第一章物质代谢与运动概述.ppt

第一章 物质代谢与运动教学目标1.掌握运动人体的物质组成、酶催化反 应的特点、运动中生物氧化过程及ATP的合成。2.熟悉运动中机体物质代谢的基本知识。3.理解运动中引起人体物质组成及酶的适应性变化。4.初步学会用物质代谢的知识理解与分析运动过程中人体机能的变化。1-新新陈陈代代谢谢是生物体生命活是生物体生命活动动的基本特征的基本特征物物质质代代谢谢能量代能量代谢谢合成代合成代谢谢分解代分解代谢谢2-组组成人体的成人体的化学物化学物质质共有共有种糖、脂质、蛋白质、核酸、维生素、水和无机盐第一第一节节 运运动动人体的物人体的物质组质组成成3-微微量量元元素素：Fe、Zn、Cu、Mg等等多种多种。元素元素组组成：成：C C、H H、O O、N N生生命命的的化化学学物物质质分子分子糖糖类类脂脂类类蛋白蛋白质质核酸核酸维维生素生素激素激素水水无机无机盐盐有机有机无机无机生生命命大大分分子子大大分分子子小小分分子子4-1.根据分子结构特点分 有机分子有机分子:糖糖质质、脂、脂质质、蛋白、蛋白质质、核酸、核酸、维维生素生素 无机分子：水、无机无机分子：水、无机盐盐 2.根据代谢过程中的能量变化情况分 能源物能源物质质：糖：糖质质、脂、脂质质、蛋白蛋白质质 非能源物非能源物质质：水、无机：水、无机盐盐 核酸、核酸、维维生素生素5-6-人体物人体物质组质组成的含量与功能成的含量与功能 7-二、运二、运动对动对人体化学物人体化学物质质的影响的影响2.2.运运动时动时人体内物人体内物质质化学反化学反应应加快加快3.3.运运动动影响体内的影响体内的调节调节物物质质1.1.运运动对动对人体内物人体内物质组质组成的影响成的影响8-第二第二节节 物物质质代代谢谢的催化的催化剂剂酶酶(EnzymeEnzyme)神神经经氨酸氨酸酶酶带带状状图图 一、概述一、概述（二）（二）酶酶的化学的化学组组成成（一）（一）酶酶的概念的概念9-（一）（一）酶酶的概念的概念 酶是生物细胞所产生的具有催化功能的蛋白质。已发现4000多种酶。与酶相关的几个概念：酶促反应，底物，产物，酶活性E+SE+P（底物）（底物）（产产物）物）酶酶 促促 反反 应应（反（反（反（反应应应应速度）速度）速度）速度）10-(二）酶的化学组成酶酶研究的研究的发发展史展史(1)(1)酶酶是蛋白是蛋白质质:1926 1926年年,James Summer,James Summer由刀豆制出由刀豆制出脲脲酶酶结结晶确立晶确立酶酶是蛋白是蛋白质质的的观观念，其具有蛋白念，其具有蛋白质质的一切性的一切性质质。(2)(2)核核酶酶的的发现发现：1981 198119821982年，年，Thomas R.CechThomas R.Cech实验发现实验发现有催化活性的天有催化活性的天然然RNARibozymeRNARibozyme。L19 RNA L19 RNA和核糖核酸和核糖核酸酶酶P P的的RNARNA组组分具有分具有酶酶活性是两个最著活性是两个最著名的例子。名的例子。1955 1955年，年，发现发现DNADNA的催化活性。的催化活性。(3)(3)抗体抗体酶酶（abzymeabzyme）：）：1986 1986年，年，Richard LerrurRichard Lerrur和和Peter SchaltzPeter Schaltz运用运用单单克隆抗克隆抗体技体技术术制制备备了具有了具有酶酶活性的抗体（活性的抗体（catalytic antibodycatalytic antibody）。）。11-二、二、酶酶的化学的化学组组成成酶酶C、HO、N结结合合酶酶单纯单纯 酶酶元素元素组组成成分分子子组组成成12-1 1、单纯单纯蛋白蛋白酶酶 单纯单纯酶酶仅仅由蛋白由蛋白质质所构成。其催化活所构成。其催化活性由蛋白性由蛋白质结质结构所决定。人体大多数水解构所决定。人体大多数水解酶酶类类都属于都属于单纯单纯酶酶，例如蛋白，例如蛋白酶酶、淀粉、淀粉酶酶、脂肪脂肪酶酶、核糖核酸、核糖核酸酶酶等。等。13-2 2、结结合蛋白合蛋白酶酶 结结合合酶酶除蛋白除蛋白质质部分外，部分外，还还有非蛋有非蛋白白质质部分（即部分（即辅辅助因子）助因子）酶酶蛋白蛋白+辅辅助因子助因子=全全酶酶（具有活性）（具有活性）可以是金属离子，可以是金属离子，也可以是也可以是辅辅酶酶（或（或辅辅基）基）由非共价由非共价键连键连接几种不同的接几种不同的酶酶形成，形成，如丙如丙酮酮酸脱酸脱氢氢酶酶复合体复合体3 3、多、多酶酶复合体：复合体：14-表表表表2-1 2-1 2-1 2-1 金属金属金属金属酶酶酶酶及其功能及其功能及其功能及其功能表表表表2-22-2某些某些某些某些辅辅辅辅酶酶酶酶及其及其及其及其组组组组分的分的分的分的维维维维生素与生理功能生素与生理功能生素与生理功能生素与生理功能15-酶酶定量定量测测定：活性定：活性单单位表示位表示一个一个酶酶单单位：在位：在酶酶作用的最适合条件下，作用的最适合条件下，25C25C，1 1分分钟钟内催化内催化1.01.0微摩微摩尔尔底物底物发发生生变变化化的的酶酶量。量。二、二、酶酶催化反催化反应应的特点的特点酶酶活性：活性：酶酶催化底物反催化底物反应应的能力即的能力即为为酶酶活性活性酶酶活性的大小：活性的大小：酶酶催化底物消失量或催化底物消失量或产产物物的生成量。的生成量。16-二、二、酶酶促反促反应应特点特点1 1 1 1、不、不、不、不稳稳稳稳定性定性定性定性2 2 2 2、高、高、高、高效性效性效性效性3 3 3 3、特、特、特、特异性异性异性异性酶酶是蛋白是蛋白质质，结结构易受各种理化构易受各种理化条件的影响，体温条件的影响，体温变变化和失水使化和失水使体内体内环环境离子境离子浓浓度、酸碱度改度、酸碱度改变变，各种代各种代谢谢基基质质或或产产物改物改变变都可以都可以对对酶酶活性活性发发生影响，如肌肉生影响，如肌肉pHpH值值下降，可使糖无氧代下降，可使糖无氧代谢谢的关的关键键酶酶磷酸果糖激磷酸果糖激酶酶活性下降，甚至活性下降，甚至被抑制。被抑制。酶的催化效率极高，比普通化学催化剂催化能力要高10-100亿倍，在运动时，代谢过程的速率更高，比平常要高几十甚至上千倍，可见酶活性的大小和运动能力关系十分密切。一般一般酶酶只能催化一种底物，或同一只能催化一种底物，或同一类类型的化学型的化学键键。如淀粉如淀粉酶酶只能分解淀粉，脂肪只能分解淀粉，脂肪酶酶只能分解只能分解脂肪。脂肪。酶酶的的这这种特性，使其种特性，使其对对不同不同专项专项代代谢谢机机能能训练训练的适的适应应不同，不同，酶酶产产生生专门专门的适的适应应，因此，因此，训练训练要求要有要求要有针对针对性，如力量、速度与性，如力量、速度与ATP酶酶、CK的活性关系最的活性关系最为为密切；耐力密切；耐力则则和和柠柠檬酸合檬酸合成成酶酶、琥珀酸脱、琥珀酸脱氢氢酶酶以及以及细细胞色素氧化胞色素氧化酶酶的活的活性关系最大。性关系最大。17-4 4、可、可调调控性控性酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。催化能力催化能力较较弱，弱，对对整个代整个代谢过谢过程的反程的反应应速度起限速控制作用的速度起限速控制作用的酶酶称限速称限速酶酶。如磷酸果糖激如磷酸果糖激酶酶是糖酵解是糖酵解过过程的限速程的限速酶酶限速限速酶酶：18-三、影响酶促反应速度的因素(一一)底物底物浓浓度与度与酶酶浓浓度度对对反反应应速度的影响速度的影响酶酶促促反反应应速速率率酶酶的的浓浓度度酶酶促促反反应应速速率率底物底物浓浓度度酶酶量一定量一定19-（二）（二）PHPH对对反反应应速度的影响速度的影响在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH。20-n一方面是温度升高一方面是温度升高,酶酶促反促反应应速度加快。速度加快。n另一方面另一方面,温度升高温度升高,酶酶的高的高级结级结构将构将发发生生 变变化或化或变变性，性，导导致致酶酶 活性降低甚至活性降低甚至丧丧失。失。n因此大多数因此大多数酶酶都有一都有一 个最适温度。个最适温度。在最在最适适 温度条件下温度条件下,反反应应速度最大。速度最大。（三）温度对反应速度的影响最适温度最适温度21-（四）激活（四）激活剂剂与抑制与抑制剂对剂对反反应应速度的影响速度的影响 凡能提高酶活性的物质都称为激活剂，它对酶的作用具有一定的选择性，即一种激活剂对某种酶起激活作用，而对另一种酶可能起抑制作用。22-四、运动与酶适应（一）酶催化能力的适应 有效的运动训练可以使机体对酶的调控能力增 强，酶更容易被激活。（二）酶含量的适应 运动训练可促进蛋白质合成，使酶含量适应性增多 23-有氧和无氧有氧和无氧训练训练中肌肉中肌肉酶酶浓浓度的度的变变化（化（mmol/g/min)mmol/g/min)*：与未：与未训练组训练组比比较显较显著不同著不同24-五、运动与血清酶 血清功能性血清功能性酶酶：脂蛋白脂肪：脂蛋白脂肪酶酶、凝血、凝血酶酶等。等。1.1.血清血清酶酶 非功能性非功能性酶酶：GPTGPT、GOTGOT、CKCK、ALDALD等。等。一般所一般所讲讲的血清的血清酶酶是指血清非功能性是指血清非功能性酶酶。25-2 2、运、运动动与血清与血清酶酶正常情况，人体正常情况，人体组织组织有少量有少量酶酶逸出，血清逸出，血清酶酶的活性的活性相相对稳对稳定。当身体的机能状定。当身体的机能状态态急急剧剧改改变时变时，血清，血清酶酶的活性升高。运的活性升高。运动时动时血清血清酶酶活性的影响因素主要有：活性的影响因素主要有：运动强度训练水平运动时间运动方式环 境血清酶26-3 3、运、运动动性血清性血清酶酶活性升高机制活性升高机制 肌肌细细胞膜胞膜细细微微损伤损伤或通透性增加。主或通透性增加。主要原因有：要原因有：（1 1）、运）、运动时动时肌肉收肌肉收缩缩的机械性的机械性牵牵拉拉（2 2）、内）、内环环境境变变化：如化：如pHpH下降，血糖降低等下降，血糖降低等（4 4）、）、细细胞膜胞膜ATPATP亏亏缺、自由基缺、自由基损伤损伤（3 3）、肌）、肌细细胞炎症反胞炎症反应应27-第三节 运动时物质代谢运运动时动时人体的代人体的代谢谢特点特点:1.1.物物质质代代谢谢相互相互联联系的系的整体性整体性；2.2.严严格精格精细细的代的代谢调谢调控；控；3.3.运运动过动过程不同程不同阶阶段物段物质质代代谢谢的的侧侧重性重性；4.4.能量生成形式的能量生成形式的同一性同一性28-一、糖代谢人体中的糖的最终来源自然界的绿色植物29-糖代谢30-二、脂代谢31-三、蛋白质代谢32-四、水代谢存在形式存在形式 游离水：游离水：约约占占95%95%细细胞中水胞中水 结结合水：合水：约约占占4-5%4-5%。33-水的来源和去路水的来源和去路 （动态动态平衡）平衡）饮饮饮饮 水水水水 （1200 1200）食食食食 物物物物 （1000 1000）代代代代谢谢谢谢水水水水（300 300）肾脏肾脏肾脏肾脏排尿排尿排尿排尿（1500 1500）皮肤蒸皮肤蒸皮肤蒸皮肤蒸发发发发（500 500）肺肺肺肺 呼呼呼呼 出出出出（350 350）粪粪粪粪便排出便排出便排出便排出（150 150）人人体体内内的的水水食食物物饮饮料料代代谢谢多多少少34-五、无机盐代谢35-（一）无机（一）无机盐盐的分的分类类36-维生素的命名和分类分分类类水溶性水溶性维维生素生素 B族族维维生素、生素、维维生素生素C脂溶性脂溶性维维生素生素 维维生素生素A、D、E、K(water-soluble vitamin)(fat-soluble vitamin)六、维生素代谢37-二、与运动关系密切的维生素 缺乏时引起运动时乳酸堆积增加，使机体容易疲劳并可能影响心脏的功能。当充足时，可促进运动时糖原有氧代谢，提高运动速度耐力和耐力；加速运动后血乳酸消除 缺乏时，直接影响骨骼肌有氧供能能力，引起肌收缩无力，耐久力下降 与运动员有氧和无氧耐力有关；在运动后参与合成代谢，与恢复能力有关与运动能力特别是力量素质有关不足时，白细胞的吞噬功能下降。对提高耐力、消除疲劳和促进创伤愈合有作用。缺乏时，肾上腺皮质发生萎缩和性功能紊乱，对视力集中要求高的运动项目运动能力影响较大与运动员肌肉耐力有关38-脂溶性脂溶性维维生素的活性形式及主要生化作用、缺乏病生素的活性形式及主要生化作用、缺乏病39-40-第四节 运动时机体的能量代谢41-一、腺苷三磷酸ATP(一）ATP的分子结构和生物功能1.ATP是生命活动的直接能源2.合成磷酸肌酸和其他高能 磷酸化合物42-（二）肌肉活动时ATP代谢1.1.肌肉活肌肉活动时动时ATPATP的利用的利用ATPADPPi高高能能磷磷酸酸化化和物合物和物合物糖无氧酵解糖无氧酵解有氧代有氧代谢谢CP+ADP CK ATP+CADP+ADP MK ATP+AMP+ATP酶 H2O 能量能量43-2.ATP的再合成方式二方式二方式一方式一CP+ADPATP+CCK44-（一）概述1.生物氧化概念 有机物在生物体内的氧化包括物有机物在生物体内的氧化包括物质质分解分解和和产产能：能：呼吸作用呼吸作用O2CO2+H2O二、二、生物氧化生物氧化45-2.生物氧化的一般生物氧化的一般过过程程 第一第一阶阶段：糖、脂肪和蛋白段：糖、脂肪和蛋白质经过质经过分解代分解代谢谢生成乙生成乙酰辅酰辅酶酶A A；第二第二阶阶段：乙段：乙酰辅酰辅酶酶A A进进入三入三羧羧酸循酸循环环多次脱多次脱氢氢，使，使NAD+NAD+和和FADFAD还还原成原成NADH+H+NADH+H+和和FADH2FADH2，生成二氧化碳；，生成二氧化碳；第三第三阶阶段：段：NADH+H+NADH+H+和和FADH2FADH2中的中的氢经氢经呼吸呼吸链链将将电电子子传递给传递给氧生成水，氧化氧生成水，氧化过过程中程中释释放出来的能量用于放出来的能量用于ATPATP的合成。的合成。46-3.生物氧化发生部位线线 粒粒 体体47-48-4.生物氧化的特点：(1)(1)(1)(1)物物物物质质质质的氧化方式主要是脱的氧化方式主要是脱的氧化方式主要是脱的氧化方式主要是脱氢氢氢氢；(2)(2)(2)(2)在在在在细细细细胞内胞内胞内胞内37373737及近中性水及近中性水及近中性水及近中性水环环环环境中，通境中，通境中，通境中，通过过过过酶酶酶酶的催化作用逐步的催化作用逐步的催化作用逐步的催化作用逐步进进进进行；行；行；行；(3)(3)(3)(3)物物物物质质质质中的能量逐步中的能量逐步中的能量逐步中的能量逐步释释释释放，放，放，放，ATPATPATPATP生成效率高；生成效率高；生成效率高；生成效率高；(4)(4)(4)(4)生物氧化中生成的水由物生物氧化中生成的水由物生物氧化中生成的水由物生物氧化中生成的水由物质质质质脱下的脱下的脱下的脱下的氢氢氢氢与氧与氧与氧与氧结结结结合合合合产产产产生；二氧生；二氧生；二氧生；二氧化碳由有机酸脱化碳由有机酸脱化碳由有机酸脱化碳由有机酸脱羧产羧产羧产羧产生。生。生。生。(5)(5)(5)(5)生物氧化是一个生物氧化是一个生物氧化是一个生物氧化是一个分步分步分步分步进进进进行的行的行的行的过过过过程。每一步都由特殊的程。每一步都由特殊的程。每一步都由特殊的程。每一步都由特殊的酶酶酶酶催催催催化，每一步反化，每一步反化，每一步反化，每一步反应应应应的的的的产产产产物都可以分离出来。物都可以分离出来。物都可以分离出来。物都可以分离出来。这这这这种逐步种逐步种逐步种逐步进进进进行的行的行的行的反反反反应应应应模式有利于在温和的条件下模式有利于在温和的条件下模式有利于在温和的条件下模式有利于在温和的条件下释释释释放能量，提高能量利用放能量，提高能量利用放能量，提高能量利用放能量，提高能量利用率。率。率。率。(6)(6)(6)(6)生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化释释释释放的能量，通放的能量，通放的能量，通放的能量，通过过过过与与与与ATPATPATPATP合成相偶合成相偶合成相偶合成相偶联联联联，转换转换转换转换成生成生成生成生物体能物体能物体能物体能够够够够直接利用的生物能直接利用的生物能直接利用的生物能直接利用的生物能ATPATPATPATP。49-(1)概念及位置n呼吸呼吸链链又叫又叫电电子子传递传递体系或体系或电电子子传递链传递链，它是代，它是代谢谢物上的物上的氢氢原子被脱原子被脱氢氢酶酶激活脱落后，激活脱落后，经过经过一系一系列的列的传递传递体，最后体，最后传递给传递给被激活的氧原子，而生被激活的氧原子，而生成水的全部体系。在真核生物成水的全部体系。在真核生物细细胞内，它位于胞内，它位于线线粒体内膜上，原核生物中，它位于粒体内膜上，原核生物中，它位于细细胞膜上。胞膜上。(二二)呼吸呼吸链链respiratory chainrespiratory chain(电电子子传递链传递链 electron transport chain)electron transport chain)50-线线粒体呼吸粒体呼吸链链51-两条主要的呼吸两条主要的呼吸链链52-组组成及其排列成及其排列顺顺序序 呼吸呼吸链链由由许许多个多个组组分分组组成，参加呼吸成，参加呼吸链链的氧的氧化化还还原原酶酶有烟有烟酰酰胺脱胺脱氢氢酶酶类类、黄素脱、黄素脱氢氢酶酶类类、铁铁硫蛋白硫蛋白类类、细细胞色素胞色素类类、辅辅酶酶Q Q类类等。等。53-54-n底物水平磷酸化底物水平磷酸化是在被氧化的底物上是在被氧化的底物上发发生生磷酸化作用。即底物被氧化的磷酸化作用。即底物被氧化的过过程中，形程中，形成了某些高能磷酸化合物的中成了某些高能磷酸化合物的中间产间产物，通物，通过过酶酶的作用可使的作用可使ADPADP生成生成ATPATP。n氧化磷酸化氧化磷酸化是指当是指当电电子从子从NADHNADH或或FADHFADH2 2经过经过电电子子传递传递体系体系(呼吸呼吸链链)传递给传递给氧形成水氧形成水时时，同同时时伴有伴有ADPADP磷酸化磷酸化为为ATPATP的全的全过过程。通常程。通常所所说说的氧化磷酸化是指的氧化磷酸化是指电电子子传递传递体系磷酸体系磷酸化。化。（三）ATP的合成55-代谢物脱下的氢，经呼吸链氧化为水时所释放的能量，使ADP磷酸化生成ATP的偶联反应过程，称为氧化磷酸化。水的生成：水的生成：O2+4H+4e 2HO2FADH2呼吸呼吸链链NADH+H呼吸呼吸链链CO2的生成：脱的生成：脱羧羧ADP+Pi+能量能量 ATP56-底物水平磷酸化：*可合成可合成22ATP22ATP代代谢谢物脱物脱氢氢或脱或脱水引起分子内能水引起分子内能量重新分布，而量重新分布，而形成的高能磷酸形成的高能磷酸键转键转移移给给ADPADP生生成成ATPATP的方式，的方式，称称为为底物水平磷底物水平磷酸化。酸化。ADP+M P ATP概念：概念：57-58-三、二氧化碳的生成59-四、生物氧化的意义n1、生物氧化在生命活动中的意义 （1）能量逐渐释放，持续利用；（2）合成人体的直接能源 （3）产生热量，维持体温；n2、运动时生物氧化的意义60-