《运动生物化学第二章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动生物化学第二章.ppt（86页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
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根、茎、叶果实所
2、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机化合物。,多糖,种类淀粉纤维素糖原,
3、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
4、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
5、,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
6、。,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
7、，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
8、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：,（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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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120-130克，脑生理活动所需能量的85-95%来自葡萄糖氧化。所以，脑组织对血糖浓度极为敏感。,（2）血糖是红细胞的唯一能源,成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧
14、氧化。进入红细胞的葡萄糖90-95%经糖酵解被利用，其余5-10%则通过糖的另一分解途径磷酸戊糖途径分解。循环系统红细胞每天利用约25克葡萄糖。,（3）血糖是运动肌的肌外能源物质,运动时骨骼肌不断吸收和利用血糖，这可使肌糖原的消耗减少，防止肌肉疲劳的过早发生。,(二)影响骨骼肌对血糖摄取和利用的因素,安静时，肌肉摄取和利用血糖的量不多；运动时，骨骼肌摄取和利用血糖增多，数量多少与下面因素有关。,1、运动强度,2、运动持续时间,3、肌糖原储量,1、运动强度,腿肌吸收血糖与运动强度、持续时间的关系（引自P.Felig等,1975),随着运动强度增大，肌肉吸收血糖量增多；其主要原因是肌肉血流量增加促
15、进了肌肉摄取和利用的血糖增多。最初几分钟运动腿肌吸收血糖量迅速增多，且随着运动时间延长保持上升趋势。,2、运动持续时间,强度不同，肌肉摄取血糖的高峰时间出现也不同。在持续3-4小时的60%和30%最大摄氧量强度运动中，可以发现，骨骼肌吸收血糖的时间之后，吸收血糖的速率逐渐下降，下降速率与腿肌动脉血糖浓度的降低呈平行关系。运动肌吸收血糖下降可能是肝糖原接近耗竭引起血糖水平下降的结果。,3、肌糖原储量,在正常的肌糖原贮量时，运动肌对血糖供能的依赖性较低，血糖供能只占总能耗的7%左右；而在低糖原的肌肉内，对肌外能源的依赖性较高，血糖供能可高达46%左右。,因此，肌糖原储备可使运动肌吸收和利用的血糖量
16、减少，有利于血糖维持正常水平或延迟血糖水平下降，对推迟运动性疲劳的发生有积极意义。,（三）运动时血糖浓度与运动能力,1、运动时血糖浓度的变化规律,2、血糖与运动能力的关系,1、运动时血糖浓度的变化规律,运动时，中枢神经系统吸收血糖的速率基本不变，对血糖需求剧增的组织主要是收缩肌。所以，血糖浓度反映肝脏与收缩肌之间的动态平衡。在不同时间的全力运动中血糖浓度变化特点如下：,2、血糖与运动能力,短时间激烈运动时，血糖在运动中的供能比例很小，只有1%。,长时间运动时，血糖对于保持或提高运动耐力起决定性的作用。因此，血糖可能成为长时间运动能力的限制因素之一，原因表现在：,1、中枢神经系统因血糖供能缺乏而
17、出现中枢疲劳,2、影响红细胞的能量代谢，供氧的运输能力下降；,3、运动肌外源性糖供应不足导致外周疲劳而使运动能力下降。,三、肝糖原释放葡萄糖与运动能力,肝脏葡萄糖生成和输出的重要性反映在耐力运动中，它与血糖水平的维持、中枢神经系统及肌肉的供能有关。肝糖原释放是由肝糖原降解及糖异生途径提供的。,（一）安静时肝葡萄糖释放,（二）运动时肝葡萄糖的释放,（三）膳食对肝糖原储备量的影响因素,（一）安静时肝葡萄糖释放,1、安静时肝糖原分解,正常进食后安静时，肝葡萄糖释放量较低，约为，其中肝脏分解速率0.54 mmol/min葡萄糖（占70%），其余由糖异生提供，只能满足大脑和依靠糖酵解供能的组织需要。,2
18、、安静时糖异生作用,体内非糖物质转化为葡萄糖和糖原的过程称为糖异生。安静时，糖异生作用生成的葡萄糖只占肝脏输出葡萄糖总量的25-30%。糖异生的底物有乳酸、丙酮酸、甘油和生糖氨基酸。,丙酮酸,草酰乙酸,某些氨基酸,磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,甘油,1，6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,（二）运动时肝葡萄糖的释放,1、运动时肝糖原分解,A、短时间大强度运动时，肝糖原分解速率大大提高（占90%），但由于运动持续时间短，肝糖原排空很少。,B、长时间大强度运动时，肝糖原分解占肝葡萄糖释放总量比例逐渐减少，而糖
19、异生生成的葡萄糖所占比例增大。当肝中储存糖原接近排空时，肝糖原分解减少到最低程度。,2、运动时糖异生作用,短时间大强度运动时，糖异生作用不明显。,长时间持续运动的前40分钟内，糖异生速率变化不大；,长时间中等强度运动中，糖异生作用加强，可提高40-45%；,当肝糖原趋于耗竭时，血糖的来源几乎全部为糖异生过程提供。,图3-13 肝脏释放葡萄糖和糖异生合成葡萄糖的比值,（三）膳食对肝糖原储备量的影响,肝糖原的储量受食糖含量的影响极大。,普通膳食后，肝糖原储量为270mmol/Kg肝重，总储量约为500mmol葡萄糖。,高糖膳食后，肝糖原储量可以提高至500mmol/Kg肝重，总储量约为800-90
20、0mmol葡萄糖。,低糖膳食后，肝糖原储量可以降低至12-73mmol/Kg肝重，总储量约为20-120mmol葡萄糖。,运动后恢复期摄取高糖膳食，能促进肝糖原的合成。,乳酸代谢与运动能力,安静状态下地肌乳酸与血乳酸的浓度肌乳酸与血乳酸之间的动态的平衡肌乳酸与血乳酸的浓度运动中乳酸浓度的变化乳酸穿梭运动时肌乳酸与血乳酸的浓度的变化乳酸阈及其在运动中的作用,第三节 乳酸代谢与运动能力,一、安静时乳酸的生成,二、运动时乳酸的生成,三、运动时和运动后乳酸的代谢,四、乳酸与运动能力的关系,一、安静时乳酸的生成,在安静条件下，还有一些组织和细胞，仍能进行糖无氧代谢以获得部分或大部分能量，故仍有乳酸的生成
21、。,大运动量训练后或比赛后，运动员的血乳酸安静值比平时高。,（一）安静时乳酸的生成,乳酸生成的化学本质是丙酮酸的还原，因此，肌细胞内乳酸生成量的多少取决于丙酮酸和NADH+H+的生成和氧化程度。,肌乳酸和以上组织、细胞生成的乳酸进入血液就成为血乳酸。其正常值为2mmol/L左右。,（二）血乳酸的正常值,二、运动时乳酸的生成,（一）肌乳酸与血乳酸,运动时，肌肉是乳酸生成最多的部位尤其是快收缩肌纤维b（酵解型），肌乳酸进入血液，即为血乳酸，因此，血乳酸浓度是乳酸生成与消除之间的平衡结果；激烈运动时，肌乳酸与血乳酸之间的浓度平衡大约是4-10分钟。,（二）运动时乳酸的生成,1、短时间极量运动时乳酸的
22、生成,2、亚极量运动时乳酸的生成,3、中、低强度运动时乳酸的生成,1、短时间极量运动时乳酸的生成,由于ATP-CP供能时间短，要维持最大功率运动的时间不到秒。在超过数秒的极量运动中，随着ATP、CP的消耗，细胞内ADP、AMP、磷酸和肌酸的含量逐渐增多，它们可激活糖原分解，使糖酵解速度大大加快，约在运动30-60秒达到最大速度，肌乳酸迅速增多，直至运动结束。,如在竭尽全力的自行车运动中，肌乳酸浓度可高达39mmol/Kg.wm。,2、亚极量运动时乳酸的生成,运动开始时,局部性缺血,暂时供氧不足,乳酸生成量增加,运动 5至10分钟,机体调节提高肌肉血液供应,机体获得稳态氧耗速率,糖酵解供能相应减
23、少,乳酸生成速率下降,氧化、糖异生,糖酵解供能相应增加,乳酸的生成主要是在运动开始时氧亏空期间和获得稳态氧耗速率以前。,3、中、低强度运动时乳酸的生成,在中、低强度运动开始时，肌内并不缺氧，而是氧的利用率不高，导致细胞质内丙酮酸和还原型辅酶I堆积，引起乳酸生成增多。,所以，在中、低强度运动开始时，乳酸的生成并非缺氧所致，而是循环系统处于提高过程和尚未建立稳态代谢时，糖酵解速率超过有氧代谢速率的结果。,三、运动时和运动后乳酸的代谢,乳酸生成主要在骨骼肌，但其消除可在骨骼肌、心肌和肝脏。,运动后乳酸消除速率大于生成速率，肌乳酸消失的半时反应约为9.5分钟；血乳酸消失的半时反应约为10-15分钟（受
24、休息方式影响），基本恢复在安静时水平约30分钟左右。且与训练水平有关。,（一）乳酸的透出及转移速率,乳酸主要以分子形式被动扩散入血液。扩散速率取决于肌细胞内和血液的H+浓度。,（二）乳酸代谢,人体内乳酸有三条代谢转换途径：,（1）在骨骼肌、心肌等组织内氧化成CO2和H2O,（2）在肝内经乳酸循环异生转变成葡萄糖和糖原,（3）在肝内合成脂肪、丙氨酸等,1、乳酸消除的基本途径,丙酮酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,葡萄糖,乳 酸 循 环,2、运动时乳酸代谢,运动过程中，工作肌内生成的乳酸约有半数以上在工作肌不同类型的肌纤维中进行重新分配。,IIb型快肌纤维中生成的乳酸,研究表明，运动后体内乳酸代谢分配比例为
25、：,氧化 55-70%,肝（肌）糖原 20%,蛋白质成分 5-10%,葡萄糖和乳酸 2%,其他（氨基酸、三羧酸循环的中间产物）10%,3、运动时和运动后乳酸消除的意义,（2）通过糖异生作用转变为葡萄糖，用以维持血糖水平和促进运动后肌糖原、肝糖原储量的恢复。,（3）肌乳酸不断释放入血液，可以改善肌细胞内环境，保持糖酵解的供能速率。,（1）提供骨骼肌、心肌细胞氧化的底物。,四、乳酸与运动能力的关系,（一）乳酸生成与运动能力,在速度耐力型项目中，运动时乳酸生成愈多，则说明糖酵解能力愈强，利于保持速度耐力，提高运动成绩。研究表明，短时间激烈运动时，最大乳酸水平与运动成绩密切相关。,（二）乳酸消除与运动能力,乳酸的消除主要取决于有氧代谢能力，故训练水平愈高，血乳酸的消除能力也愈强。,每分子乳酸彻底氧化可生成18分子ATP，乳酸作为重要的氧化基质，为肌肉提供了一定的能量。同时，提高乳酸转运速率可减少肌肉pH值的下降幅度，延缓疲劳的产生，保持糖酵解能力。,乳酸氧化,乳酸,NAD+,3ATP,3ATP,33+2+1=12ATP,2,TCA,运动后乳酸的代谢去路,乳酸的氧化乳酸的糖异生在肝脏合成其他物质,糖代谢与运动适应,运动训练与糖代谢的适应无氧代谢能力锻炼的适应性变化力量锻炼的糖代谢适应性变化速度、速度耐力锻炼的糖代谢的适应性变化有氧代谢能力锻炼糖代谢的适应性的变化肌糖原肝糖原血糖,
