(Cn 2):生成乙酰辅酶生成乙酰辅酶A分子总数分子总数12ATP:1分子乙酰辅酶分子乙酰辅酶A产生产生12ATP2ATP:2ATP:蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸酮酸酮酸氨氨+丙氨酸丙氨酸丙酮酸丙酮酸氨氨+谷氨酸谷氨酸a-酮戊二酸酮戊二酸氨氨+门冬氨酸门冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸氨氨+不同的氨基酸可生成相应的酮酸，不同的氨基酸可生成相应的酮酸，20种氨基酸可变成相应的种氨基酸可变成相应的酮酸或中间产物，最后进入

20、三羧酸循环酮酸或中间产物，最后进入三羧酸循环IIIII各阶段反应和能量变化的特点各阶段反应和能量变化的特点第一阶段：第一阶段： 营养物分解为其构成的单位；释放营养物分解为其构成的单位；释放 1% 1% 蕴藏蕴藏能量，并以热能形式失散，不能贮存。能量，并以热能形式失散，不能贮存。第二阶段：第二阶段： 生成二碳化合物（乙酰生成二碳化合物（乙酰CoACoA）；释出约总能量）；释出约总能量的的1/31/3，其中部分以，其中部分以ATPATP贮存。贮存。第三阶段：第三阶段： 三羧酸循环和氧化磷酸化；释出约总能量的三羧酸循环和氧化磷酸化；释出约总能量的2/32/3，其中大多以，其中大多以ATPATP贮存。

21、贮存。糖、脂肪和蛋白质代谢的相互关系糖、脂肪和蛋白质代谢的相互关系糖、脂肪和蛋白质之间相互转换糖、脂肪和蛋白质之间相互转换 葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸柠檬酸草酰乙酸乙酰CoA脂肪酸TCA三羧酸循环在脂酸合成中的作用三羧酸循环在脂酸合成中的作用(五)运动时的有氧代谢供能糖脂肪蛋白质底物葡萄糖、肝糖原、肌糖原脂肪支链氨基酸最大的供能功率05mmolPiKg干肌-1秒-10.25 mmolPiKg干肌-1秒-1维持时间12小时无限时终产物CO2、H2OCO2、H2OCO2、H2O、尿素第四节第四节 运动时能量的释放和利用运动时能量的释放和利用运动时供能系统的相互关系运动时供能系统的相互关系不同运动状态下供能系统的关系不同运动状态下供能系统的关系骨骼肌能量供应生化过程的顺序和数量关系骨骼肌能量供应