运动的能量代谢--3.ppt
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1、第一章 运动的能量代谢,新陈代谢,物质代谢 能量代谢 分解代谢 合成代谢,人体生理学,能量代谢,在生物体内物质代谢的过程中,伴随着能量的储存、释放、利用和转移的过程。,人体生理学,第一节 生物能量学概要,人体生理学,一、叶绿体和线粒体是高等生物细胞主要的能量转换器 生物体不能直接利用光能,需要其细胞通过叶绿体和线粒体装置,将太阳能转换成自身可被利用的化学能。超过50%以热能形式散发体外。,人体生理学,线粒体呼吸链,线粒体基质是呼吸底物氧化的场所,底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上,经过一系列氢载体和电子载体的传递,最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的
2、电子传递系统称电子传递链(eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关,亦称为呼吸链。,人体生理学,线粒体呼吸链,人体生理学,氧化磷酸化,代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP(即ADP+PiATP),这种氧化放能和ATP生成(磷酸化)相偶联的过程称氧化磷酸化。,类别: 底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化,人体生理学,二. ATP与ATP稳态,ATP(三磷酸腺苷)是一种含有高能磷酸键的化合物,从机体能量代谢的过程看,ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节。,人体生理学,能量转化,人体生理学,ATP的结构,人体生理学,人体生理学,ATP是肌
3、肉活动唯一的一种直接能量来源 ATP酶 ATP ADPPi能,人体生理学,肌肉活动时,贮存在肌纤维中的ATP分解放出能量,使肌纤维缩短,以完成机械功。 肌肉中ATP的贮量甚少,仅为5mmolkg-1湿肌左右 ,必需边分解边再合成,才能不断地供应肌肉的需要。,ATP的分解放能,人体生理学,人体生理学,肌小节,人体生理学,人体生理学,人体生理学,横桥的运动引起肌丝的滑行-肌肉收缩,人体生理学,肌球蛋白 ATP 分解放能,人体生理学,ATP是肌肉活动唯一的一种直接能量来源 ATP酶 ATP ADPPi能,ATP的再合成-吸能,人体生理学,一是磷酸肌酸(CP)的分解放能 二是糖原酵解供能 三是糖和脂肪
4、的氧化生能,ATP的生成过程,人体生理学,三.生命活动的能量来源 -糖、脂肪、蛋白质,人体生理学,(一)糖类,糖的化学本质是多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。 糖广泛分布于所有生物体内。糖在生命活动中的主要作用是提供能源和碳源,人体所需能量的50%-70%来自于糖。 食物中的糖类主要是淀粉,淀粉被消化成其基本组成单位葡萄糖后,以主动方式被吸收入血。,人体生理学,机体内糖类的存在形式有两种: 以糖原形式贮存于组织细胞中,其中以肝脏和肌肉中含量最多,分别称为肝糖原和肌糖原。 以葡萄糖的形式存在于血液中,称血糖。,人体生理学,短时间剧烈运动,机体吸氧量不能满足运动的需要,所需能量主要依靠糖原的酵解
5、提供。 长时间小强度运动中,肌糖原贮备充足,将更有利于延缓疲劳的发生。 肌糖原贮量是运动员无氧耐力和有氧耐力素质的物质基础。 经常从事体育锻炼,使体内糖原的贮备量增加,糖代谢的能力增强,运动能力提高。,糖原,人体生理学,正常人空腹时血糖浓度 80-120%mg,血糖相对稳定是血糖来源和去路维持动态平衡的结果。 短时间剧烈运动,血糖浓度升高,是机体由安静状态进入运动状态时,交感肾上腺系统兴奋增强的结果。 在长时间运动时,能量消耗很大,血糖浓度降低;肝脏中的糖原便转变为葡萄糖进入血液,供肌肉活动利用。,血糖,人体生理学,人体生理学,(二)脂肪,脂肪又称甘油三脂或三脂酰甘油 由1分子甘油和3分子脂肪
6、酸组成 动物脂肪称脂,植物脂肪称油 含不饱和脂肪酸多的食物价值高,人体生理学,三脂酰甘油的分解代谢,人体生理学,脂肪酸氧化的特点: 1、氧化部位:细胞液与线粒体 2、氧化过程:脂肪酸的活化、脂酰基的转移、 -氧化; 3、两个限速酶:脂酰CoA合成酶、 肉碱脂酰转移酶I 4、一次 -氧化经历四步:脱氢、加水、 再脱氢、硫解; 5、 -氧化的部位:线粒体 6、能量计算,人体生理学,脂类的存在形式,脂肪: 1、分布在脂肪组织,主要包括皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、内脏周围等处。 2、又称为脂库,贮存脂,可变脂。 类脂: 1、分布在生物体的所有细胞中。 2、又称为组织脂,不可变脂。,人体生理学,脂类的
7、生理功能,1、贮能与供能 2、提供必需的氨基酸(亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸) 3、保护机体组织 (1)固定内脏 (2)保护内脏(3)保温 4、构成生物膜 5、其他,人体生理学,不同强度运动中糖和脂肪供能的百分比,人体生理学,超长运动中糖代谢向脂肪代谢的转化,人体生理学,(三)蛋白质的分子组成,1、元素组成 2、组成蛋白质的基本单位氨基酸,人体生理学,蛋白质的分子组成,蛋白质的元素组成 蛋白质是一类含氮有机化合物,除含有碳、氢、氧外,还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素,主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为:,返回,人体生理学,氨基酸 是蛋白质的基本组成单
8、位。从细菌到人类,所有蛋白质都由20种标准氨基酸(20 standard amino acids)组成。形成复杂的氨基酸长链,中间靠肽键连接,形成多肽或蛋白质。,返回,蛋白质的基本组成单位氨基酸,人体生理学,氨 基 酸 库,蛋白质代谢概况,氨基酸的去向有: (1)合成蛋白质 (2)合成含氮的功能性物质 (3)分解代谢,体内氨基酸的来源有: (1)内源性氨基酸 (2)外源性氨基酸,蛋白质的代谢体现于体内氨基酸库的动态变化。,氨基酸的分解代谢主要途径是经脱氨基作用生成氨和-酮酸。,人体生理学,运动与蛋白质代谢,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
9、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。,人体生理学,四、ATP的生成过程,人体生理学,ATP的生成过程,一是磷酸肌酸(CP)的分解放能 二是糖原酵解供能 三是糖和脂肪的氧化生能,人体生理学,(一)磷酸原供能系统,磷酸肌酸(简称CP)是贮存在细胞中的另一种高能磷酸化合物,其分解时能放出大量的能量。,人体生理学,人体生理学,当肌肉收缩时,随着ATP的迅速分解,CP即迅速分解放能,使ADP和Pi合成ATP。lmolCP分解时,可合成lmol
10、ATP。这一反应受磷酸肌酸激酶(CPK)催化。 其反应如下: CPK CPADP ATP+C,磷酸肌酸的分解过程,人体生理学,CP全部分解,只能维持数秒钟的剧烈运动。 必须有其他供应ATP再合成的能量途径,才能使运动持续下去。 CP在供应ATP再合成中重要意义,不在其含量,而在于其快速可动用性。,运动中磷酸肌酸的供能特点,人体生理学,2.糖的分解供能 -糖酵解供能系统,人体生理学,糖的无氧酵解,葡萄糖和糖原在不需要氧的情况下分解生成乳酸,并释放能量过程,称为糖的无氧酵解。其反应在胞浆中进行。,人体生理学,糖原,丙酮酸,ADP+,ATP,肌肉收缩,肌肉舒张,乳酸,血液,糖无氧酵解,肌细胞,糖酵解
11、与乳酸生成,人体生理学,糖的无氧酵解,糖无氧酵解时,1mol葡萄糖产生2moIATP。 在氧供应充足时,大部分乳酸又可以进一步氧化供能。 人体在从事一定持续时间的剧烈运动时,肌肉活动所需要的ATP的再合成便依赖于糖无氧酵解供能过程。,人体生理学,糖酵解在运动中的应用,当运动的持续时间在10s以上且强度很大时,其所需的能量己远超出磷酸原系统所能供应的水平。 由于此时机体的供氧量已远远满足不了氧的需求量,运动中所需ATP再合成的能量主要依靠糖酵解来提供。,人体生理学,乳酸循环,肌肉,糖原,葡萄糖,乳酸,血液,葡萄糖,乳酸,肝脏,葡萄糖,糖原,异生作用,乳酸,人体生理学,3.糖和脂肪的有氧氧化,当运
12、动中氧的供应能满足氧的需要时,运动所需的ATP主要由糖、脂肪的有氧氧化来提供。 有氧氧化能提供大量的能量,从而能维持较长的工作时间。,人体生理学,(2)糖的有氧代谢,在氧供应充足的情况下,糖、脂肪和蛋白质氧化分解成H2O和CO2以及尿素等并释放能量的过程,称有氧代谢过程。 糖通过有氧代谢释放的大量能量可再合成ATP,为肌肉运动持续供能,构成人体运动时的有氧供能系统。,人体生理学,反应过程简式如下: 葡萄糖 糖原 丙酮酸 乙酰辅酶A 三羧酸循+O2 CO2+H2O+ATP 糖有氧氧化时,1mol葡萄糖生成38moIATP。,糖的有氧氧化反应过程简式,人体生理学,人体生理学,三羧酸循环,乙酰辅酶A
13、进入三羧酸循环彻底氧化为CO2和H2O,同时释放能量合成ATP。,CO2,2,TCA,人体生理学,糖有氧代谢的生理意义,产生能量多,机体利用糖的主要途径 三大能源物质代谢的中心环节,人体生理学,3.糖的储备与运动能力,糖能在任何运动状态下参与ATP合成。运动时机体所需的大部分能量来自内源性糖,健康人体内源性糖储备总量只有2000千卡,且大多数运动员饮食糖的摄入量往往只达总能量40-45%,所以,在进行大强度运动训练时应设法使糖的储备达到最大。,(一)糖原填充法,(二)运动前补糖,(三)运动中补糖,(四)运动后补糖,人体生理学,人体生理学,(1)糖原填充法,糖原填充法是一种比较常用的补糖方法,它
14、结合运动和饮食二方面进行调整,用这种方法可将糖原含量提高到正常水平的2-3倍。,人体生理学,(2)运动前补糖,对于长时间的运动项目,运动前补糖是一种有效的强力手段。运动前补糖的时间不同,对机体内糖储备量和运动能力的影响各不相同,运动前补糖的利与弊应根据具体情况和运动员的个体差异加以判断。,人体生理学,(3)运动中补糖,运动中补糖有利于能量平衡和氮平衡。,对于短时间、大强度间歇运动时补糖与持续中等强度和长时间耐力运动中摄入糖一样有效。,运动中每隔20分钟补充含糖饮料或容易吸收的含食物,补糖量一般推荐20-60g/h,多达40-102g/h,或1-2g/Kg体重,不低于21.5g/h。,运动中摄入
15、果糖或等量混合果糖和葡萄糖或低聚糖的效果要比单独葡萄糖好。,人体生理学,(4)运动后补糖,运动后即刻补糖的效果优于运动后稍后时间,原因在于运动后及早补糖能尽快提供肌糖原合成的原料。,运动后最好补充葡萄糖-果糖及低聚糖,这样可使胃的排空速率增加,小肠吸收速度加快,利于合成肌糖原。,另外,摄入固体或液体形式的糖对肌糖原再合成是等效的。,人体生理学,(三)脂肪代谢,脂肪又称甘油三脂或三脂酰甘油 由1分子甘油和3分子脂肪酸组成 动物脂肪称脂,植物脂肪称油 含不饱和脂肪酸多的食物价值高,人体生理学,三脂酰甘油的分解代谢,人体生理学,甘油代谢,脂解过程中释放的甘油,只在肾、肝等少数组织内氧化利用,而骨骼肌
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