运动生物化学第二章.ppt
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1、第二章 糖质代谢与运动,第一节 糖质概述 第二节 糖的分解代谢 第三节 糖原合成和糖的异生作用 第四节 糖代谢对人体运动能力的影响,教学目标,掌握糖的概念,葡萄糖的化学结构、人体内糖存在的形式与储量、糖代谢不同化学途径与ATP合成的关系,糖代谢及其产物对人体运动能力的影响。 了解糖的组成,分类和运动时的生物学功能。 熟悉 糖酵解、糖的有氧氧化,糖原的合成和糖异生作用的基本代谢过程及其在运动中的意义, 理解运动训练和体育锻炼中糖代谢产生的适应性变化。,引言,糖是自然界分布最为广泛的有机物质,也是组成人体的重要成分之一。 人体内糖的形式有两种,糖原和葡萄糖,第一节 糖质概述,糖质的范围 绿色植物的
2、根、茎、叶果实所含的葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉和纤维素;哺乳动物乳汁中的乳糖,肝脏和肌肉中的糖原等,都属于糖质物质。,一、糖质的概念和化学组成,概念 糖质是一种含有多羟基的醛类或酮类物质化合物的总称。 例如葡萄糖,果糖。 化学组成 有C H O三中元素组成(碳水化合物) 占人体干重2%,少量以糖脂、糖蛋白的形式构成神经、生物膜、抗体、某些酶、激素、和结缔组织的的重要成分,大部分以多糖的形式贮存于组织器官中。,糖的分类,根据特点可以分为单糖、寡糖、多糖 单糖 凡是不能用水解的方法再降解的最简单的糖称为单糖。 寡糖 又称为低聚糖,由2-10个单糖分子缩合而成。 多糖 由多个单糖分子缩合而成的高分子有
3、机化合物。,多糖,种类 淀粉 纤维素 糖原,糖的生物学功能,人体内糖的存在形式与储量 占人体干重的2%,按作用主要分为两类。一类是结合糖,其生理作用是与其他物质结合参与人体成分的组成;另一类是自由型糖,以游离态和化合态的形式存在。 血糖 肌糖原 肝糖原,运动时糖的生物学功能,正常生理活动所学要的能量主要来自于糖的氧化过程,所以糖是人体生存过程中细胞的主要能源物质。 糖可提供机体所需要的能量 糖在脂肪代谢中的调节作用 糖具有节约蛋白质的作用 糖具有促进运动性疲劳恢复的作用,糖的分解代谢,糖分解代谢的底物有两种一种是糖原,另一种是各组织细胞中的葡萄糖。根据代谢时氧气的参与,糖代谢可以分为有氧氧化和
4、糖的无氧酵解两个过程。 代谢过程 1、代谢途径 无氧酵解分为4个阶段,1分子葡萄糖净生成的ATP的数量为2个,若是从糖原开始净生成3分子ATP。,糖的无氧酵解,糖酵解的生理意义 是生物内普通存在的功能途径,正常生理调节下,大多数组织有充足的氧气供应,因而很少进行糖无氧酵解。只有少数活跃耗能较多细胞组织如视网膜、肾髓质成熟的红细胞(没有线粒体)和睾丸在氧气供应充足的情况下,仍进行糖的无氧供能,来获得能量。 是剧烈运动时能量的主要来源,糖的有氧氧化,定义 葡萄糖或糖原在氧气供应充足的情况下,氧化分解,生成二氧化碳和水,同时释放大量能量的过程称为。,基本的代谢过程,分为3个阶段 葡萄糖或糖原分解为丙
5、酮酸 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A 乙酰辅酶A进入三羧酸循环,三羧酸循环的步骤,三羧酸循环主要包括8步连续的反应过程 柠檬酸的生成 柠檬酸与异柠檬酸的互变 a- 酮戊二酸的生成 a- 酮戊二酸的生成氧化生成琥珀酰辅酶A 琥珀酸的生成 琥珀酸被氧化成延胡索酸 延胡索酸加水生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,ATP的生成,1分子葡糖糖经过彻底氧化生成二氧化碳和水,可净生成38分子的ATP。,(四)糖有氧氧化中ATP的生成,每分子葡萄糖完全氧化,释放能量可以合成36ATP(骨骼肌、神经组织)或38ATP(心肌、肝脏)。是糖酵解的18-19倍,因此,它是长时间大强度运动时的重要能量来源。,生理意义,产
6、生的能量多,是机体利用糖能源的主要途径 三羧酸循环是人体内糖质、脂质、和蛋白质的三大代谢的中心环节。,糖原的合成和糖的异生作用,在正常生理条件下,人体的分解和合成保持动态平衡。运动中,糖作为能源物质分解代谢供能,在运动后的恢复期或长时间的运动的过程中,机体又可以重新合成糖原作为能源。 糖原的合成 糖原合成的主要原料是来源于血液中的葡萄糖。,糖原合成的基本代谢过程,步骤 第一步骤与葡萄糖的分解代谢的第一步骤相同 第二步需消耗1分子的ATP,通过ATP与UDP的转磷酸基来合成UTP。用于尿苷二磷酸葡糖的生成。 第三步是糖原的生成。,糖原合成在运动中的意义,1、运动补糖的生化基础 2、运动后糖原合成
7、的增加的机制,糖的异生,定义 由非糖物质转变成糖原或葡萄糖的过程称为糖的异生。 正常情况下,肝脏是糖异生的主要器官,但在饥饿状态下,肾脏和肌肉也能进行糖的异生。,糖异生的基本代谢过程分为三个步骤 糖异生地在运动中的意义 弥补体内糖量不足,维持血糖相对稳定 乳糖异生喂糖,有利用运动中乳酸消除,糖代谢对人体运动能力的影响,糖是运动时唯一能够通过无氧代谢和有氧代谢合成ATP的细胞燃料。与脂肪的氧化相比,糖的氧化具有耗氧量最低,输出功率高地特点,是最大强度运动时的主要能量来源,在运动功能中具有重要的地位。,糖原与运动能力,肌糖原 肌糖原与无氧代谢能力 肌糖原与有氧代谢能力 肝糖原 运动时肝葡萄糖的生成
8、 肝糖原分解 糖异生作用 运动时肝葡萄糖的释放,血糖与运动能力,运动时血糖浓度的变化 正常在空腹时浓度 低血糖 高血糖 运动时血糖浓度的变化 运动时血糖浓度的调节 组织器官的调节 激素的调节 神经系统的调节,第二节 运动时糖动用的基本过程,一、肌糖原的利用,二、骨骼肌对血糖的摄取和利用,三、肝糖原释放葡萄糖与运动能力,运动时需要动用糖代谢供能时,首先动用的是肌糖原,随着运动的持续,肌肉吸收血糖的数量增加,可反射性地引起肝糖原分解成葡萄糖,补充及维持血糖水平的相对稳定。,一、肌糖原的利用,运动时,参与肌糖原分解的酶迅速激活,肌糖原成为骨骼肌最重要的能源物质之一。其利用速率和数量决定于以下因素:,
9、(一)运动强度,(二)运动持续时间,(三)肌纤维类型,(四)运动方式,(五)训练水平,(六)饮食,(七)环境条件,(一)运动强度,运动强度增大,肌糖原动员速率相应增大。,1、在90-95%VO2max以上强度运动时,肌糖原消耗速率最大。,2、在65-85% VO2max强度运动时,肌糖原利用与运动持续时间有关。,3、以30% VO2max强度运动时,肌内主要由脂肪酸氧化供能,很少利用肌糖原。,(二)运动持续时间,A、中等强度长时间运动时,肌糖原利用随时间的变化可分为三个时相:,1、运动最初阶段,糖利用速度最快。,2、随着运动时间延长,糖原分解速率下降。,3、最后阶段,分解速率也大幅度下降,肌内
10、的补偿措施是提高血糖吸收和脂肪动员。,肌糖原利用量,2、不同强度力竭运动时,运动持续时间不同,肌糖原的消耗量差异很大。,在接近或超过VO2max强度运动时,肌糖原分解速率最快,运动很快达到力竭,但肌糖原决不会耗尽。在中等强度(如75% VO2max强度运动至力竭时,肌糖原消耗最多,最终浓度为01%,接近耗尽。,(三)肌纤维类型,运动时各类肌纤维内糖原的利用量不是均等的。在各种强度运动中,、a型肌纤维内糖原均能利用,但相对量随强度而异。以中、低等强度运动时,动用型和a 型肌纤维内糖原。超过90%最大摄氧量运动时,主要是动用b型肌纤维内糖原。,(四)运动方式,不同的运动方式,可引起特定的肌群内糖原
11、动用,其结果令局部肌糖原被大量消耗,而出现疲劳。,(五)训练水平,高训练水平的运动员,执行定量亚极量负荷运动时,脂肪酸氧化供能的比例较高,相应的肌糖原利用速率减慢。运动时,增强脂肪酸氧化供能,对肌糖原的利用起节省作用。,(六)饮食,在运动前30分钟或运动间歇,适量吃糖,可以减少肌糖原的消耗。此外,运动前升高血浆游离脂肪酸的浓度,可以使运动时肌肉氧化脂肪酸的比例增大,减慢肌糖原的利用速率。,(七)环境条件,1、环境温度,环境温度的变化影响人体的代谢速率和对答谢底物的选择。热天运动使肌糖原分解供能增多,寒冷时人体利用脂肪供能增多。,2、高原低氧环境,在氧分压较低的高原进行运动时,供氧不足造成糖酵解
12、供能的比例增多,肌糖原消耗加快,乳酸生成明显增多。,3、赛场噪声,在赛场噪声刺激下,引起外周血管收缩和血液粘性增大,供给骨骼肌的氧减少,而使糖酵解供能的比例增多,肌糖原消耗加快,,二、骨骼肌对血糖的摄取和利用,(一)血糖,血糖浓度以空腹(进食12小时之后)值为准,正常值为4.4-6.6mmol/L(80-120mg%)。当血糖低于3.3mmol/L(70mg%)时,临床上称为低血糖;血糖高于7.2mmol/L(130mg%),成为高血糖;血糖浓度高于8.8mmol/L(160mg%)时,肾小球滤过的葡萄糖在肾小管不能全部被重新吸收,糖由尿中排出,所以,血糖 8.8mmol/L(160mg%)称
13、为肾糖阈。,1、血糖的来源与去路,2、血糖的生物学功能,1、血糖的来源与去路,血糖的基本来源是食物糖(主要是淀粉)。饥饿状态下,肝脏释放葡萄糖是血糖的又一来源。血糖的去路主要是进入组织细胞合成糖原、氧化分解供能及转换成脂肪和氨基酸。,2、血糖的生物学功能,(1)血糖是中枢神经系统的主要供能物质,用以维持中枢的正常机能。,(2)血糖是红细胞的唯一能源。,(3)血糖是运动肌的肌外能源物质。,(1)血糖是中枢神经系统的主要供能物质,用以维持中枢的正常机能,脑占体重的2.5%。一个60Kg体重的人,脑重约有1.5Kg,其中糖原储存仅有2g。脑组织消耗葡萄糖的速率为75毫克/分,每日消耗葡萄糖120-1
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