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1、运动生物化学专题作业人体三大供能系统的运行及其运动特点 2010级体育教育2班李保斌2010060202132012年10月19日在人体内有三大供能系统，它们是：ATP-磷酸肌酸供能系统、无氧呼吸供能系统和有氧呼吸供能系统人体供能的三大系统的运行 每个人每时每刻都在活动，然而每一种活动乃至运动都需要能量，需要人体供能来维持自身肌体的运行。人体有三大供能供能系统：ATP-磷酸肌酸供能系统、有氧呼吸供能系统、无氧呼吸供能系统。三大系统的协调配合促进了人们的正常生活秩序的运行，进而是整个社会正常发展。我想阐释一下这三大系统各自的运行以及三者之间的联系。一:ATP-磷酸肌酸供能系统 从时间上看，ATP
2、-磷酸肌酸供能系统时间最短，ATP供能在身体剧烈运动时只能维持1到3秒钟的供能时间，之后的能量供应就要依靠ATP的再生，细胞内的高能化合物磷酸肌酸的高能磷酸键水解将能量转移至ADP，生成ATP。磷酸肌酸在体内的含量也很少，只能维持几秒的能量供应。人在剧烈运动时，首先是ATP-磷酸肌酸供能系统供能，通过这个系统供能大约维持68秒左右的时间。 从适用性上来看，ATP-磷酸肌酸供能适用于50米、100米短跑、跳跃、举重等短时间的高强度的剧烈运动。从运行方式看， 磷酸肌酸是在肌肉或其他兴奋性组织（如脑和神经）中的一种高能磷酸化合物，是高能磷酸基的暂时贮存形式。磷酸肌酸水解时，每摩尔化合物释放10.3千
3、卡的自由能，比ATP释放的能量（每摩尔7.3千卡）多些。磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下，将其磷酸基转移到ADP分子中。当一些ATP用于肌肉收缩，就会产生ADP。这时，通过肌酸激酶的作用，磷酸肌酸很快供给ADP以磷酸基，从而恢复正常的ATP高水平。由于肌肉细胞的磷酸肌酸含量是其ATP含量的34倍，前者可贮存供短期活动用的、足够的磷酸基团。在活动后的恢复期中，积累的肌酸又可被ATP磷酸化，重新生成磷酸肌酸，这是同一个酶催化的相反的反应。因为细胞中没有其他合成和分解磷酸肌酸的代谢途径，此化合物很适合完成这种暂时贮存的功能。而ATP是能源物质氧化分解过程中所形成的主要高能物质，它是体内各种活动所需能量的
4、直接供应者。二:有氧呼吸供能系统从时间上看，有氧呼吸供能系统释放大量能量，可以满足长时间的耐力运动需要，优越性很高。从适应性看，有氧呼吸供能系统适用于长时间低强度的运动。从运行方式上看A、第一阶段在细胞质的基质中，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，同时脱下4个H(活化氢)；在葡萄糖分解的过程中释放出少量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生少量的ATP。这一阶段不需要氧的参与，是在 细胞质基质中进行的。反应式：C6H12O6酶2C3H4O3(丙酮酸)+4H+少量能量 (2ATP) B、第二阶段丙酮酸进入线粒体基质中，两分子丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下，共脱下20个H，丙酮被氧化分
5、解成二氧化碳；在此过程释放少量的能量，其中一部分用于合成ATP，产生少量的能量。这一阶段也不需要氧的参与，是在线粒体基质中进行的。反应式：2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶20H+6CO2+少量能量 (2ATP) C、第三阶段 在线粒体的内膜上，前两阶段脱下的共24个H与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6个O2结合成水。24H+6O2酶线粒体内膜=12H2O+能量（34ATP）人在剧烈运动呼吸底物主要是糖。但在长时间剧烈运动时，如马拉松式的长跑运动，人体内贮存的糖是不够用的，在消耗完贮存的糖类物质后，就动用体内 的储存脂肪和脂肪酸。三 无氧呼吸供能系统 从时间上看，依靠葡萄糖和糖元的无氧酵解
6、所释放的能量合成的ATP能维持大约2到3分钟的时间。从适用性上看，无氧呼吸供能系统适用于介于短时间大强度运动和长时间低强度运动之间的较短的中强度运动，例如：400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳。从运行方式上看，第一阶段：在细胞质的基质中，与有氧呼吸的第一阶段完全相同。即一分子的葡萄糖分解成两分子的丙酮酸，过程中释放少量的H和少量能量。 在酵解的己糖阶段，首先是葡萄糖在己糖激酶的催化下磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP，然后经异构酶催化转换为果糖-6-磷酸，再经果糖激酶催化再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸，又消耗一分子ATP；在丙糖阶段，果糖-1,6-二磷酸在醛缩
7、酶催化下裂解生成磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸（两个磷酸丙糖在异构酶催化下可以相互转换），后者在甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化下生成1,3-二磷酸甘油酸，同时使NAD+还原为NADH，然后1,3-二磷酸甘油酸在甘油酸激酶催化的底物水平磷酸化反应中生成ATP和3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸经变位酶催化转换为2-磷酸甘油酸，再经烯醇化酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，最后在丙酮酸激酶催化的又一次底物水平磷酸化反应中生成丙酮酸和ATP。 第二阶段：在细胞质的基质中，丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸。 须特别注意的是，丙酮酸转化为酒精或者乳酸的过程中并不产生能量。 在厌氧条件下，通过
8、丙酮酸的还原代谢使得NADH重新氧化为NAD+。在酵母的酒精发酵过程中，在丙酮酸脱羧酶催化下丙酮酸氧化脱羧生成乙醛，然后乙醛在乙醇脱氢酶的催化下被还原为乙醇，同时使NADH氧化生成NAD+。而在肌肉缺氧下的酵解过程中，乳酸脱氢酶催化丙酮酸转化为乳酸，同时也伴随着NADH重新氧化为NAD+。一、运动时供能系统的动用特点 (一)人体骨骼肌细胞的能量储备 (二)供能系统的输出功率运动时代谢供能的输出功率取决于能源物质合成ATP的最大速率。 (三)供能系统的相互关系 1运动中基本不存在一种能量物质单独供能的情况，肌肉可以利用所有能量物质，只是时间、顺序和相对比率随运动状况而异，不是同步利用。 2最大功
9、率输出的顺序，由大到小依次为：磷酸原系统糖酵解系统糖有氧氧化脂肪酸有氧氧化，且分别以近50的速率依次递减。 3当以最大输出功率运动时，各系统能维持的运动时间是：磷酸原系统供极量强度运动68秒；糖酵解系统供最大强度运动3090秒，可维持2分钟以内；3分钟主要依赖有氧代谢途径。 4由于运动后三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)的恢复及乳酸的清除，须依靠有氧代谢系统才能完成，因此有氧代谢供能是运动后机能恢复的基本代谢方式。 二、不同活动状态下供能系统的相互关系 安静时，不同强度和持续时间的运动时，骨骼肌内无氧代谢和有氧代谢供能的一般特点表现如下。 (一)安静时： 安静时，骨骼肌内能量消耗少，ATP
10、保持高水平；氧的供应充足，肌细胞内以游离脂肪酸和葡萄糖的有氧代谢供能。线粒体内氧化脂肪酸的能力比氧化丙酮酸强，即氧化脂肪酸的能力大于糖的有氧代谢。在静息状态下，呼吸商为07，表明骨骼肌基本燃料是脂肪酸。 (二) 长时间低强度运动时： 在长时间低强度运动时，骨骼肌内ATP的消耗逐渐增多，ADP水平逐渐增高，NAD+还原速度加快，但仍以有氧代谢供能为主。血浆游离脂肪酸浓度明显上升，肌内脂肪酸氧化供能增强，这一现象在细胞内糖原量充足时就会发生。同时，肌糖原分解速度加快，加快的原因有两点：（1）能量代谢加强。 (2)脂肪酸完全氧化需要糖分解的中间产物草酰乙酸协助才能实现。 在低强度运动的最初数分钟内，
11、血乳酸浓度稍有上升，但随着运动的继续，逐渐恢复到安静时水平。 (三) 大强度运动： 随着运动强度的提高，整体对能量的要求进一步提高，但在血流量调整后，机体对能量的需求仍可由有氧代谢得到满足，即有氧代谢产能与总功率输出之间保持平衡。在这类运动中，血乳酸浓度保持在较高的水平上，说明在整体上基本依靠有氧代谢供能时，部分骨骼肌内由糖酵解合成ATP。血乳酸浓度是由运动肌细胞产生乳酸与高氧化型肌细胞或其他组织细胞内乳酸代谢之间的平衡决定的。（四） 短时间激烈运动时： 在接近和超过最大摄氧量强度运动时，骨骼肌以无氧代谢供能。极量运动时，肌内以ATP、CP供能为主。超过10秒的运动，糖酵解供能的比例增大。随着运动时间延长，血乳酸水平始终保持上升趋势，直至运动终止。 参考文献： 实用运动生物化学张爱芳 北京体育 大学出版 运动生物化学. 人民体育出版社 运动生理学第二版 高等教育出社 山西体育科 运动生物化学谢敏豪 北京体育大学出版
