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1、第七章 运动与蛋白质和氨基酸代谢,第一节 运动和恢复期蛋白质代谢 第二节 运动与氨基酸代谢,蛋白质是组成人体结构成分和酶等特殊的功能性物质，并在几乎所有生命活动过程中发挥关键性作用。在运动过程中，骨骼肌收缩活动影响蛋白质和氨基酸代谢，这种运动的影响还延续到运动后。,第一节 运动和恢复期蛋白质代谢,一、概述 在正常的情况下机体的蛋白质摄入量与排出量处于动态平衡。短时间激烈运动时蛋白质基本不参与供能；长时间耐力运动时，能量需求的失去平衡，为了补充骨骼肌和大脑正常活动对糖的需求，蛋白质和氨基酸分解代谢增强，氨基酸的糖异生作用加强。长期接受力量性运动训练可以明显促进蛋白质合成代谢，引起运动肌壮大。,运
2、动与蛋白质代谢,二、运动时蛋白质代谢,耐力运动时机体的蛋白质分解速率超过合成速率，存在净降解的现象。,安静、运动、运动后人体蛋白质转换（mg/KgBWhr）,（一）运动时蛋白质净降解,（二）、判断肌肉蛋白质分解代谢的强度指标,评价运动时体内蛋白质分解代谢的常用指标是尿素氮；尿中3-甲基组氨酸。内源性3-甲基组氨酸的来源主要是肌原纤维的肌动蛋白和肌球蛋白，这些肌纤维进行分解代谢时释放出3-甲基组氨酸。,3-甲基组氨酸既不能用于体内蛋白质合成，也不能被氧化分解，所以，尿3-甲基组氨酸总排泄量可作为人体肌蛋白质分解代谢的强度指标。测定尿3-甲基组氨酸是检测肌蛋白质降解的有效、无损伤技术。在实际应用时
3、，经常用3-甲基组氨酸肌酐比值表示。,运动时、运动后3-甲基组氨酸指标的变化有以下几种情况：第一，人尿中3-甲基组氨酸的排泄量中75由骨骼肌提供，所以，尿3-甲基组氨酸排泄量的变化，基本上反映骨骼肌收缩蛋白分解代谢速率的变化。第二，运动期尿3甲基组氨酸排泄量下降，即运动时骨骼肌收缩蛋白的分解速率下降，而运动后恢复期排泄量上升，表现出双向变化的曲线图谱(图7-1)。,第三，运动后3-甲基组氨酸排泄量增多，变化幅度与运动强度、持续时间和运动与恢复的相对排泄量变化有关。表7-2揭示，鼠运动后 12-36小时尿3-甲基组氨酸排泄量明显增多。图7-2比较鼠运动后3-甲基组氨酸排泄量，运动强度越大或持续时
4、间越长，则排泄量增加越多。另外，3-甲基组氨酸的变化，还受排汗量、膳食运动方式和训练水平等影响。,（三）运动使蛋白质分解代谢增强的原因,1.训练状态 运动员在激烈运动训练初期，由于细胞破坏增多，肌细胞和红细胞再生等合成代谢亢进，以及运动应激时激素和神经调节等，使蛋白质净降解。 2.训练的类型、强度及频率 长时间激烈的耐力运动训练，使肌肉中能量物质大量消耗，导致膜的正常功能失调，细胞酶外泄，蛋白质分解代谢加强。,3.激素变化 运动时血胰岛素、睾酮浓度下降，胰高血糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度上升，促进蛋白质分解代谢。 4.酶活性变化 运动引起细胞内组织蛋白酶D、溶酶体酶的活性升高；酶活性增强可以持续
5、到运动后3-5天。,三、运动后蛋白质代谢,（一）运动后蛋白质净合成 运动后骨骼肌内蛋白质代谢改变，大多数研究结果是蛋白质合成代谢增强。 (1)运动后恢复1小时内，骨骼肌内蛋白质合成明显减弱； (2)运动后第2小时内蛋白质合成速率上升，并在尚未确定的时间内持续上升。,(二) 影响运动后肌肉蛋白质合成的因素,(1) 运动时细胞受到牵拉变形或多胺含量增加，促使肌细胞膜通透性增大，进入细胞内的游离氨基酸数量增加，为合成蛋白质提供了基本原料。 (2) 在运动后30分钟内肌细胞内ATP、CP迅速恢复到正常水平。 (3) 肌浆中Ca2浓度升高，可诱导氧化酶活性升高。,(4) 因运动引起的内环境酸化和体温上升
6、，在运动后逐渐恢复正常，使对蛋白质合成过程的阻遏作用解除。 (5) 由运动中ATP浓度暂时下降诱导的多胺含量增加，它的作用之一是直接促进氨酰tRNA合成酶和氨酰tRNA转移酶活性，从核糖体水平提高蛋白质合成速率。 (6) 激素浓度改变，加速复制转录mRNA。,(三) 运动训练对蛋白质代谢的影响,1耐力训练的作用：耐力训练使骨骼肌线粒体的数目增多，体积增大，线粒体蛋白质量和组成酶活性提高。例如，耐力训练使鼠腓肠肌每千克肌肉内细胞浆中谷丙转氨酶的活性升高50，线粒体中谷丙转氨酶活性升高80；训练后肌肉中氧化支链氨基酸的酶活性提高，代谢利用支链氨基酸的供能能力提高；,肌肉内肌红蛋白量提高80，使肌肉
7、转运氧的能力提高。又如，人骨骼肌经耐力训练谷-丙转氨酶活性提高两倍。耐力训练使机体葡萄糖-丙氨酸循环加速，使生成三羧酸循环中间代谢产物的回补作用增强，从而提高有氧代谢供能能力。,2力量训练的作用,力量训练使训练肌的体积增大，肌纤维增粗，力量增强，这种适应性变化出现在快收缩肌纤维。肌肉粗大的原因是肌蛋白数量增多，包括收缩蛋白总量增多。此外，肌纤维周围的结缔组织、肌腱、韧带组织数量和力量增长。,第二节 运动与氨基酸代谢,长时间剧烈运动时，人体对氨基酸的利用加强，某些氨基酸氧化成二氧化碳和水直接参与供能，或者参与糖异生维持运动中血糖水平。,（一）游离氨基酸库 人体各组织含有少量游离氨基酸，骨骼肌和肝
8、脏是重要的游离氨基酸库。大约80游离氨基酸存在骨骼肌内，肝脏内约含10，肾脏约含4，血浆游离氨基酸仅占 0.2-6。 运动改变氨基酸、蛋白质代谢时，游离氨基酸的组成、分布和数量相应改变。,一、氨基酸代谢库,（二）运动时代谢利用的氨基酸,运动时人体可利用的氨基酸有三方面来源： (1) 血浆和组织内游离氨基酸； (2) 组织蛋白降解时释出的氨基酸； (3) 非氨基酸类物质，主要是糖分解的中间代谢产物转变生成的氨基酸。 组织蛋白质分解释出或生成的氨基酸是运动可利用的主要部分，而游离氨基酸库在运动中的供能作用不大。血液氨基酸浓度的变化可以反映游离氨基酸库动态平衡的改变。,二、运动与氨基酸供能,参与氧化
9、供能的氨基酸主要是：丙氨酸、谷氨酸、门冬氨酸和支链氨基酸。,耐力运动时谷丙转氨酶、谷氨酸脱氢酶活性增高，嘌呤核苷酸循环速率加快，表现出长时间运动期间肌内丙氨酸和谷氨酸氧化脱氨基作用加快，含量下降。,（一）丙氨酸、谷氨酸、门冬氨酸代谢,（二）支链氨基酸代谢,支链氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸三种必需氨基酸。肌肉是氧化支链氨基酸的主要组织。每分子亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸完全氧化分别产生42、43、32分子ATP。安静时，人骨骼肌总能量消耗的14由支链氨基酸氧化过程提供，属于非糖的能量来源。,（三）影响氨基酸供能的因素,1、耐力训练：能提高运动肌内谷丙转氨酶活性，使转氨基作用增强，丙氨酸生成增多
10、；能使苹果酸脱氢酶活性提高，促进三羧酸循环中间产物转换成丙酮酸的能力，从而提高氨基酸氧化。 2、运动强度：运动强度与支链氨基酸的氧化、葡萄糖丙氨酸循环的速率成正比。肌糖原的利用率下降时，氨基酸氧化增强。,3、激素的变化：运动时血浆胰岛素、睾酮浓度下降，胰高血糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度上升，这些激素的变化会促进氨基酸氧化。在长时间耐力运动时，糖皮质激素具有增加肌原纤维蛋白酶的活性、促进骨骼肌合成丙氨酸的作用。,三、运动与氨基酸的糖异生作用,耐力运动期间，氨基酸的另一代谢途径是合成葡萄糖。在耐力运动早期(1小时)，肝糖原是血糖的基本来源，但在更长时间的运动中，糖异生代谢逐渐起更重要的作用，其中氨基
11、酸的糖异生作用也在加强。在各种生糖氨基酸中，以丙氨酸为主，约占糖异生生成葡萄糖总量的20-25，占肝脏葡萄糖输出量的58。,（一）葡萄糖-丙氨酸循环的代谢途径,运动时，骨骼肌丙氨酸释放量增加50500，且与运动强度成正比关系。由肌内葡萄糖、肌糖原分解生成的丙酮酸，它与氨基酸之间经转氨基作用生成丙氨酸，以及丙氨酸在肝内异生为葡萄糖，并回到肌肉中的代谢过程，称为葡萄糖-丙氨酸循环。,(二) 运动时葡萄糖丙氨酸循环的生物学意义,(1)将运动肌中糖酵解的产物丙酮酸转变成丙氨酸，可以减少乳酸生成量，起着缓解肌肉内环境酸化和保障分解代谢畅通的作用； (2)肌内氨基酸的-氨基转移给丙酮酸合成丙氨酸，促进氨基
12、酸的氧化代谢； (3)丙氨酸在肌内生成和转移到肝脏代谢的过程，以无毒的形式转运氨基，避免血氨过度升高； (4)肝内丙氨酸异生成葡萄糖，有利于维持血糖浓度和供中枢、运动肌吸收利用，对维持运动能力、抗疲劳有重要意义。,四、运动时氨代谢,(一) 血氨 在正常情况下，血氨浓度为635微摩尔升。 1来源 外源性氨：在肠道中细菌作用引起蛋白质腐败 内源性氨：主要来自以下代谢途径：(1)谷氨酰胺脱氨基作用； (2)谷氨酸在谷氨酸脱氢酶催化下，氧化脱氨；(3)嘌呤核苷酸循环中AMP脱氨； (4)其他氨基酸在代谢过程中脱氨；(5)单胺类神经递质，如儿茶酚胺、5羟色胺等，在单胺氧化酶催化下脱氨。,2去路： 氨的去
13、路有三条： (1) 在肝脏，通过鸟氨酸循环合成尿素，这是氨的主要去路。正常人体内8090的氨以尿素形式排出； (2) 在脑、肝脏和骨骼肌等组织合成谷氨酰胺。合成的谷氨酰胺可透过细胞膜到血液中，所以谷氨酰胺是氨的运输形式，谷氨酰胺生成是解除氨毒的一条重要途径； (3) 合成氨基酸或一些含氮化合物。,3氨对运动能力的影响 激烈运动和持续、重复性运动均可以引起高血氨。运动时高血氨浓度是中枢产生疲劳的因素之一。较严重的高血氨症明显影响中枢神经系统，使运动的控制能力下降，思维连贯性差，最后失去意识。氨对许多生化反应起不良作用。如氨的增加可降低丙酮酸的利用和减少摄氧量。氨的增加也抑制丙酮酸的羧化作用和线粒
14、体的呼吸作用，从而危及三羧酸循环。,(二) 血尿素,血尿素是蛋白质代谢终产物，在正常生理情况下，蛋白质和氨基酸等含氮物质在分解代谢中，先脱下氨基，氨在肝脏中经鸟氨酸循环转变为尿素。 安静正常值为32-70毫摩尔升。一般来说，30分钟以内的运动，血尿素变化较小，只有在长时间较大强度运动时，血尿素的变化范围明显。,运动引起血尿素浓度升高的机理包括以下四方面,(1) 丙氨酸葡萄糖循环加强。转运进肝脏的丙氨酸增多，使尿素生成增多； (2) 运动加速肌肉中酶老化，其分解代谢的最终产物尿素也增多； (3) 长时间激烈运动时，当肌肉能量平衡遭到破坏、 ATP不能迅速合成时，生成的AMP在肌肉中脱氨基也会转变为尿素，使血尿素增加； (4) 运动使肾脏缺血时，血尿素廓清速度减慢，使血尿素潴留。,
