运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用,一 运动时物质代谢的相互联系,二 运动时物质代谢的调节,三 运动时骨骼肌的能量利用,一 运动时物质代谢的相互联系,三大能源物质氧化分解的共同规律：,乙酰辅酶,A,是三大能源物质分解代谢共同的,中间产物；,2.,三羧酸循环是三大能源物质分解代谢最终的,共同途径；,3.,三大能源物质氧化分解释放的能量均储存在,ATP,的高能磷酸键中。,三大能源物质间代谢的联系：通过中间代谢产物和共同,的代谢途径联系，可相互转化。,6-Pi-G,1-Pi-G+UTP,UDPG,（,G,供体）,+,糖原引物,糖原,6-Pi-G,6-Pi-F,1,6-2Pi-F,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,（线粒体）,乳酸（,2ATP,）,乙酰辅酶,A,TAC,（,212ATP,）,6H,2,O+6CO,2,+38ATP,FA,、非必须,aa,等,G,-ATP,-ATP,-ATP,22ATP+2NADH,LDH,丙酮酸脱氢酶,2NADH,+,草酰乙酸,激酶,激酶,葡萄糖的代谢,脂代谢：,脂肪,合成代谢,（脂肪细胞）,分解代谢：脂肪细胞内的称为脂肪动员,G,磷酸二羟丙酮,a-Pi-,甘油,FA,酯酰辅酶,A,脂肪,脂,肪,酶,甘油,（肝、肾）,FA,a-Pi-,甘油,磷酸二羟丙酮,G,（糖异生）,H,2,O+CO,2,+22ATP,活化、进入线粒体,乙酰辅酶,A,TAC,酮体,（肝脏）,B-,氧化,蛋白质代谢：,Pr,合成代谢,分解代谢,DNA mRNA Pr,分,解,为,氨,基,酸,脱氨基,脱羧基,联合脱氨基,嘌呤核苷酸循环,NH,3,a-,酮酸,胺（组胺、,5-,羟色胺等）,CO,2,尿素,H,2,O+CO,2,转录,翻译,糖、酮体,非必须氨基酸,鸟氨酸循环（肝脏）,丙酮酸,乙酰辅酶,A,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,乙酰辅酶,A,进入三羧酸循环（线粒体）,CoA,柠檬酸,FADH,2,苹果酸,2,TCA,CO,2,NAD,+,柠檬,酸,NAD,+,NADH+H,+,GDP,GTP,琥珀酸,酮戊二酸,FAD,NAD,+,NADH+H,+,草酰乙酸,NADH+H,+,CO,2,脂酰辅酶,A,的,氧化,脂肪酰辅酶,A,的氧化过程发生在脂肪酰基的,-,碳原子上，最终将,-,碳原子氧化成一个新的羧基，故称,-,氧化。,每一次,-,氧化包括：,脱氢、水化、再脱氢、硫解四步。,氨基酸的联合脱氨基作用,联合脱氨基作用包括转氨基作用和氧化脱氨基本作用两个,阶段。,转氨基作用,脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环是在骨骼肌、心肌普遍存在的脱氨基方式。,2NH,3,+CO,2,+3ATP+3H,2,O,CO(NH,2,)2+2ADP+AMP+2Pi+PPi,鸟氨酸循环,肝脏,每次循环有两个氨基和一个二氧化碳结合生成尿素。,二 运动时物质代谢的调节,机体的物质代谢是在一定的调节机制下实现的：,细胞水平：通过某些物质浓度的变化调节酶活性；,器官水平：内分泌器官分泌的激素调节，改变代谢,物的浓度，改变酶的活性；,整体水平：神经系统的调节，既可通过内分泌调节,也可直接调节组织细胞的代谢。,器官水平和整体水平通过细胞水平发挥作用的。,（一）运动时无氧代谢的调节,1,骨骼肌磷酸原代谢的调节,CP+ADP Cr+ATP,2ADP ATP+AMP,AMP+H,2,O IMP+NH,4,CK,：,ATP,、,ADP,、,Pi,、,H ATP/ADP,都可激活,CK,。,MK,：,ADP,、,ATP/ADP,可激活,MK.,CK,MK,代谢调节的结果：,ATP,变化小，,CP,接近耗竭。,+,+,2,骨骼肌糖酵解代谢的调节,主要靠关键酶（,磷酸化酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶,及乳酸脱氢酶,等）的调节。,1,）磷酸化酶：,分解糖原的酶，有两种存在形式，磷酸,化酶,a(,高活性，少）和磷酸化酶,b(,低活性，多）。,提高磷酸化酶,b,活性的因素,:,无机磷酸盐,/1-Pi-G,、,Pi,、,5,-AMP,升高；,抑制磷酸化酶,b,活性的因素,：,ATP,、,ADP,和,6-Pi-G,；,促进,b,转变为,a,的因素,：,Ca2+,升高，肾上腺素。,代谢物,钙离子和肾上腺素,+,+,磷酸化酶激,酶,高活性磷酸化酶,b,低活性磷酸化酶,b,高活性磷酸化酶,a,糖原磷酸化酶活性的调节,2,）己糖激酶的调节,6-Pi-G,是其作用的产物，反过来抑制其活性。,3,）果糖磷酸激酶（糖酵解限速酶）的调节,提高,PFK,活性的因素,:AMP,、,ADP,、,6-Pi-F,和,Pi,、,PH,升,高、,NH4+,等；,抑制,PFK,活性的因素,：,ATP,、,CP,、柠檬酸和,PH,下降。,4,）乳酸脱氢酶的调节,LDH,1,：心肌型，慢肌纤维中活性较高，催化乳酸生成,丙酮酸，活性受丙酮酸抑制；,LDH,5,：骨骼肌型，快肌纤维中活性较高，催化丙酮酸,生成乳酸，活性不受丙酮酸和乳酸抑制。,（二）运动时有氧代谢的调节,运动时机体通过有氧代谢方式获得能量增加，有氧,代谢的调节主要受组织供氧量和可供肌肉利用的能,源物质含量的调节：运动强度较大时，氧的供应和,利用是主要影响因素；运动时间较长时，能源物质,的供应和利用是影响的主要因素。,首先，骨骼肌细胞,利用肌糖原,供能，运动时骨骼肌,细胞内的钙离子升高及血浆中肾上腺素升高可使磷,酸化酶活性增加，利于骨骼肌内糖原的分解。,当运动时间较长时，肌细胞内糖原含量减少开始摄,取和,利用血糖,，有利因素为：,1,）当细胞内钙离子浓度升高时，促进细胞膜对,G,的,转运；,2,）运动肌血流增加，血中胰岛素作用加强，促进,肌细胞吸收,G,；,3,）细胞内,G,利用加快有利于血糖进入到肌细胞内。,1,运动时糖利用的调节,肝葡萄糖的生成和利用：,运动使肝糖原分解和糖异生作用加强，加速肝脏释,放,G,入血。其调节机制为：,1,）运动时，儿茶酚胺和胰高血糖素既可以使肝糖原,分解加强，也可使糖异生作用加速；,2,）血糖浓度降低引起肝脏中,G,浓度下降，激活了磷,酸化酶的活性，抑制了糖原合酶的活性；,3,）当肝糖原储备减少，同时糖异生底物（甘油、乳,酸等）生成增加，加快了糖异生速率。,FA,是安静、低强度和中等强度运动中机体的主要,能源物质。,FA,主要来源于骨骼肌细胞和脂肪组织分,解释放入血两个途径。,影响,FA,利用的因素有：,1,）脂肪动员和脂解作用,调节脂肪酶活性的激素：,促进：儿茶酚胺、胰高血糖素、生长激素、糖皮质,激素等；,抑制：胰岛素。,除激素外，肌肉能量利用速率及脂解过程的反馈机,制也调控着,FA,的利用。,2,运动时脂肪酸利用的调节,2,）酮体对,FA,释放的调节,血浆脂肪酸浓度升高可使酮体生成增多，血中酮体,浓度升高可抑制脂解作用：通过胰岛素抑制脂肪动,员，直接削弱脂肪组织的脂解作用。,3,）甘油三酯和脂肪酸循环的反馈调节,脂肪组织中甘油三酯的分解和再合成同时发生，当,肌肉利用脂肪酸速率增大时，脂肪组织脂肪分解大,于合成，反之合成大于分解。（通过,FA,对脂肪酶的,抑制作用实现）,长时间运动中当血浆,FFA,增高时，骨骼肌更多地利,用,FA,氧化提供能量，抑制糖代谢的速率和糖的利用,其机制在于,:,1,）,FA,代谢生成的乙酰辅酶,A,及三羧酸循环中生成,的柠檬酸浓度升高抑制糖氧化中的关键酶：丙酮酸,脱氢酶；,2,）柠檬酸浓度增大会抑制,PFK,，使,6-Pi-G,升高，,进而抑制己糖激酶和磷酸化酶，导致血糖和肌糖原,利用减少。,3,糖和脂肪酸利用之间的调节,三 运动时骨骼肌的能量利用,ATP,是运动时肌肉收缩的直接能源，能量的释放和,利用是以,ATP,为中心的。,ATP,的再合成包括磷酸肌酸分解、糖酵解和有氧代,谢三条途径，前两个系统是不需氧的代谢过程，合,称为无氧代谢供能系统，三条供能途径在运动时相,互配合，保证了运动时骨骼肌能量释放与利用的连,续性。,（一）磷酸原供能系统,1,磷酸原供能系统的组成,磷酸原供能系统：包括,ATP,和,CP,CP,：是肌酸磷酸化的产物，肌酸由精氨酸、甘氨酸,甲硫氨酸合成，肌酸人体内共,120g,其中,95%,存在于,肌肉中，肌酸接受高能磷酸键合成磷酸肌酸。,CP,的功能：,1,）高能磷酸基团的储存库，当,ATP,供过于求时，高,能磷酸键转移给肌酸，合成,CP,。,ATP+Cr ADP +CP,C K,2,）组成肌酸,磷酸肌酸能量穿梭系统,CP,将线粒体内有氧代谢释放的部分能量转移到细胞,质内，即将能量从产能部位快速重组后转移到用能,部位，使,ATP,水解后可就地重新合成，有效保证了,ATP,水解与再合成的紧密偶联。,线粒体,CO,2,+H,2,O,代谢物,+O,2,+Pi,内膜 外膜,T,ADP,ATP,CK,C,CP,细胞质,CK,ADP+Pi,ATP,肌肉收缩过程,运动时骨骼肌磷酸原供能,1,）磷酸原供能系统的供能过程,运动时,ATP,的利用和转换速率加快，而,ATP,储量极,少，能维持最大运动强度,1s,，当,ATP,分解供能，,ADP,生成增多，激活,CK,，,CP,转变为,ATP,。,运动强度越大，骨骼肌对磷酸原的依赖性越大，极,限强度运动至力竭时，,CP,接近耗竭，此时,CP,是,ATP,再合成的主要途径；当运动强度降至,75%,VO,2,max,，至疲劳时，,CP,可降到原储量的,20%,左右,，此时糖酵解和有氧氧化参与供能，当运动强度进,一步降低，,CP,的消耗进一步减少，有氧代谢供能,成为提供能量的主要途径。,ADP,ATP,肌,酸,CP,P,P,机械能,渗透能,化学能,电 能,热 能,氧化磷酸化,底物水平磷酸化,ATP,的再生成和利用,2,）磷酸原供能系统的供能特点,a:,供能最早、最快（水解高能磷酸键供能）,最大输出功率可达,1.6-3.0mmol/kg,干肌,/,秒；,b:,不需氧的参与；,c:,可维持最大强度运动约,6-8,秒（储量有限）；,因此磷酸原供能系统成为短时间最大强度或最大用力的运,动中起主要供能作用，与速度和爆发力密切相关。,短跑、投掷和举重等项目的最佳能源。,3,）磷酸原供能系统对运动训练的适应,a:,运动训练能够提高,ATP,酶的活性，利于运动中对,ATP,的利用和再合成；,b:,速度训练可提高,CK,的活性，提高,ATP,的转换速率和,CP,的再合成；,c:,可使骨骼肌中,CP,的储量增加，延长磷酸原系统的供能,时间。,（二）糖酵解供能系统,糖酵解：糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸并合成,ATP,的过程。,1,糖酵解供能在肌肉活动中的作用,运动中当,CP,分解合成,ATP,时，糖酵解过程被激活，肌糖,原迅速分解，参与运动中能量供应。,糖酵解是在机体处于相对缺氧状态时能量的来源途径。,进行,1min,左右的较大强度运动中，糖酵解供能是主要的,能量来源。,2,运动中骨骼肌糖酵解供能的特点,a:,糖酵解能量输出功率较大：,1mmol/kg,干肌,/,秒；,b:,不需氧，产生乳酸；,c:,供能维持时间在,30s2min,左右。,糖酵解功能系统是速度耐力型运动项目的主要能量来源：,如,400,米，,800,米等。,（三）有氧代谢供能系统,有氧氧化：糖、脂肪和蛋白质在有氧条件下氧化生成水,和二氧化碳的反应。,1,糖、脂肪和蛋白质在有氧代谢供能中的作用,糖原：大强度运动,1-2h,时，糖是主要的能源物质；,脂肪：是安静、低中强度运动的主要能源物质，其储量,丰富，不受运动时间限制，氧化过程对糖有依赖性；供,能的比例随运动强度的增大而降低，随运动时间的延长,而增加。,蛋白质：蛋白质参与供能比例较小，一般供能占到热量,供应的,10-15%,，最多不超过,18%,。,2,有氧代谢供能系统的特点,a:,能量输出功率较其他两个系统低：糖有氧氧化能量输,出功率为糖酵解供能系统的,50%,，脂肪氧化的最大输出,功率为糖有氧氧化的,50%,；,b:,需氧，不产生乳酸；,c:,供能维持时间较长。,有氧氧化供能系统是长时间中低运动强度项目的主要能,量来源，如,1,万米，长距离游泳、自行车，竞走等。,（四）运动中三大供能系统的相互关系,三大供能系统在任何运动项目中都参与能量的供应，但,是运动强度和运动时间不同，各供能系统参与能量供应,的比例不同。其关系为：,1.,运动过程中肌肉可利用所有的能源物质，不存在单一,能源物质提供能量的情况，运动开始时由,CP,供能，后,根据运动的情况动用不同的能量系统；,2.,供能系统能量输出功率的顺序：磷酸原系统,糖酵解,系统,糖有氧氧化脂肪氧化，以近,50%,递减；,3.,各供能系统维持运动的时间不同：,磷酸原供能系统,68,秒，糖酵解系统,3060,秒，有氧氧化,供能时间较长，从,2,分钟以上到数小时不等；,4.,运动后能源物质的恢复及代谢产物的清除必须依靠有,氧代谢提供能量，有氧代谢是机能恢复的主要代谢方式。,总之，短时间大强度运动（,10,秒以内）基本靠,ATP-CP,提供能量，长时间中低强度运动以糖和脂肪的有氧氧化,为主，运动时间在,10,秒到几十秒的大强度运动靠糖酵解,提供能量。,运动时间与最大输出功率及能源系统,