第五章-运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用.pptx

第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用第一节第一节 运动时物质代谢运动时物质代谢 得相互关系得相互关系一、氧化分解得共同规律一、氧化分解得共同规律1、乙酰辅酶乙酰辅酶A就是三大能源物质分解代谢共同得中间代谢物就是三大能源物质分解代谢共同得中间代谢物2、三羧酸循环就是三大能源物质分解代谢最终得共同特点三羧酸循环就是三大能源物质分解代谢最终得共同特点3、三大能源物质氧化分解释放得能量均储存在三大能源物质氧化分解释放得能量均储存在ATP得高能得高能 磷酸键中磷酸键中二、能量供应得相互关系三、糖、脂肪和蛋白质分解代谢关系三、糖、脂肪和蛋白质分解代谢关系第二节 运动时骨骼肌得能量利用一、磷酸原供能系统一、磷酸原供能系统(一一)磷酸原供能系统得组成磷酸原供能系统得组成CP得组成得组成精氨酸 甘氨酸鸟氨酸甲硫氨酸胍乙酸CP得功能1、高能磷酸基团得储存库2、组成肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系统CCPATPADP+Pi线粒体内膜外膜细胞质(二二)运动时骨骼肌磷酸原供能运动时骨骼肌磷酸原供能CPC大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点磷酸原系统供能得特点磷酸原系统供能得特点:启启动运运动开始开始时最早起最早起动,最快利用最快利用,具有快速供能得特点。具有快速供能得特点。功率功率最大功率最大功率输出。短出。短时间极量运极量运动时,磷酸原系磷酸原系统得最大得最大输出功率可达每千克干肌每秒出功率可达每千克干肌每秒1、63、0毫摩毫摩尔尔P。持持续时间可可维持最大供能持最大供能强强度运度运动时间约68秒秒钟。运运动项目目与速度、爆与速度、爆发力关系密切。短跑、投力关系密切。短跑、投掷、跳、跳跃、举重重及柔道等及柔道等项目得运目得运动。二、糖酵解供能系统二、糖酵解供能系统三、有氧代谢供能三、有氧代谢供能启启动 全力运全力运动3060秒秒功率功率 每千克干肌每秒每千克干肌每秒1毫摩毫摩尔尔持持续时间 维持持3030秒到秒到2 2分分钟以内最大以内最大强强度运度运动。实践践意意义 速度、速度耐力速度、速度耐力项目目;2001500米米跑、跑、100200米米游泳游泳,短距离速滑短距离速滑等等项目目;摔跤、柔摔跤、柔道、拳道、拳击、武、武术等。等。功率功率 低于其她两个系低于其她两个系统。持持续时间 较长。糖。糖:15-215-2小小时、FFA FFA 不限不限时间。实践践意意义 有氧代有氧代谢供能就是供能就是数分数分钟以上耐力性以上耐力性运运动项目得基本供目得基本供能系能系统,对速度和速度和力量运力量运动而言而言,提提高有氧代高有氧代谢能力能力,起着改善运起着改善运动肌代肌代谢环境和加速疲境和加速疲劳消除得作用。消除得作用。糖酵解供能系统糖酵解供能系统有氧代谢供能系统有氧代谢供能系统四、运动中三大供能系四、运动中三大供能系统得相互关系统得相互关系ATP-CP糖酵解糖酵解有氧代谢有氧代谢总能量输出总能量输出第三节 运动时物质代谢得调节概述一、代谢调节得意义一、代谢调节得意义 使生物体内得新陈代谢途径相互衔接、相使生物体内得新陈代谢途径相互衔接、相互制约、高度协调和有条不紊地进行互制约、高度协调和有条不紊地进行,从而从而维持代谢平衡。这种高度协调就是靠体内维持代谢平衡。这种高度协调就是靠体内一整套精确而有效得代谢调节机制来实现一整套精确而有效得代谢调节机制来实现得。得。二、代谢调节得基本方式(一一)细胞水平得调节细胞水平得调节 通过细胞内某些物质浓度得变化通过细胞内某些物质浓度得变化,使某些酶使某些酶得活性或数量改变得活性或数量改变,从而调节代谢过程得速从而调节代谢过程得速度。度。(二)器官水平得调节 多细胞生物出现了内分泌细胞之后多细胞生物出现了内分泌细胞之后,内分泌内分泌细胞所分泌得激素对物质代谢得控制成为细胞所分泌得激素对物质代谢得控制成为器官水平调节得重要方式。器官水平调节得重要方式。激素作用于靶细胞和靶器官激素作用于靶细胞和靶器官,改变其中代谢改变其中代谢物浓度物浓度,或改变其中某些酶得催化能力或含或改变其中某些酶得催化能力或含量量,从而调节代谢反应得速度。从而调节代谢反应得速度。(三)整体水平得调节 神经系统可以释放神经递质以直接影神经系统可以释放神经递质以直接影响组织中得代谢响组织中得代谢,又能影响内分泌腺得活动又能影响内分泌腺得活动,改变激素分泌得速度改变激素分泌得速度,间接地对整体得代谢间接地对整体得代谢进行综合调节。进行综合调节。运动时无氧代谢得调节一、骨骼肌磷酸原得代谢调节一、骨骼肌磷酸原得代谢调节 (一一)ATP利用得调节利用得调节 运动时运动时,受肌浆钙离子激活受肌浆钙离子激活,ATPATP水解速率大水解速率大大加快大加快,但但ATPATP含量和含量和ATP/ADPATP/ADP浓度比变化浓度比变化不大不大,这就是因为这就是因为ATPATP得利用过程总就是和得利用过程总就是和再合成过程密切偶联在一起。再合成过程密切偶联在一起。一旦一旦ATPATP被利用被利用,ADPADP浓度上升浓度上升,导致导致ATP/ADPATP/ADP浓度比下降浓度比下降,这种变化可以灵敏地这种变化可以灵敏地触发代谢调节系统作出反应触发代谢调节系统作出反应,以便激活代谢以便激活代谢合成合成ATPATP,直到比值恢复到正常水平。直到比值恢复到正常水平。由于由于ATPATP和和ADPADP得化学结构相似得化学结构相似,有关酶在催化反应时难以准确识别。有关酶在催化反应时难以准确识别。在在ATPATP或或ADPADP对酶得竞争性结合中对酶得竞争性结合中,特特别当别当ATPATPADPADP浓度比明显改变时浓度比明显改变时,酶酶更难识别和区分她们。更难识别和区分她们。调节机理 以以ATPATP作为底物得酶作为底物得酶,受受ADPADP抑制抑制;以以ADPADP作为底物得酶作为底物得酶,受受ATPATP抑制。抑制。(二)CP利用得调节 运动时运动时,ATPATPADPADP浓度比降低浓度比降低,立刻激活肌酸激酶立刻激活肌酸激酶,而安静时而安静时,ATPATPADPADP浓度比升高浓度比升高,CKCK活性受抑制。活性受抑制。ADP+CP ATP+C(肌酸肌酸)其供能得调节意义在于最早快速利用其供能得调节意义在于最早快速利用,为代为代谢调节启用糖酵解供能提供过渡时间谢调节启用糖酵解供能提供过渡时间。CK(三)肌激酶反应得调节 2ADP ATP+AMPMKMK二、骨骼肌糖酵解得调节 糖酵解速度在短时间内得大幅度上糖酵解速度在短时间内得大幅度上升升,主要就是通过关键酶等调节而实主要就是通过关键酶等调节而实现得。现得。(一一)磷酸化酶得调节磷酸化酶得调节 在安静时在安静时,骨骼肌中磷酸化酶大多以低活性骨骼肌中磷酸化酶大多以低活性得得b b型状态存在型状态存在,只有少量高活性得只有少量高活性得a a型。型。运动时运动时,磷酸化酶受磷酸化酶受CaCa2+2+和激素调节。和激素调节。1、代谢效应物对磷酸化酶得调节 磷酸化酶磷酸化酶b b容易受细胞内各种代谢效应容易受细胞内各种代谢效应物浓度变化而改变活性。物浓度变化而改变活性。无机磷酸盐无机磷酸盐l-l-磷酸葡萄糖比值升高磷酸葡萄糖比值升高,5-AMP5-AMP和无机磷酸得浓度升高均可激和无机磷酸得浓度升高均可激活磷酸化酶活磷酸化酶b b。66磷酸葡萄糖、磷酸葡萄糖、ATPATP、ADPADP就是磷酸就是磷酸化酶化酶b b活性得抑制剂。活性得抑制剂。2、钙离子对磷酸化酶活性得调节 钙离子浓度升高,激活肌原纤维ATP酶,引起肌收缩和ATP水解,同时激活磷酸化酶b,引起磷酸化酶转变成a,使糖原分解速度加快。肌细胞pH上升时,钙离子对磷酸化酶激酶得激活作用增大。3、激素对磷酸化酶得调节 磷酸化酶磷酸化酶b b转变成转变成a a得过程受肾上腺素得过程受肾上腺素调节。肾上腺素使调节。肾上腺素使cAMPcAMP浓度增加浓度增加,进而进而引起蛋白激酶激活引起蛋白激酶激活,促使磷酸化酶促使磷酸化酶b b激酶激酶活性增大。活性增大。在磷酸化酶在磷酸化酶b b激酶催化下激酶催化下,磷酸化酶磷酸化酶b b转转换成磷酸化酶换成磷酸化酶a a得速率加快。磷酸化酶得速率加快。磷酸化酶a a得增多使糖原分解速率迅速加快。得增多使糖原分解速率迅速加快。(二)己糖激酶得调节 6 6磷酸葡萄糖就是己糖激酶活性得抑制磷酸葡萄糖就是己糖激酶活性得抑制剂剂 。在运动开始后在运动开始后,肌糖原迅速分解肌糖原迅速分解,产生产生6-6-磷酸磷酸葡萄糖并堆积葡萄糖并堆积,从而反馈抑制己糖激酶得活从而反馈抑制己糖激酶得活性性,其结果限制了肌肉摄取和利用血液葡萄其结果限制了肌肉摄取和利用血液葡萄糖。糖。约在运动后数分钟约在运动后数分钟,细胞内细胞内6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖堆积减少堆积减少,致使己糖激酶得抑制被解除致使己糖激酶得抑制被解除,骨骼骨骼肌开始大量摄取和利用血糖供能。肌开始大量摄取和利用血糖供能。(三)磷酸果糖激酶得调节 磷酸果糖激酶就是糖酵解过程得关键限磷酸果糖激酶就是糖酵解过程得关键限速酶。速酶。ADPADP、AMPAMP、NHNH4 4+、K K+、无机磷酸盐、无机磷酸盐、6-6-磷酸果糖和磷酸果糖和pHpH值升高等就是她得激活剂。值升高等就是她得激活剂。抑制剂为抑制剂为ATPATP、CPCP、柠檬酸和、柠檬酸和pHpH降低等。降低等。当进行激烈运动时当进行激烈运动时,肌肉肌肉ATPATP、CPCP浓度降浓度降低低,AMPAMP浓度上升浓度上升,此时此时,如果如果NHNH4 4+和无机磷和无机磷酸盐浓度升高酸盐浓度升高,就可激活磷酸果糖激酶就可激活磷酸果糖激酶,使糖使糖酵解过程加快。酵解过程加快。随运动时间延长随运动时间延长(达达1 1分钟以上分钟以上),乳酸大量乳酸大量堆积堆积,骨骼肌骨骼肌pHpH下降下降,又反过来抑制糖酵解又反过来抑制糖酵解,当肌肉当肌肉pHpH降到降到6 6、4-64-6、5 5时时,磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶得活性显著降低得活性显著降低,糖酵解过程显著减弱。糖酵解过程显著减弱。这种代谢调节机制对于防止机体过度酸这种代谢调节机制对于防止机体过度酸血症血症,起到了保护性抑制作用。起到了保护性抑制作用。当氧气供应充足当氧气供应充足,线粒体中氧化磷酸化过程线粒体中氧化磷酸化过程再合成再合成ATPATP,能充分满足运动肌群得能量消能充分满足运动肌群得能量消耗时耗时,肌细胞中肌细胞中ATPATP、柠檬酸浓度升高、柠檬酸浓度升高,则磷则磷酸果糖激酶得活性受抑制酸果糖激酶得活性受抑制,避免过量代谢造避免过量代谢造成能量浪费。成能量浪费。(四)乳酸脱氢酶得调节 LDH LDH1 1(心肌型心肌型)和和LDHLDH5 5(骨骼肌型骨骼肌型)。LDHLDH1 1在在慢肌纤维中活性相对高于快肌纤维慢肌纤维中活性相对高于快肌纤维,其主要功其主要功能就是催化乳酸生成丙酮酸。当丙酮酸浓度能就是催化乳酸生成丙酮酸。当丙酮酸浓度高时高时,LDHLDH1 1得活性受抑制。得活性受抑制。LDHLDH5 5在快肌纤维中得活性相对大于慢肌纤在快肌纤维中得活性相对大于慢肌纤维维,其主要功能就是催化丙酮酸生成乳酸其主要功能就是催化丙酮酸生成乳酸,LDHLDH5 5活性不受丙酮酸和乳酸抑制。活性不受丙酮酸和乳酸抑制。运动时有氧代谢得调节 有氧代谢得调节与糖酵解过程得调节不同有氧代谢得调节与糖酵解过程得调节不同,主主要不就是受代谢途径中某些关键酶得调节要不就是受代谢途径中某些关键酶得调节,而就是而就是受组织供氧量和可供肌肉利用得能源物质量得调受组织供氧量和可供肌肉利用得能源物质量得调节。节。一、氧得利用率一、氧得利用率 氧气就是有氧代谢得先决条件氧气就是有氧代谢得先决条件,所以所以,有氧代谢运有氧代谢运动受氧供应和氧利用速率得调节。动受氧供应和氧利用速率得调节。二、运动肌摄取和利用血糖得调节 运动时运动时,血浆肾上腺素水平升高引起细胞血浆肾上腺素水平升高引起细胞内内cAMPcAMP浓度升高浓度升高,使低活性得磷酸化酶使低活性得磷酸化酶b b向向高活性得磷酸化酶高活性得磷酸化酶a a转换转换,使肌糖原得分解速使肌糖原得分解速率提高。率提高。在长时间运动期间在长时间运动期间,血浆胰岛素水平明显下血浆胰岛素水平明显下降降,这有利于发挥儿茶酚胺、胰高血糖素对这有利于发挥儿茶酚胺、胰高血糖素对肝糖原分解和脂解得激活作用肝糖原分解和脂解得激活作用,同时运动肌同时运动肌吸收血糖仍然增强。吸收血糖仍然增强。提高运动肌吸收血糖得原因 (1)收缩引起肌浆Ca2浓度升高,引起膜对葡萄糖得转运能力增大;(2)运动肌内血流量增大,向运动肌释放得胰岛素量增多,激活肌细胞吸收葡萄糖;(3)由于肌细胞内代谢途径得调节,促使葡萄糖转移进运动肌得绝对量增加,且不依赖血胰岛素浓度。这种调节发生在肌糖原大量消耗引起细这种调节发生在肌糖原大量消耗引起细胞内胞内6 6磷酸葡萄糖浓度下降时磷酸葡萄糖浓度下降时,ATPATPADPADP浓度比下降浓度比下降,葡萄糖磷酸化作用加强葡萄糖磷酸化作用加强,血液葡萄糖向肌细胞转运得速率加快血液葡萄糖向肌细胞转运得速率加快,进进而利用速率也加快。而利用速率也加快。三、肝葡萄糖生成和释放得调节 在长时间运动前阶段在长时间运动前阶段,肝糖原分解就是肝糖原分解就是葡萄糖得主要来源葡萄糖得主要来源,但在运动后期但在运动后期,糖异糖异生成为肝释放葡萄糖得主要来源。生成为肝释放葡萄糖得主要来源。运动肌吸收和利用血糖得速率加快运动肌吸收和利用血糖得速率加快时时,要求肝内糖原分解和糖异生得速率作要求肝内糖原分解和糖异生得速率作出相应得改变。出相应得改变。调节得生化基础调节得生化基础(1)(1)激素调节肝葡萄糖得生成速率。儿茶酚激素调节肝葡萄糖得生成速率。儿茶酚胺和胰高血糖素胺和胰高血糖素(2)(2)激活肝糖原磷酸化酶得活性激活肝糖原磷酸化酶得活性,同时抑制同时抑制糖原合成酶得活性糖原合成酶得活性 。(3)(3)糖异生得基质浓度升高进一步激活糖异糖异生得基质浓度升高进一步激活糖异生得代谢速率。生得代谢速率。四、脂肪酸利用得调节 促进脂解作用得激素主要有肾上腺素、去促进脂解作用得激素主要有肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素、生长激素、糖甲肾上腺素、胰高血糖素、生长激素、糖皮质激素等。皮质激素等。肾上腺素、去甲肾上腺素得脂解调节作用肾上腺素、去甲肾上腺素得脂解调节作用就是通过就是通过 肾上腺素能起作用肾上腺素能起作用,并通过并通过cAMP-cAMP-蛋白激酶系统激活脂肪酶而实现得。蛋白激酶系统激活脂肪酶而实现得。生长激素能降低肌组织得甘油三脂含量并生长激素能降低肌组织得甘油三脂含量并促进其氧化。促进其氧化。胰岛素具有抗脂解作用。胰岛素具有抗脂解作用。胰岛素得抗脂解作用就是通过减少脂肪组胰岛素得抗脂解作用就是通过减少脂肪组织中织中cAMPcAMP含量实现得。运动时血浆胰岛素含量实现得。运动时血浆胰岛素浓度下将浓度下将,使对脂解得抑制作用减弱。使对脂解得抑制作用减弱。血浆游离脂肪酸浓度超过血浆游离脂肪酸浓度超过2 2毫摩尔毫摩尔/升升时时,将形成微团、危害心血管系统。将形成微团、危害心血管系统。细胞内高浓度脂肪酸将抑制许多酶得活细胞内高浓度脂肪酸将抑制许多酶得活性性,并导致线粒体氧化磷酸化解偶联。所并导致线粒体氧化磷酸化解偶联。所以以,限制血浆游离脂肪酸浓度过高限制血浆游离脂肪酸浓度过高,就是就是一种有益得内部防御机制。一种有益得内部防御机制。当脂肪酸动员速率低于利用速率时当脂肪酸动员速率低于利用速率时,血血浆游离脂肪酸浓度便下降浆游离脂肪酸浓度便下降,其结果其结果,肌肉肌肉对糖得利用加强对糖得利用加强,使糖储备提前耗竭使糖储备提前耗竭,促促使疲劳提前发生。所以除激素对脂肪分使疲劳提前发生。所以除激素对脂肪分解得调节外解得调节外,还需由肌肉能量利用速率以还需由肌肉能量利用速率以及脂解过程得反馈调节及脂解过程得反馈调节,提供更精细得脂提供更精细得脂肪酸氧化调控机制。肪酸氧化调控机制。(二)酮体得调节 血浆高酮体水平能促进胰腺分泌胰岛素血浆高酮体水平能促进胰腺分泌胰岛素,胰胰岛素具有强抗脂解作用岛素具有强抗脂解作用,能够降低脂肪酸动能够降低脂肪酸动员员;另外另外,酮体水平得升高也直接削弱脂肪组酮体水平得升高也直接削弱脂肪组织得脂解作用。所以织得脂解作用。所以,酮体通过直接作用和酮体通过直接作用和促进胰岛素分泌得间接作用降低脂解速率。促进胰岛素分泌得间接作用降低脂解速率。(三)甘油三脂和脂肪酸循环反馈调节 甘油三脂和脂肪酸循环得意义就是提高脂甘油三脂和脂肪酸循环得意义就是提高脂肪酸动用调节机制得敏感性肪酸动用调节机制得敏感性,使脂肪酸浓度使脂肪酸浓度得微小变化对脂肪酸动员速率产生较大得得微小变化对脂肪酸动员速率产生较大得影响。影响。当肌肉利用脂肪酸得速率增大时当肌肉利用脂肪酸得速率增大时,酯化速度酯化速度下降。另外下降。另外,脂肪酸抑制甘油三酯酶活性得脂肪酸抑制甘油三酯酶活性得作用降低作用降低,从而促进脂肪组织动员脂肪酸。从而促进脂肪组织动员脂肪酸。调节机理 当肌肉内脂肪酸氧化速率下降时,有利于脂肪组织内合成甘油三酯。五、糖和脂肪酸利用得调节 为了获得最大耐力得运动能力为了获得最大耐力得运动能力,糖和脂肪必糖和脂肪必须同时利用。运动中尽可能多地利用脂肪须同时利用。运动中尽可能多地利用脂肪酸氧化供能酸氧化供能,可起到糖节省化可起到糖节省化,使有限得糖储使有限得糖储备维持到运动末备维持到运动末,维持血液葡萄糖浓度得相维持血液葡萄糖浓度得相对恒定对恒定,满足大脑对血糖得需求满足大脑对血糖得需求,防止低血糖防止低血糖症得发生和发展。症得发生和发展。调节得机理 当脂肪酸在肌内氧化加强时,引起糖酵解和丙酮酸氧化得激活剂浓度升高,如柠檬酸和6磷酸葡萄糖。乙酰辅酶A/辅酶A比值升高将抑制丙酮酸脱氢酶活性,降低糖得有氧代谢。线粒体内生成得柠檬酸泄出到细胞质内,其浓度增大也将抑制磷酸果糖激酶活性,使糖酵解速率降低。糖酵解过程抑制使6磷酸葡萄糖浓度升高,进而抑制己糖激酶和磷酸化酶,导致血糖利用和肌糖原利用减少。