运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用

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1、第五章 运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用,一 运动时物质代谢的相互联系,二 运动时物质代谢的调节,三 运动时骨骼肌的能量利用,一 运动时物质代谢的相互联系,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系：通过中间代谢产物和共同 的代谢途径联系，可相互转化。,6-Pi-G,1-Pi-G+UTP,UDPG（G供体）+糖原引物,糖原,6-Pi-G,6-Pi-F,1,6-2Pi-F,磷酸二羟丙酮,丙酮酸 （线粒体）

2、,乳酸（2ATP）,乙酰辅酶A,TAC （212ATP）,6H2O+6CO2+38ATP,FA、非必须aa等,G,-ATP,-ATP,-ATP,22ATP+2NADH,LDH,丙酮酸脱氢酶 2NADH,+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动员,G 磷酸二羟丙酮 a-Pi-甘油,FA 酯酰辅酶A,脂肪,脂 肪 酶,甘油 （肝、肾）,FA,a-Pi-甘油,磷酸二羟丙酮,G（糖异生）,H2O+CO2+22ATP,活化、进入线粒体,乙酰辅酶A,TAC,酮体 （肝脏）,B-氧化,蛋白质代谢：,Pr,合成代谢,分解代谢,DNA mRN

3、A Pr,分 解 为 氨 基 酸,脱氨基,脱羧基,联合脱氨基,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,翻译,糖、酮体,非必须氨基酸,鸟氨酸循环（肝脏）,丙酮酸,乙酰辅酶A,NADH+H+,NAD+,CO2,乙酰辅酶A进入三羧酸循环（线粒体）,2,TCA,FAD,NAD+,NADH+H+,草酰乙酸,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。,氨基酸的联合脱氨基作用,联合脱氨基作用包括转氨基作用

4、和氧化脱氨基本作用两个阶段。,转氨基作用,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+3ATP+3H2O,CO(NH2)2+2ADP+AMP+2Pi+PPi,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节,机体的物质代谢是在一定的调节机制下实现的： 细胞水平：通过某些物质浓度的变化调节酶活性； 器官水平：内分泌器官分泌的激素调节，改变代谢 物的浓度，改变酶的活性； 整体水平：神经系统的调节，既可通过内分泌调节 也可直接调节组织细胞的代谢。 器官水平和整体水平通过细胞水平发挥作用的。,（一） 运动时无氧代谢的调节

5、,1 骨骼肌磷酸原代谢的调节 CP + ADP Cr + ATP 2ADP ATP + AMP AMP + H2O IMP + NH4 CK：ATP 、ADP 、Pi、H ATP/ADP 都可激活CK。 MK：ADP 、ATP/ADP 可激活MK.,CK,MK,代谢调节的结果：ATP变化小，CP接近耗竭。,+,+,2 骨骼肌糖酵解代谢的调节 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）的调节。 1）磷酸化酶：分解糖原的酶，有两种存在形式，磷酸 化酶a(高活性，少）和磷酸化酶b(低活性，多）。 提高磷酸化酶b活性的因素:无机磷酸盐/1-Pi-G、 Pi、 5-AMP升高； 抑

6、制磷酸化酶b活性的因素：ATP、ADP和6-Pi-G； 促进b转变为a的因素：Ca2+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节,2）己糖激酶的调节 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）的调节 提高PFK活性的因素: AMP、ADP、6-Pi-F和Pi、PH升 高、NH4+等； 抑制PFK活性的因素：ATP、CP、柠檬酸和PH下降。 4）乳酸脱氢酶的调节 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

7、，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） 运动时有氧代谢的调节,运动时机体通过有氧代谢方式获得能量增加，有氧 代谢的调节主要受组织供氧量和可供肌肉利用的能 源物质含量的调节：运动强度较大时，氧的供应和 利用是主要影响因素；运动时间较长时，能源物质 的供应和利用是影响的主要因素。,首先，骨骼肌细胞利用肌糖原供能，运动时骨骼肌 细胞内的钙离子升高及血浆中肾上腺素升高可使磷 酸化酶活性增加，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始摄 取和利用血糖，有利因素为： 1）当细胞内钙离子浓度升高时，促进细胞膜对G的 转运； 2）运动肌血流增加

8、，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 运动时糖利用的调节,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。其调节机制为： 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性； 3）当肝糖原储备减少，同时糖异生底物（甘油、乳 酸等）生成增加，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利用的因素有

9、： 1）脂肪动员和脂解作用 调节脂肪酶活性的激素： 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馈机 制也调控着FA的利用。,2 运动时脂肪酸利用的调节,2）酮体对FA释放的调节 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：通过胰岛素抑制脂肪动 员，直接削弱脂肪组织的脂解作用。 3）甘油三酯和脂肪酸循环的反馈调节 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。（通过FA对脂肪酶的 抑制作用实现）,长时间运动中当血浆FFA增高时，骨

10、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: 1）FA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节,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

11、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）组成肌酸磷酸肌酸能量穿梭系统 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水解与再合成的紧密偶联。,线粒体

12、,CO2+H2O,代谢物+O2 +Pi,内膜 外膜,T,ADP,ATP,CK,C,CP,细胞质,CK,ADP+Pi,ATP,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的消耗进一步

13、减少，有氧代谢供能 成为提供能量的主要途径。,ADP,ATP,肌酸,CP,P,P,机械能 渗透能 化学能 电 能 热 能,氧化磷酸化 底物水平磷酸化,ATP的再生成和利用,2）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） 最大输出功率可达1.6-3.0mmol/kg干肌/秒； b: 不需氧的参与； c: 可维持最大强度运动约6-8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 动中起主要供能作用，与速度和爆发力密切相关。 短跑、投掷和举重等项目的最佳能源。,3）磷酸原供能系统对运动训练的适应 a: 运动训练能够提高ATP酶的活性，利于运动中对ATP

14、 的利用和再合成； b: 速度训练可提高CK的活性，提高ATP的转换速率和 CP 的再合成； c: 可使骨骼肌中CP的储量增加，延长磷酸原系统的供能 时间。,（二） 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状态时能量的来源途径。 进行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 a: 糖酵解能量输出功率较大：1mmol/kg干肌/秒； b: 不需氧，产生乳酸； c

15、: 供能维持时间在30s2min左右。 糖酵解功能系统是速度耐力型运动项目的主要能量来源： 如400米，800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 和二氧化碳的反应。 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，随运动时间的延长 而增加。 蛋白质：蛋白质参与供能比例较小，一般供能占到热量 供应的10-15%，最多不超过18%。,2 有氧代谢供能系统的特点 a: 能量输出

16、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50%，脂肪氧化的最大输出 功率为糖有氧氧化的50%； b: 需氧，不产生乳酸； c: 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项目的主要能 量来源，如1万米，长距离游泳、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动项目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所有的能源物质，不存在单一 能源物质提供能量的情况，运动开始时由CP供能，后 根据运动的情况动用不同的能量系统； 2. 供能系统能量输出功率的顺序：磷酸原系统