第五章運動時骨骼肌的代謝調(diào)節(jié)與能量利用演示文稿

第五章運動時骨骼肌的代謝調(diào)節(jié)與能量利用演示文稿當前第1頁\共有61頁\編于星期五\22點第五章運動時骨骼肌的代謝調(diào)節(jié)與能量利用教學目標1.掌握運動時物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的基本方式、骨骼肌三大供能系統(tǒng)的供能特點和過程；2.熟悉運動時骨骼肌無氧代謝、有氧代謝調(diào)節(jié)的方式與基本規(guī)律；3.了解運動過程中物質(zhì)代謝的相互關系；4.學會應用能量代謝的理論，分析體育鍛煉與競技體育中不同運動狀態(tài)下能量供應的特點，進一步理解代謝能力、供能能力與運動能力的關系。

當前第2頁\共有61頁\編于星期五\22點第一節(jié)運動時物質(zhì)代謝的相互關系一、氧化分解的共同規(guī)律1.乙酰輔酶A是三大能源物質(zhì)分解代謝共同的中間代謝物2.三羧酸循環(huán)是三大能源物質(zhì)分解代謝最終的共同特點3.三大能源物質(zhì)氧化分解釋放的能量均儲存在ATP的高能磷酸鍵中當前第3頁\共有61頁\編于星期五\22點二、能量供應的相互關系當前第4頁\共有61頁\編于星期五\22點三、糖、脂肪和蛋白質(zhì)分解代謝關系當前第5頁\共有61頁\編于星期五\22點第二節(jié)運動時骨骼肌的能量利用當前第6頁\共有61頁\編于星期五\22點一、磷酸原供能系統(tǒng)（一）磷酸原供能系統(tǒng)的組成當前第7頁\共有61頁\編于星期五\22點CP的組成精氨酸甘氨酸鳥氨酸甲硫氨酸胍乙酸當前第8頁\共有61頁\編于星期五\22點CP的功能1、高能磷酸基團的儲存庫2、組成肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系統(tǒng)CCPATPADP+Pi線粒體內(nèi)膜外膜細胞質(zhì)當前第9頁\共有61頁\編于星期五\22點（二）運動時骨骼肌磷酸原供能CPC當前第10頁\共有61頁\編于星期五\22點磷酸原系統(tǒng)供能的特點：啟動運動開始時最早起動，最快利用，具有快速供能的特點。功率最大功率輸出。短時間極量運動時，磷酸原系統(tǒng)的最大輸出功率可達每千克干肌每秒1．6—3．0毫摩爾~P。持續(xù)時間可維持最大供能強度運動時間約6—8秒鐘。運動項目與速度、爆發(fā)力關系密切。短跑、投擲、跳躍、舉重及柔道等項目的運動。當前第11頁\共有61頁\編于星期五\22點二、糖酵解供能系統(tǒng)三、有氧代謝供能當前第12頁\共有61頁\編于星期五\22點啟動

全力運動30~60秒功率

每千克干肌每秒1毫摩爾持續(xù)時間

維持30秒到2分鐘以內(nèi)最大強度運動。實踐意義

速度、速度耐力項目；200—1500米跑、100—200米游泳，短距離速滑等項目；摔跤、柔道、拳擊、武術等。功率

低于其他兩個系統(tǒng)。持續(xù)時間

較長。糖：15-2小時、FFA不限時間。實踐意義

有氧代謝供能是數(shù)分鐘以上耐力性運動項目的基本供能系統(tǒng)，對速度和力量運動而言，提高有氧代謝能力，起著改善運動肌代謝環(huán)境和加速疲勞消除的作用。糖酵解供能系統(tǒng)有氧代謝供能系統(tǒng)當前第13頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第14頁\共有61頁\編于星期五\22點四、運動中三大供能系統(tǒng)的相互關系ATP-CP糖酵解有氧代謝總能量輸出當前第15頁\共有61頁\編于星期五\22點第三節(jié)

運動時物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)當前第16頁\共有61頁\編于星期五\22點概述一、代謝調(diào)節(jié)的意義使生物體內(nèi)的新陳代謝途徑相互銜接、相互制約、高度協(xié)調(diào)和有條不紊地進行，從而維持代謝平衡。這種高度協(xié)調(diào)是靠體內(nèi)一整套精確而有效的代謝調(diào)節(jié)機制來實現(xiàn)的。

當前第17頁\共有61頁\編于星期五\22點二、代謝調(diào)節(jié)的基本方式(一)細胞水平的調(diào)節(jié)

通過細胞內(nèi)某些物質(zhì)濃度的變化，使某些酶的活性或數(shù)量改變，從而調(diào)節(jié)代謝過程的速度。當前第18頁\共有61頁\編于星期五\22點(二)器官水平的調(diào)節(jié)

多細胞生物出現(xiàn)了內(nèi)分泌細胞之后，內(nèi)分泌細胞所分泌的激素對物質(zhì)代謝的控制成為器官水平調(diào)節(jié)的重要方式。激素作用于靶細胞和靶器官，改變其中代謝物濃度，或改變其中某些酶的催化能力或含量，從而調(diào)節(jié)代謝反應的速度。當前第19頁\共有61頁\編于星期五\22點(三)整體水平的調(diào)節(jié)

神經(jīng)系統(tǒng)可以釋放神經(jīng)遞質(zhì)以直接影響組織中的代謝，又能影響內(nèi)分泌腺的活動，改變激素分泌的速度，間接地對整體的代謝進行綜合調(diào)節(jié)。當前第20頁\共有61頁\編于星期五\22點運動時無氧代謝的調(diào)節(jié)當前第21頁\共有61頁\編于星期五\22點一、骨骼肌磷酸原的代謝調(diào)節(jié)

(一)ATP利用的調(diào)節(jié)運動時，受肌漿鈣離子激活，ATP水解速率大大加快，但ATP含量和ATP/ADP濃度比變化不大，這是因為ATP的利用過程總是和再合成過程密切偶聯(lián)在一起。

一旦ATP被利用，ADP濃度上升，導致ATP/ADP濃度比下降,這種變化可以靈敏地觸發(fā)代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)作出反應，以便激活代謝合成ATP，直到比值恢復到正常水平。當前第22頁\共有61頁\編于星期五\22點

由于ATP和ADP的化學結(jié)構相似，有關酶在催化反應時難以準確識別。在ATP或ADP對酶的競爭性結(jié)合中，特別當ATP／ADP濃度比明顯改變時，酶更難識別和區(qū)分它們。

調(diào)節(jié)機理當前第23頁\共有61頁\編于星期五\22點

以ATP作為底物的酶，受ADP抑制；以ADP作為底物的酶，受ATP抑制。當前第24頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第25頁\共有61頁\編于星期五\22點（二）CP利用的調(diào)節(jié)

運動時，ATP／ADP濃度比降低，立刻激活肌酸激酶，而安靜時，ATP／ADP濃度比升高，CK活性受抑制。

ADP+CPATP+C(肌酸)

其供能的調(diào)節(jié)意義在于最早快速利用，為代謝調(diào)節(jié)啟用糖酵解供能提供過渡時間。CK當前第26頁\共有61頁\編于星期五\22點(三)肌激酶反應的調(diào)節(jié)2ADPATP+AMPMK當前第27頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第28頁\共有61頁\編于星期五\22點二、骨骼肌糖酵解的調(diào)節(jié)

糖酵解速度在短時間內(nèi)的大幅度上升，主要是通過關鍵酶等調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的。當前第29頁\共有61頁\編于星期五\22點(一)磷酸化酶的調(diào)節(jié)在安靜時，骨骼肌中磷酸化酶大多以低活性的b型狀態(tài)存在，只有少量高活性的a型。運動時，磷酸化酶受Ca2+和激素調(diào)節(jié)。當前第30頁\共有61頁\編于星期五\22點1．代謝效應物對磷酸化酶的調(diào)節(jié)

磷酸化酶b容易受細胞內(nèi)各種代謝效應物濃度變化而改變活性。

無機磷酸鹽／l-磷酸葡萄糖比值升高，5’-AMP和無機磷酸的濃度升高均可激活磷酸化酶b。

6—磷酸葡萄糖、ATP、ADP是磷酸化酶b活性的抑制劑。當前第31頁\共有61頁\編于星期五\22點2．鈣離子對磷酸化酶活性的調(diào)節(jié)

鈣離子濃度升高，激活肌原纖維ATP酶，引起肌收縮和ATP水解，同時激活磷酸化酶b，引起磷酸化酶轉(zhuǎn)變成a，使糖原分解速度加快。肌細胞pH上升時，鈣離子對磷酸化酶激酶的激活作用增大。當前第32頁\共有61頁\編于星期五\22點3．激素對磷酸化酶的調(diào)節(jié)

磷酸化酶b轉(zhuǎn)變成a的過程受腎上腺素調(diào)節(jié)。腎上腺素使cAMP濃度增加，進而引起蛋白激酶激活，促使磷酸化酶b激酶活性增大。在磷酸化酶b激酶催化下，磷酸化酶b轉(zhuǎn)換成磷酸化酶a的速率加快。磷酸化酶a的增多使糖原分解速率迅速加快。當前第33頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第34頁\共有61頁\編于星期五\22點(二)己糖激酶的調(diào)節(jié)

6－磷酸葡萄糖是己糖激酶活性的抑制劑。在運動開始后，肌糖原迅速分解，產(chǎn)生6-磷酸葡萄糖并堆積，從而反饋抑制己糖激酶的活性，其結(jié)果限制了肌肉攝取和利用血液葡萄糖。約在運動后數(shù)分鐘，細胞內(nèi)6－磷酸葡萄糖堆積減少，致使己糖激酶的抑制被解除，骨骼肌開始大量攝取和利用血糖供能。當前第35頁\共有61頁\編于星期五\22點(三)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)

磷酸果糖激酶是糖酵解過程的關鍵限速酶。

ADP、AMP、NH4+、K+、無機磷酸鹽、6-磷酸果糖和pH值升高等是它的激活劑。抑制劑為ATP、CP、檸檬酸和pH降低等。當前第36頁\共有61頁\編于星期五\22點

當進行激烈運動時，肌肉ATP、CP濃度降低，AMP濃度上升，此時，如果NH4+和無機磷酸鹽濃度升高，就可激活磷酸果糖激酶，使糖酵解過程加快。隨運動時間延長(達1分鐘以上)，乳酸大量堆積，骨骼肌pH下降，又反過來抑制糖酵解，當肌肉pH降到時，磷酸果糖激酶的活性顯著降低，糖酵解過程顯著減弱。這種代謝調(diào)節(jié)機制對于防止機體過度酸血癥，起到了保護性抑制作用。當前第37頁\共有61頁\編于星期五\22點

當氧氣供應充足，線粒體中氧化磷酸化過程再合成ATP，能充分滿足運動肌群的能量消耗時，肌細胞中ATP、檸檬酸濃度升高，則磷酸果糖激酶的活性受抑制，避免過量代謝造成能量浪費。當前第38頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第39頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第40頁\共有61頁\編于星期五\22點(四)乳酸脫氫酶的調(diào)節(jié)LDH1(心肌型)和LDH5(骨骼肌型)。LDH1在慢肌纖維中活性相對高于快肌纖維，其主要功能是催化乳酸生成丙酮酸。當丙酮酸濃度高時，LDH1的活性受抑制。

LDH5在快肌纖維中的活性相對大于慢肌纖維，其主要功能是催化丙酮酸生成乳酸，LDH5活性不受丙酮酸和乳酸抑制。當前第41頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第42頁\共有61頁\編于星期五\22點

運動時有氧代謝的調(diào)節(jié)

有氧代謝的調(diào)節(jié)與糖酵解過程的調(diào)節(jié)不同，主要不是受代謝途徑中某些關鍵酶的調(diào)節(jié)，而是受組織供氧量和可供肌肉利用的能源物質(zhì)量的調(diào)節(jié)。一、氧的利用率氧氣是有氧代謝的先決條件，所以，有氧代謝運動受氧供應和氧利用速率的調(diào)節(jié)。當前第43頁\共有61頁\編于星期五\22點二、運動肌攝取和利用血糖的調(diào)節(jié)

運動時，血漿腎上腺素水平升高引起細胞內(nèi)cAMP濃度升高，使低活性的磷酸化酶b向高活性的磷酸化酶a轉(zhuǎn)換，使肌糖原的分解速率提高。在長時間運動期間，血漿胰島素水平明顯下降，這有利于發(fā)揮兒茶酚胺、胰高血糖素對肝糖原分解和脂解的激活作用，同時運動肌吸收血糖仍然增強。當前第44頁\共有61頁\編于星期五\22點

提高運動肌吸收血糖的原因(1)收縮引起肌漿Ca2＋濃度升高，引起膜對葡萄糖的轉(zhuǎn)運能力增大；

(2)運動肌內(nèi)血流量增大，向運動肌釋放的胰島素量增多，激活肌細胞吸收葡萄糖；

(3)由于肌細胞內(nèi)代謝途徑的調(diào)節(jié)，促使葡萄糖轉(zhuǎn)移進運動肌的絕對量增加，且不依賴血胰島素濃度。當前第45頁\共有61頁\編于星期五\22點

這種調(diào)節(jié)發(fā)生在肌糖原大量消耗引起細胞內(nèi)6－磷酸葡萄糖濃度下降時，ATP／ADP濃度比下降，葡萄糖磷酸化作用加強，血液葡萄糖向肌細胞轉(zhuǎn)運的速率加快，進而利用速率也加快。當前第46頁\共有61頁\編于星期五\22點三、肝葡萄糖生成和釋放的調(diào)節(jié)

在長時間運動前階段，肝糖原分解是葡萄糖的主要來源，但在運動后期，糖異生成為肝釋放葡萄糖的主要來源。運動肌吸收和利用血糖的速率加快時，要求肝內(nèi)糖原分解和糖異生的速率作出相應的改變。當前第47頁\共有61頁\編于星期五\22點

調(diào)節(jié)的生化基礎(1)激素調(diào)節(jié)肝葡萄糖的生成速率。兒茶酚胺和胰高血糖素(2)激活肝糖原磷酸化酶的活性，同時抑制糖原合成酶的活性。(3)糖異生的基質(zhì)濃度升高進一步激活糖異生的代謝速率。當前第48頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第49頁\共有61頁\編于星期五\22點四、脂肪酸利用的調(diào)節(jié)

促進脂解作用的激素主要有腎上腺素、去甲腎上腺素、胰高血糖素、生長激素、糖皮質(zhì)激素等。腎上腺素、去甲腎上腺素的脂解調(diào)節(jié)作用是通過β－腎上腺素能起作用，并通過cAMP-蛋白激酶系統(tǒng)激活脂肪酶而實現(xiàn)的。生長激素能降低肌組織的甘油三脂含量并促進其氧化。當前第50頁\共有61頁\編于星期五\22點

胰島素具有抗脂解作用。胰島素的抗脂解作用是通過減少脂肪組織中cAMP含量實現(xiàn)的。運動時血漿胰島素濃度下將，使對脂解的抑制作用減弱。當前第51頁\共有61頁\編于星期五\22點當前第52頁\共有61頁\編于星期五\22點

血漿游離脂肪酸濃度超過2毫摩爾/升時，將形成微團、危害心血管系統(tǒng)。細胞內(nèi)高濃度脂肪酸將抑制許多酶的活性，并導致線粒體氧化磷酸化解偶聯(lián)。所以，限制血漿游離脂肪酸濃度過高，是一種有益的內(nèi)部防御機制。當前第53頁\共有61頁\編于星期五\22點

當脂肪酸動員速率低于利用速率時，血漿游離脂肪酸濃度便下降，其結(jié)果，肌肉對糖的利用加強，使糖儲備提前耗竭，促使疲勞提前發(fā)生。所以除激素對脂肪分解的調(diào)節(jié)外，還需由肌肉能量利用速率以及脂解過程的反饋調(diào)節(jié)，提供更精細的脂肪酸氧化調(diào)控機制。當前第54頁\共有61頁\編于星期五\22點(二)酮體的調(diào)節(jié)

血漿高酮體水平能促進胰腺分泌胰島素，胰島素具有強抗脂解作用，能夠降低脂肪酸動員；另外，酮體水平的升高也直接削弱脂肪組織的脂解作用。所以，酮體通過直接作用和促進胰島素分泌的間接作用降低脂解速率。當前第55頁\共有