运动时物质和能量代谢
《运动生物化学》第05章 运动时骨骼肌的能量代谢调节和利用
肌肉收缩时，Ca2+可调节磷酸化酶的活性。 Ca2+是骨骼肌兴奋收缩耦联的桥梁，当动作电位沿肌膜传递至三 联体时，引起肌质网释放大量的Ca2+，从而使肌浆内Ca2+浓度上升。
Ca2+ 浓度升高
激活
肌原纤维 ATP酶
（2）线粒体内生成的柠檬酸转移到细胞质内，其浓度增大也将抑制 果糖磷酸激酶活性，使糖酵解速率降低。糖酵解过程的抑制使葡萄糖-6磷酸浓度升高，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（图5-2-7）。
但是，任何果糖磷酸激酶的激活剂（如AMP、磷酸、6-果糖磷酸等） 浓度的升高，都会削弱柠檬酸对果糖磷酸激酶的抑制作用，使糖酵解加速。
Top
Intensity
• CP储量3％以下，ATP 储量大于安静值80％ • ATP合成途径主要为CP的分解，所以CP储量下降速度比ATP快得多
75%
Vo2max
60%
Vo2max
• CP储量可降低至20％左右，ATP储量略低于安静值 • ATP合成途径主要为糖酵解和糖有氧氧化供能，所以CP没有耗尽
促进肌细胞吸收葡萄糖。 ③ 因肌细胞内代谢途径的调节，葡萄糖转移进入运动肌
的绝对量增加，且不依赖血胰岛素浓度。
肝葡萄糖生成和释放调节机制：
（1） 运 动 时
儿茶酚胺和胰高血糖素分泌增多 肝糖原分解成葡萄糖增多 加速糖异生 调节肝葡萄糖的生成速率
肝葡萄糖生成和释放调节机制：
图 5-2-4 血糖浓度对肝葡萄糖释放的调节 注：1.糖原合成酶；2.糖原磷酸化酶；3.UDPG尿苷二磷酸葡萄糖
3．三酰甘油和脂肪酸循环的反馈调节
运动生理学——第六章 物质和能量代谢
二．脂类代谢：脂类是脂肪和类 脂的总称．
脂肪（又称为真脂）是１分子甘油和３ 分子脂肪酸所形成的甘油三酯．类脂是一 类在某些理化性质上与脂肪很相似的物质， 包括磷脂，糖脂，胆固醇等．
（一）脂类的生理功用
１.是储存能量和供给能量的重要 物质．１克脂肪在体内完全氧化时 放出能量为９千卡，比同重量的糖 和蛋白质产热量大，另外脂肪含水 量极少，而糖元和蛋白质含水量多 多脂肪所占体积远较糖元和蛋白质 小，因此脂肪是贮存能量的最好形 式．
２.磷脂和胆固醇是构成组织细胞的必要 的结构成分
３.合成某些物质：如胆固醇是体内合成 胃上腺皮质激素，性激素，胆汁酸盐和维 生素D的原料
４.脂肪是脂溶性维生素的溶剂：食物中 的脂溶性维生素，如维生素ＡＤＥＫ等可 溶于食物油脂中，并随同油脂一起在肠道 被吸收阶段．
（二）脂肪的氧化作用
人体的脂肪大部分储存于皮下、肠系膜、 大网膜、肾脏周围等脂肪组织中这些称 （脂库）
新陈代谢是生命的基本特征，新 陈代谢过程的顺利进行是正常生命活 动的必要条件．如果新陈代谢发生障 碍，必将影响正常的生命活动而造成 疾病，新陈代谢一旦停止，生命也随 之结束．
第一节 物质代谢
一、糖代谢 （一）糖的生理功能 Ａ.是供给人体所需的能量（一般情况
下人体所需能量大约７０％来源于糖 的氧化） Ｂ.糖是构成组织器官的重要成分之一 （核糖和脱氧核糖是细胞中核酸的组 织成分）
１.甘油的氧化利用：Ａ．在肝脏中甘油 可转变成磷酸丙糖，经糖的有氧氧化途径 参加三羧循环，氧化释放能量 Ｂ．甘油 亦根据生理需要经糖元异生途径合成糖元 或葡萄糖．
２.脂肪酸的氧化：脂肪酸在 体内彻底氧化成二氧化碳和水 同时释放出大量能量的全过程．
三 蛋白质代谢
蛋白质是生命的物质基础，一切生命活 动都与蛋白质联系在一起．导师恩格斯他 在十九世纪七十年代时提出“生命是蛋白 体的存在方式”他这一科学的定义说明了 两个问题：Ａ．蛋白体是生命最重要的物 质基础Ｂ．蛋白体的新陈代谢是生命活动 的基本特征．
第四讲运动状态下的能量代谢
第四讲运动状态下的能量代谢第二节运动状态下的能量代谢一、人体急性运动时的能量代谢1、无氧代谢时的能量供应特点无氧练习分类以无氧供能占优势的练习，根据练习中无氧供能占的比例，又分为三类：1．极量强度的无氧练习在这类练习中无氧供能占总能需量的90—100％，其中主要是磷酸原系统供能，能量输出功率可达480kJ/min，最长运动时间仅几秒钟呼吸和循环系统功能达不到极限水平，包括100m跑、短距离赛场自行车赛，50m游泳和50m潜泳等。
2、近极量强度的无氧(混合的无氧强度)练习在这类练习中无氧供能占总能需量的75—85％，其中一部分靠磷酸原系统，大部分靠乳酸能系统供应，能量输出功率为200—400kJ．/min。
最长运动时间为20—30s。
另外，完成这类练习时，氧运输系统活动明显加强，练习到达终点时，心率可达最高值的80一90%，肺通气量可达最高值的50—60％，吸氧量可达V02max，：70—80％，乳酸浓度可升高到15mmol/L。
属于这类练习的项目有200—400m跑，lOOm游泳和500m速滑等。
3、亚极量强度的无氧(无氧有氧强度)练习在这类练习中，无氧供能占总能需量的60一70％，主要靠乳酸能系统供能，能量输出功率为160kJ/min，最长运动时间为1—2min。
运动后血乳酸高达20—25mm0l/L。
该练习到达终点时，氧运输系统功能可以接近或达到最大值。
属于这类练习的项目有800m跑，200m游泳，1000m和1500m速滑和lkm赛场自行车赛。
肌肉细胞首先在大约3秒钟内耗尽细胞周围浮游的ATP。
然后磷酸肌酸系统参与进来，供能8-10秒钟。
这是百米短跑选手或举重者所用的主要能量系统，这两种运动者需要迅速加速，运动所持续的时间很短。
如果运动持续更长时间，糖原-乳酸系统就参与进来。
短距离运动比如200米或400米以及100米游泳就是如此。
2、肌细胞中肌酸和CP的工作特点：磷酸肌酸在运动中的应用磷酸肌酸在运动中首先是作为能量供应的重要环节 ,其一是因为其分子中有一高能磷酸键也就是磷酸肌酸可作为高能磷酸基团的储存库,在必要时此高能磷酸基团可以转移。
运动生理学---第五章-物质与能量代谢PPT课件
三大能源系统及供能特点
磷酸原系统 （ATP-CP）
乳酸系统
无氧代谢
无氧代谢
有氧系统 有氧代谢
十分迅速
迅速
慢
化学能源：CP
食物能源：糖原
食物能源：糖原、 脂肪、蛋白质
ATP生成很少 肌肉存贮量少 高功率、短时间
ATP生成有限 乳酸致肌肉疲劳
用于1.~3分钟
ATP生成较多
无致疲劳副产品
ห้องสมุดไป่ตู้
耐力运动
31
运动过程中能源物质的动员
氮平衡：一天食物中摄取蛋白质的含氮量与当 天排泄物中的含氮量平衡
正氮平衡：儿童、孕妇、病后恢复、运动锻炼 过程中，蛋白质摄取量大于排泄量
负氮平衡：衰老、饥饿、营养不良、消耗性疾 病时，蛋白质摄取量小于排泄量
.
23
蛋白质代谢
蛋白质
氨基酸 合成代谢
组成蛋白质
分解代谢
血浆蛋白
丙酮酸 ＋ NH3
尿素
性的需要； 水解复杂的食物成分，使之便与吸收； 通过分泌粘液、抗体和大量液体，保护消化
道粘膜。
.
10
营养物质在消化道内各部位的消化
口腔：主要是咀嚼和少量唾液淀粉酶消化糖 类，分解成麦芽糖；
胃：机械和化学消化，胃液含盐酸，呈酸性， Ph值在0.9-1.5，胃蛋白酶。食物在胃中的 排空速度，糖类>蛋白质>脂肪。
溶液（35-40%），服用量为40-50克 长时间运动中饮用低浓度饮料，每次15-20克 一般补充人工合成的低聚糖（2-10个G）
.
19
(二)脂肪代谢
脂肪在体内的作用 含能量最多，最重要的供能物质 构成细胞 贮存体内：能量储备，保护器官、减少摩擦、
运动时物质和能量代谢
（二）ATP的生物学功能
1.生命活动的直接能源
ATP-ADP循环是人体内能量转换的基本方 式，维系着能量的释放、贮存与利用。
2.合成磷酸肌酸
3.参与构成一些重要辅酶 ATP是一些重要辅酶，如NADP、
NAD+、FAD、CoA的结构成分，参与细胞 内糖、脂、蛋白质与核酸等的代谢反应。
4.提供物质代谢时需要的能量 ATP作为磷酸的供体，参与糖、脂肪等
据报道，仅肌质网转运Ca2+所消耗的能量就 占肌肉收缩时总耗能的三分之一。
肌丝滑行原理
（二）ATP再合成途径
肌细胞中ATP含量十分有限（ATP为每千 克湿肌4．7~7．8毫摩尔），但消耗量相对较 大（例如，一个静卧状态的人，24小时内消耗 ATP约40千克。在剧烈活动时，ATP利用速率 可高达每分钟0．5千克） 。这一“供需”矛 盾通过ATP-ADP循环来解决。
由磷酸原（ATP、CP）分解反应组成的供能系统 称为磷酸原供能系统。
（一）磷酸肌酸的分子结构与功能
1.磷酸肌酸的分子结构
2．磷酸肌酸的功能
(1)高能磷酸基团的储存库
人体肌酸总量大约为120克，95%存在于肌 肉。
2．磷酸肌酸的功能
(2)组成肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系统
(二)运动时磷酸原供能
1.磷酸原系统供能过程 ATP是肌肉收缩时将化学能转变为机械能的
2.糖有氧氧化中ATP的生成量
反应阶段
部位 底物水平 氧化磷酸化 磷酸化
CH2 O P 3-磷酸甘油酸
(2)氧化磷酸化（线粒体）
代谢物脱下的氢，经呼吸链传递过程 逐级氧化，最后生成水，同时伴有能量的 释放，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称 为氧化磷酸化。
e- Ⅳ
人体运动时常见的生理变化和反应
人体运动时常见的生理变化和反应人体在体育运动过程中会发生一系列规律性的生理变化，认识这些生理变化的机制将使运动者更好地适应这些生理反应，从而提高人体各器官系统的机能水平.一、人体运动时常见的生理变化（一）能量供应方式人体运动时的直接能源是肌肉中的一种特殊高能磷酸化合物――三磷酸腺苷（ATP），它在酶的催化下，迅速分解为二磷酸腺苷(ADP）与磷酸(Pi）,同时释放出能量供肌肉收缩。
但是人体中的ATP 含量甚微，只能供极短时间消耗，因此肌肉要持续运动就需要及时补充ATP。
体内ATP的恢复是糖、脂肪、蛋白质等能量物质通过各种代谢途径来实现，补充的途径有磷酸肌酸(CP）分解、糖的无氧酵解及糖与脂肪的有氧代谢,生理学上称之为运动时的3个供能系统。
1、无氧代谢供能人体肌肉进行剧烈运动时，氧供应满足不了人体对氧的需求,肌肉即利用三磷酸腺苷（ATP)和磷酸肌酸（CP）的无氧分解释放能量，由于CP的分解能迅速将有量转移给ADP生成ATP且不需要氧，也不产生乳酸，因此也称这个磷酸原系统为非乳酸能系统。
但这个供能系统持续供级时间很短，全身肌肉中A TP-CP供能系统仅维持8～10s 左右的能量供应。
另一个无氧供能系统是动用肌糖元进行无氧酵解供能，由于在酵解中产生乳酸积累，故也把这个供能系统称为乳酸能供能系统.人体肌肉快速运动持续较长时间后（10s以上），磷酸原供有系统已不能及时提供能量供ATP的合成，这时就动用肌糖元进行无氧酵解供能.人体乳酸能供能系统的最长供能持续时间约为33s左右。
100m跑无氧代谢占98%以上，200m跑无氧代谢占90％～95%,有氧代谢仅占5％~10％，因此，短距离跑的项目应以提高无氧代谢能力为主。
无氧代谢练习中，发展磷酸原供能系统的供能能力最好采用每次10s以内的全速跑重复训练，中间间歇休息30s以上,如果间歇时间短于30s会使磷酸的供能系统恢复不足而产生乳酸积累。
发展乳酸能供能系统的能力最适宜的手段是全速（或接近全速)跑30～60s，间歇休息2～3min,以使血乳酸达到最高水平，来提高人体对高血乳酸的耐受力.人体安静时血乳酸浓度为4mmol/L，当运动强度加大使血乳酸上升至7。
运动生理学运动的能量代谢学习教案
1 2 3
合理营养补充
通过饮食和营养补剂调整能源物质摄入，增加体 内能源物质储备，提高运动耐力和爆发力。
有针对性训练
根据运动项目特点，制定有针对性的训练计划， 提高运动员相应能量代谢途径的供能能力和效率 。
科学恢复手段
运动后采用科学合理的恢复手段，促进能源物质 恢复和消除疲劳，保证运动员在比赛中保持良好 的竞技状态。
运动项目举例
100米冲刺、举重、跳高、跳远 等。
中等强度长时间运动
能量来源
主要依赖糖酵解系统和有氧氧化系统进行供能， 持续提供稳定的能量。
代谢特点
有氧代谢为主，乳酸堆积适中，运动后恢复相对 较慢。
运动项目举例
400米跑、游泳、自行车、长跑等。
不同项目间差异比较
供能系统差异
01
不同运动项目对三大供能系统的依赖程度不同，导致能量代谢
Байду номын сангаас 06
实验方法与技能培养
常用实验技术介绍
气体代谢分析技术
通过收集和分析运动过程中呼出的气体，了解能量代谢过程中氧 气消耗和二氧化碳产生的情况。
血液生化指标检测技术
通过采集和分析血液样本，了解运动过程中血糖、血脂、血乳酸等 生化指标的变化情况。
肌肉活检技术
通过取肌肉组织样本进行组织学、生物化学和分子生物学分析，了 解运动对肌肉结构和功能的影响。
运动生理学运动的能量代 谢学习教案
目录
• 课程介绍与目标 • 运动过程中能量代谢途径 • 不同运动项目能量代谢特点 • 能量代谢与运动表现关系 • 营养补充与能量代谢调控 • 实验方法与技能培养 • 课程总结与拓展延伸
01
课程介绍与目标
运动生理学概述
运动生理学
绪论运动生理学：是从人体运动的角度研究人体在体育运动的影响下机能活动变化的科学。
第一章运动的能量代谢1、生命活动能量的来源：糖类、脂肪、蛋白质。
2、机内活动时能量供应的三个系统及各自的特点：（1）、磷酸原系统：供能总量少，持续时间短，功率输出最快，不需要氧，不产生乳酸之类的中介产物。
主要供高功率的运动项目如：短跑、投掷、跳跃、举重等项目；（2）、乳酸能系统：功能总量教磷酸原系统多、短功率输出次之、不需要氧，物质—乳酸，主要供应的运动项目1分钟高输出项目如：400米、100米游泳等；（3）、有氧氧化系统：ATP生成总量很大，但速率很低需要氧的参与。
3、基础代谢：是指人体在基础状态下得能量代谢。
单位时间内的基础代谢称为基础代谢率。
4、对急性运动种能量代谢的一个误区是认为有氧代谢系统对运2动能量需求的反应相对较慢，因而在短时大强度运动运动时并不扮演重要的角色。
（判断）第二章肌肉活动1、肌肉的物理特性：伸展性、弹性、黏滞性。
2、准备活动的意义：肌肉的物理特性受温度的影响。
当肌肉温度升高时，肌肉的黏滞性下降，伸展性和弹性增强。
反之~~~，做好充分的准备活动使肌肉的温度升高能降低肌肉的黏滞性，提高肌肉的伸展性和弹性，从而有利于提高运动成绩。
3、骨骼肌的生理特性及兴奋条件：（1）、兴奋性和收缩性；（2）、a、一定的刺激强度；b、持续一定的时间；c、一定强度时间的变化率。
4、动作电位：当细胞膜受到有效刺激时，膜两侧电位极性即暂时迅速的倒转称为动作电位。
5、神经纤维传导兴奋的特点：（1）、生理完整性；（2）、双向传导性；（3）、不衰减性和相对疲劳性；（4）、绝缘性。
6、肌小节：两相邻Z线间的一段肌原纤维称为肌小节。
是肌肉细胞收缩的基本结构和功能单位。
肌小节=1/2明带+暗带+1/2明带。
7、肌肉的兴奋—收缩偶联：把以肌膜的电变化特征的兴奋过程和以肌纤维的机械变化为基础的收缩过程之间联系起来，这一中介过程称为肌肉的兴奋—收缩偶联。
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C6H12O6+6O2+38 C6H12O6+6O2——
H2O——
6H2O+6CO2
44H2O+6CO2
相同
反应条件 反应步骤
特殊（37度、近中 一般 性含水环境、由酶催 化）
繁多
简单
产物生成形式 能量释放形式
CO2（有机酸脱羧） CO2（碳直接与氧结合）
H2O（脱氢）
H2O（氢直接与氧结合）
NADH氧化呼吸链
3ATP
FADH2氧化呼吸链 2ATP
ATP
ATP
ATP
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
维生素B2系FMN、FAD的前体，运动 员缺乏时直接引起骨骼肌有氧代谢供氧能 力，引起肌收缩无力，耐久力下降。
维生素PP系NAD+的前体，与运动员 的有氧耐力和无氧耐力均有关，也是 NADP+的前体，与运动后合成恢复有关。
e- Ⅳ
胞液侧
Ⅰ NADH+H+
NAD+
e-
Q e-
Ⅱ e-
Ⅲ
延胡索酸
琥珀酸
e-
线粒体内膜
Ⅴ
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
3ATP
2ATP
ATP
ATP
ATP
P/O比值
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
氧化磷酸化形成ATP时，每消耗1摩 尔氧原子时所消耗的无机磷（原子）的 摩尔数。
前言
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物质代谢与能量代谢
生物体内所有的化学反应过程，统称 为物质代谢。
伴随物质代谢过程中的能量吸收、储 存、释放、转移与利用的过程，称为能量 代谢。
前言
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生物体的燃料与能源
糖、脂肪与蛋白质是细胞的三大化学燃料， ATP为通用的直接能源。
在线粒体内膜上，一系列递氢、递电子 体按一定顺序排列，构成的一条连锁反应 体系。由于此反应体系与细胞摄取氧的呼 吸过程有关，故又称为呼吸链。
Cytc
e- Ⅳ
胞液侧
e-
Q e-
e-
Ⅰ
Ⅱ e-
Ⅲ
Ⅴ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
线粒体内膜 基质侧
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
高能化合物种类很多。重要的高能化 合物有磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)、1， 3—二磷酸甘油酸（1，3-BPG）、磷酸肌 酸（CP）、琥珀酰辅酶A、 ATP、ADP 等。其中磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基转移 潜势最高。
二、生物氧化
3.生物氧化中CO2的生成 有机酸脱羧（-COOH)生成。
示例:
NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+
丙酮酸
乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶复合体
提要：
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
➢ 运动时，ATP是肌肉收缩的直接供能物质。并 且，ATP是能量代谢的核心物质。
➢ 生物氧化是三大营养物质在体内彻底氧化为水 与二氧化碳并释放能量的过程。能量释放是逐 步的、受到精密调控的。
ATP是肌肉收缩的直接能源物质。 一、ATP的分子组成与生物学功能 （一）ATP的分子组成与结构
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（一）概念
营养物质在生物体内氧化成水和二氧 化碳并释放能量的过程，称为生物氧化。
所释放能量的40%存储到ATP（化学能） 中， 60%以热能形式散发。
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
ADP+Pi
ATP
热能
反应式 （示例）
耗氧量、终产 物、释能量
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逐步释放，且有4成 突然释放，以热与光散发
可转化为化学能
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（二）生物氧化的途径 三大营养物质（糖原、脂肪、蛋白质）
生物氧化的共同规律： 可总结为三个阶段。
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1.生物氧化中水的生成
电子传递链（呼吸链）
➢ 生物氧化可分为三个阶段，乙酰CoA是三大营 养物质氧化的共有中间产物。三羧酸循环与氧 化磷酸化是三大营养物质彻底氧化时共有的途 径，也是能量释放最多的阶段。
➢ ATP的生成方式有二种，即底物水平磷酸化与 氧化磷酸化。以后者为主要方式。
➢ 电子传递链位于线粒体内膜，由多种酶与辅酶 组成，是氧化磷酸化的机构。有NADH氧化呼 吸链与琥珀酸氧化呼吸链二条。在线粒体内， 2H经二条呼吸链分别生成3ATP与2ATP。
多羟基醛、多羟基酮（糖）
甘油三酯（脂肪）
多肽链（蛋白质）
前言
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第四章
运动时物质代谢和能量代谢
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第一节 能量代谢
能量代谢的核心物质是ATP。 一、高能化合物
一般将水解时释放的标准自由能 高于20．92KJ／mol(5千卡／摩尔)的 化合物，称为高能化合物。
在线粒体中，NADH+H+的P/O比值为3、 FADH2的P/O比值为2。
故线粒体内的NADH+H+经氧化生成3 分而子线粒AT体P 、外F的ADNAHD2的H+经H+上氧化的生氢成进入2分线子粒A体TP。 内有二种方式：
NADH+H+
NADH+H+
NADH+H+
FADH2
资料仅供参考磷酸
甘油酸
ADP
ATP
磷酸甘油酸激酶
COOH C OH
CH2 O P 3-磷酸甘油酸
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(2)氧化磷酸化（线粒体）
代谢物脱下的氢，经呼吸链传递过程 逐级氧化，最后生成水，同时伴有能量的 释放，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称 为氧化磷酸化。
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第二节
三磷酸腺苷——ATP
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▪ ATP是人体内各种生命活动中最重要 的直接供能物质。
▪ ATP是生物体内能量贮存、利用和转 化的中心。
▪ 人体内ATP含量不多，但每日经 ATP/ADP相互转变的量相当可观。
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2.生物氧化中ATP的生成
(1)底物水平磷酸化（胞液） 直接由代谢物分子的高能磷酸键转移
给ADP生成ATP的方式，称为底物水平磷酸 化，简称底物磷酸化。
（1，3—二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式 丙酮酸、琥珀酰辅酶A）
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O=C O P