第七章细胞能量代谢
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第七章细胞的能量代谢
不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性 ◆工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成
ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙
◆ATP合成酶作用机制—Banding Change Mec荣ha获n1is9m97(年B诺oy贝er尔：化结学合奖变！化 和旋转催化机制——旋转催化假说 1979 ； Walker:牛心线粒体F1-ATP 酶的晶体结构 1994 )
电子传递链的四种复合物(哺乳类)
◆复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q； 泵出4 H+
◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体）
组成：含FAD辅基，2Fe-S中心，一个细胞色素b。
组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，
cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe
作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与 形成水
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。 ◆电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子 (能量转化)， 终止于O2形成水。
③NAD＋:治疗进行性肌肉萎缩症等
四、线粒体与疾病
克山病：心肌线粒体病，缺硒引起心肌损伤为主要病变的地方性心
肌病。硒对线粒体有稳定作用，缺硒导致线粒体膨胀、嵴少不完整，
对电子传递和氧化磷酸化偶联产生影响。
衰老：细胞内自由基的源泉，是决定细胞衰老的生物钟。95%氧
ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙
◆ATP合成酶作用机制—Banding Change Mec荣ha获n1is9m97(年B诺oy贝er尔：化结学合奖变！化 和旋转催化机制——旋转催化假说 1979 ； Walker:牛心线粒体F1-ATP 酶的晶体结构 1994 )
电子传递链的四种复合物(哺乳类)
◆复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q； 泵出4 H+
◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体）
组成：含FAD辅基，2Fe-S中心，一个细胞色素b。
组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，
cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe
作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与 形成水
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。 ◆电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子 (能量转化)， 终止于O2形成水。
③NAD＋:治疗进行性肌肉萎缩症等
四、线粒体与疾病
克山病：心肌线粒体病，缺硒引起心肌损伤为主要病变的地方性心
肌病。硒对线粒体有稳定作用，缺硒导致线粒体膨胀、嵴少不完整，
对电子传递和氧化磷酸化偶联产生影响。
衰老：细胞内自由基的源泉，是决定细胞衰老的生物钟。95%氧
《生理学》第七章能量代谢与体温
人体活动的主要能源物质。
糖是机体主要的供能物质。一般情况下，机体所需能量的50%～70%
糖
是由糖提供的。糖的消化产物葡萄糖被吸收入血后，可直接供细胞利用，
也可以肝糖原或肌糖原形式贮存于肝和肌肉中。肝糖原的主要作用是维持
血糖水平的稳定；肌糖原是骨骼肌活动时随时可以动用的能量储备。
1
脂肪 2
第一节 能量代谢
第一节 能量代谢
二、能量代谢的测定
第 10 页
（二）与能量代谢有关的几个概念
1．食物的热价 1 g食物氧化分解时所释放的热量，称为食物的热价。食物热价的单位为焦耳（J）或卡（cal）（1
cal＝4.187 J）。食物的热价分为物理热价和生物热价，前者指食物在体外完全燃烧时释放出的热量； 后者指食物在体内氧化时释放出的热量。糖和脂肪在体内、外氧化产物完全相同，故物理热价和生物热 价相等。蛋白质由于在体内不能被彻底氧化分解，有一部分以尿素的形式排出体外，故蛋白质的生物热 价小于物理热价（表7-1）。
第 14 页
（一）肌肉活动
肌肉活动对能量代谢的影响最显著。因为全身骨骼肌的重量约占体重的40%，所 以骨骼肌任何轻微的活动都可提高代谢率。机体在剧烈运动或强体力劳动时，产热量 比安静时增加10～20倍。
第一节 能量代谢
图7-1 能量的释放、转移、贮存和利用
二、能量代谢的测定
（一）测定原理 机体的能量代谢遵循能量守恒定律，即在能量转
化过程中，机体所利用的蕴藏于食物中的化学能与 最终转化成的热能和所做的外功，按能量来折算是 完全相等的。因此，测定在一定时间内机体所消耗 的食物，或者测定机体所产生的热量与所做的外功， 都可测算出整个机体的能量代谢率（单位时间内所 消耗的能量）。
体内脂肪的贮存量很大，可占体重的20%左右。脂肪是体内贮存 能量和供给能量的重要物质。脂肪被分解为甘油和脂肪酸后，在细胞 内氧化释放能量。每克脂肪在体内氧化所释放的能量约为同等重量的 糖氧化所释放能量的2倍左右。
糖是机体主要的供能物质。一般情况下，机体所需能量的50%～70%
糖
是由糖提供的。糖的消化产物葡萄糖被吸收入血后，可直接供细胞利用，
也可以肝糖原或肌糖原形式贮存于肝和肌肉中。肝糖原的主要作用是维持
血糖水平的稳定；肌糖原是骨骼肌活动时随时可以动用的能量储备。
1
脂肪 2
第一节 能量代谢
第一节 能量代谢
二、能量代谢的测定
第 10 页
（二）与能量代谢有关的几个概念
1．食物的热价 1 g食物氧化分解时所释放的热量，称为食物的热价。食物热价的单位为焦耳（J）或卡（cal）（1
cal＝4.187 J）。食物的热价分为物理热价和生物热价，前者指食物在体外完全燃烧时释放出的热量； 后者指食物在体内氧化时释放出的热量。糖和脂肪在体内、外氧化产物完全相同，故物理热价和生物热 价相等。蛋白质由于在体内不能被彻底氧化分解，有一部分以尿素的形式排出体外，故蛋白质的生物热 价小于物理热价（表7-1）。
第 14 页
（一）肌肉活动
肌肉活动对能量代谢的影响最显著。因为全身骨骼肌的重量约占体重的40%，所 以骨骼肌任何轻微的活动都可提高代谢率。机体在剧烈运动或强体力劳动时，产热量 比安静时增加10～20倍。
第一节 能量代谢
图7-1 能量的释放、转移、贮存和利用
二、能量代谢的测定
（一）测定原理 机体的能量代谢遵循能量守恒定律，即在能量转
化过程中，机体所利用的蕴藏于食物中的化学能与 最终转化成的热能和所做的外功，按能量来折算是 完全相等的。因此，测定在一定时间内机体所消耗 的食物，或者测定机体所产生的热量与所做的外功， 都可测算出整个机体的能量代谢率（单位时间内所 消耗的能量）。
体内脂肪的贮存量很大，可占体重的20%左右。脂肪是体内贮存 能量和供给能量的重要物质。脂肪被分解为甘油和脂肪酸后，在细胞 内氧化释放能量。每克脂肪在体内氧化所释放的能量约为同等重量的 糖氧化所释放能量的2倍左右。
生理学 第7章 能量代谢与体温
4、体表面积的测定： 体表面积(m2)=0.0061×身高 (cm)+0.0128×体重(kg)0.1529； 体表面积还可从右图直接求出。
BMR率随着性别、年龄等不同 而有生理变动。男子的BMR值 平均比女子的高；儿童比成人 高；年龄越大，代谢率越低。
5、BMR正常范围：±10％～±15％ 6、BMR的临床意义：
(四)食物的特殊动力效应
1、概念：人在进食后的1～8小时，机体的产热量会增加。 这种因食物引起机体产生“额外”热量的现象称为食物的 特殊动力效应 。 2、三种主要营养物质中： 蛋白质的特殊动力效应最为显著，为30％；糖和脂肪的 特殊动力效应分别为6％和4％
1、 基础代谢：基础状态下的能量代谢。 2、 基础状态：清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动； 测定前至少禁食12小时； 室温保持在20～25℃； 体温正常、精神安定。 3、 基础代谢率(BMR)：单位时间内的基础代谢。 BMR比一般安静时的代谢率要低些，但并不是最低的， 因为熟睡时的代谢率更低(比安静时低8％～10％，但做 梦时可增高)。
(2)发汗：
发汗：发汗是汗腺主动分泌汗液的过程。发汗时有明显的
汗液形成而被蒸发，因此又称为可感蒸发。 安静状态下，环境温度达30℃左右时便开始发汗。 空气湿度高，衣着较多时，25℃便可引起发汗。 劳动或运动时，气温虽在20℃以下，也可出现发汗，而
且发汗量往往较多。
汗液的成分：水分：99％ 固体成分（ NaCl、 KCl、尿素）：<1％
(二)体温调节中枢 体温调节中枢：下丘脑 体温调节中枢整合机构的中心部位： 下丘脑 的视前区-下丘脑前部（ PO/AH ）
(三)体温调定点学说 体温调定点学说认为，体温的调节点类似于 恒温器的调节，PO／AH神经元的活动设定了 一个调定点，即规定的温度值，如37℃。若 当体温超过37℃时，热敏神经元放电频率增 加，引起散热过程加强，产热过程减弱；若 体温不足37℃时，则引起相反的变化。
生理学基础讲义 第七章 能量代谢
95
汗液分泌是主动的
支配汗腺的是交感胆碱能纤维
A 型题
在环境温度低于 30℃，机体处于安静状态下的主要散热方式是
A.辐射散热
B. 传导散热
C. 对流散热
D. 不感蒸发
E. 可感蒸发
X 型题
对汗液的叙述，正确的是
A. 汗液中不含蛋白质
B. 刚刚分泌的汗液渗透压高于血浆
C. 汗液中的 Na＋浓度受醛固酮调节 D. 由汗腺细胞被动分泌
面积成正比。因此，能量代谢率常以单位时间（每天或每小时）单位体表面积的产热量作为计量单位，
用 kJ/ (m2·d) 或 kJ/(m2·h) 来表示
甲状腺功能障碍时 BMR 可发生明显的变化。甲减、肾上腺皮质功能低下、垂体性肥胖、肾病综合征、
病理性饥饿等可出现 BMR 降低；
甲亢、糖尿病、红细胞增多症、白血病以及伴有呼吸困难的心脏疾病等 BMR 可升高。
3.精神活动
精神紧张状态时，如烦恼、恐惧或情绪激动时，能量代谢率可增高 10% 以上。
4.食物的特殊动力效应
进食能刺激机体额外消耗能量的作用，称为食物的特殊动力效应。在三种主要营养物质中，进食蛋
白质产生的特殊动力效应最为显著。
（四）基础代谢及其测定
基础代谢率(BMR)是指机体在基础状态下单位时间内的能量消耗量。所谓基础状态，是指人体保持清
94
（二）机体的产热反应与散热反应 1.产热反应 （1）主要产热器官：机体在安静时主要由内脏产热，其中肝脏产热量最高；在运动时，骨骼肌则成 为主要的产热器官。此外，褐色脂肪组织在寒冷环境下发挥重要的产热作用，特别是在新生儿尤为重要。 （2）产热的形式 ①战栗产热：战栗是指骨骼肌屈肌和伸肌同时发生不随意的节律性收缩，此时肌肉收缩活动不做外 功，能最全部转化为热量。 ②非战栗产热：又称代谢性产热，非战栗产热作用最强的组织是褐色脂肪组织，其细胞内含有解耦 联蛋白。褐色脂肪在成年人体内含量很少，在新生儿体内则较多。新生儿不能发生战栗，故寒冷条件下 主要依赖代谢性产热维持体温。 （3）产热活动的调节 ①神经调节：寒冷刺激兴奋下丘脑战栗中枢，引起战栗；还能通过下丘脑‐腺垂体‐甲状腺轴，引起甲 状腺激素分泌；也可通过交感神经系统兴奋，促进肾上腺素和去甲肾上腺素释放。这些现象属于神经‐体 液调节。 ②体液调节：甲状腺激素是调节非战栗产热活动最重要的体液因素。此外，肾上腺素、去甲肾上腺 素和生长激素等也能促进代谢性产热。 2.散热反应 （1）散热的部位：人体的主要散热部位是皮肤。 （2）散热的方式 ①辐射散热②传导散热③对流散热 此三种方式在皮肤温度高于环境温度时可以发挥散热作用，以辐射散热最主要，且散热多少主要取 决于皮肤与周围环境之间的温差，温差越大，散热量就越多。 ④蒸发散热： 当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发成为机体唯一有效的散热形式。 蒸发散热可分为不感蒸发和出汗两种形式。 最后排出的汗液是低渗的
汗液分泌是主动的
支配汗腺的是交感胆碱能纤维
A 型题
在环境温度低于 30℃，机体处于安静状态下的主要散热方式是
A.辐射散热
B. 传导散热
C. 对流散热
D. 不感蒸发
E. 可感蒸发
X 型题
对汗液的叙述，正确的是
A. 汗液中不含蛋白质
B. 刚刚分泌的汗液渗透压高于血浆
C. 汗液中的 Na＋浓度受醛固酮调节 D. 由汗腺细胞被动分泌
面积成正比。因此，能量代谢率常以单位时间（每天或每小时）单位体表面积的产热量作为计量单位，
用 kJ/ (m2·d) 或 kJ/(m2·h) 来表示
甲状腺功能障碍时 BMR 可发生明显的变化。甲减、肾上腺皮质功能低下、垂体性肥胖、肾病综合征、
病理性饥饿等可出现 BMR 降低；
甲亢、糖尿病、红细胞增多症、白血病以及伴有呼吸困难的心脏疾病等 BMR 可升高。
3.精神活动
精神紧张状态时，如烦恼、恐惧或情绪激动时，能量代谢率可增高 10% 以上。
4.食物的特殊动力效应
进食能刺激机体额外消耗能量的作用，称为食物的特殊动力效应。在三种主要营养物质中，进食蛋
白质产生的特殊动力效应最为显著。
（四）基础代谢及其测定
基础代谢率(BMR)是指机体在基础状态下单位时间内的能量消耗量。所谓基础状态，是指人体保持清
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（二）机体的产热反应与散热反应 1.产热反应 （1）主要产热器官：机体在安静时主要由内脏产热，其中肝脏产热量最高；在运动时，骨骼肌则成 为主要的产热器官。此外，褐色脂肪组织在寒冷环境下发挥重要的产热作用，特别是在新生儿尤为重要。 （2）产热的形式 ①战栗产热：战栗是指骨骼肌屈肌和伸肌同时发生不随意的节律性收缩，此时肌肉收缩活动不做外 功，能最全部转化为热量。 ②非战栗产热：又称代谢性产热，非战栗产热作用最强的组织是褐色脂肪组织，其细胞内含有解耦 联蛋白。褐色脂肪在成年人体内含量很少，在新生儿体内则较多。新生儿不能发生战栗，故寒冷条件下 主要依赖代谢性产热维持体温。 （3）产热活动的调节 ①神经调节：寒冷刺激兴奋下丘脑战栗中枢，引起战栗；还能通过下丘脑‐腺垂体‐甲状腺轴，引起甲 状腺激素分泌；也可通过交感神经系统兴奋，促进肾上腺素和去甲肾上腺素释放。这些现象属于神经‐体 液调节。 ②体液调节：甲状腺激素是调节非战栗产热活动最重要的体液因素。此外，肾上腺素、去甲肾上腺 素和生长激素等也能促进代谢性产热。 2.散热反应 （1）散热的部位：人体的主要散热部位是皮肤。 （2）散热的方式 ①辐射散热②传导散热③对流散热 此三种方式在皮肤温度高于环境温度时可以发挥散热作用，以辐射散热最主要，且散热多少主要取 决于皮肤与周围环境之间的温差，温差越大，散热量就越多。 ④蒸发散热： 当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发成为机体唯一有效的散热形式。 蒸发散热可分为不感蒸发和出汗两种形式。 最后排出的汗液是低渗的
第七章能量代谢和体温-医学课件
女子体温随月经周期而产生周期性变动。排卵当日 最低，排卵后升高0.2-0.50C。与血中孕激素浓度的 周期性变化有关
➢ 机体的产热和散热 正常体温维持
产热
动态平衡
散热
• 产热 ✓ 主要产热器官
安静时--内脏（尤其是肝脏）为主 运动或劳动时—骨骼肌为主
➢ 产热形式 ✓ 寒战产热
骨骼肌在肌紧张增强的基础上，伸肌和屈肌同时发 生的不随意的节律性收缩 特点：不做外功 中枢：下丘脑后部 传出神经：躯体运动神经
注：通常情况下，体内能量主要来自糖和脂肪的氧化，蛋白 质用于氧化供能的量很少，且氧化不彻底，在计算能量代 谢时可忽略不计。
• 能量代谢率的测算方法 方法一： ① 测定单位时间内O2耗量和CO2产生量，计算RQ ② 以算出的RQ作为非蛋白呼吸商，从表中查得相应的混合氧热价， ③ 利用公式：产热量=混合氧热价× O2耗量，求出单位时间内的产热量，
第二节 体温及其调节
➢ 体温
机体深部组织的平均温度， 也叫体核温度，37 ℃
意义：体温的相对恒定是 机体新陈代谢和一切生命 活动正常进行的必需条件。
体温过高、过低都会导致 生理功能障碍，甚至死亡
• 正常体温 血液温度最理想，但不易测量，通常体温的测量 部位为：腋窝、口腔和直肠。 肛温：36.9～37.9℃，最接近机体深部的温度 口温：36.7～37.7℃ 腋温：36.0～37.4℃
第七章 能量代谢与体温
第一节 能量代谢
物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、储存 和利用，称为能量代谢 ➢ 机体能量的来源 主要来源于糖、脂肪、蛋白质
ATP（三磷酸腺苷）：贮能物质和直接供能物质 CP（磷酸肌酸）：ATP的贮存库，但不能直接供能
➢糖 正常情况下糖是主要供能物质。脑组织所需能量主要来自糖 有氧氧化，故缺氧和血糖水平过低，均可导致意识障碍、 昏迷及抽搐 机体糖的储备较少，成年人糖的储备量仅为150g左右。
生理学第七章能量代谢与体温课件
第二节 体温
（二）行为性体温调节
行为性体温调节是指机体（包括变温动物）在环境温度变化时，通过有意识的行为和 姿势的改变来保持体温的相对恒定，如动物避开过冷或过热的环境向适宜的温度环境靠近， 或改变姿态如：蜷缩身体而保暖，伸展肢体而散热，以及人类在寒冷时拱肩缩背、踏步跺 脚、增减衣着、创造人工气候环境等来祛暑或御寒。行为性体温调节是以自主性体温调节 为基础的，也是通过对产热和散热的影响而发挥作用，因此两者不可截然分开。对人类来 讲，行为性体温调节是大脑皮层参与下的有意识的活动，是对自主性调节的补充。
第一节 能量代谢
（二）能量的去路
第一节 能量代谢
（三）能量的平衡
人体能量的平衡是指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。人体每 天所消耗的能量主要包括基础代谢、身体运动和其他生理活动的能量消耗。 如果一段时间内体重不变，则这段时间内机体摄人的能量与消耗的能量基本 相等，能量达到“收支”平衡；如果摄人能量少于消耗能量，机体会动用储 存的能源物质，使体重减轻，称为能量的负平衡；如果摄入能量多于消耗能 量，那么多余的能量就会转变为脂肪，导致体重增加，称为能量的正平衡。
(４)蒸发散热：是机体通过体表水分的蒸发来散热的 一种方式。
(１) (４)
(２) (３)
第二节 体温
３．散热活动的调节
•
机体主要通过皮肤血流量的调节和发汗来调控散热。
•
当皮肤温度高于环境温度时，主要通过辐射、传导和对流方式散热，散热量大小
主要取决于皮肤与外界环境之间的温度差。在寒冷环境中，交感神经活动增强，皮肤
第二节 体温
３．体温调定点学说
对于正常人的体温为什么能够 保持在37℃左右，有人提出了调定 点(set point)学说。该学说认为， 下丘脑体温调节中枢内存在控制体 温恒定的平衡点，即调定点，其功 能类似于恒温调节器，调定点的高 低决定着体温的水平。认为感受的 阑值为37℃，并以此为标准来调节 产热和散热的平衡。
生理学@7 能量代谢
38
BMR的影响因素：
①性别：男性〉女性 ②年龄：儿童高于成人 国人正常的基础代谢率平均值(kJ/m2•h)
年龄（岁） 11～15 16～17 18～19 20～30 31～40 41～50 50以上
男性 女性
195.5 172.5
193.4 181.7
166.2 154.0
157.8 146.5
42
A.环境温度20℃
B.环境温度35℃
体温概念：机体核心部分的平均温度。
43
通常体温的测量部位为直肠、口腔和腋窝。 1.肛温：36.9～37.9℃ 2.口温：36.7℃～37.7℃ 3.腋温：36.0-37.4℃
科研中还常用食管温度（=右心房温度）、 鼓膜温度（=下丘脑温度）。
44㈡体温的正常变动
两种类型：温热性发汗和精神性发汗
62
3.循环系统在散热中的作用
皮肤的血液循环特点决定了皮肤血流量 可在很大范围内变动。 机体通过交感神经调控着皮肤血管的口 径，以改变其血流量，改变皮肤温度，从 而影响辐射、传导和对流散热量。
三.体温调节
64
1.自主性体温调节
2.行为性体温调节
意义：判断肥胖的简易诊断指标。
10
二. 能量代谢的测定
与能量代谢测定有关的几个概念： 1.食物的热价(thermal equivalent of food) 概念：1g某种食物氧化时所释放的能量（kJ/g）
可分为：物理热价和生物热价。
营养物质 糖 脂肪 蛋白质 物理热价 17.2kJ/g 39.8kJ/g 23.4kJ/g 生物热价 17.2kJ/g 39.8kJ/g 18.0kJ/g
蛋白质：高达30%
糖：6%
能量代谢
无意识肌紧张使刺激代谢的激素(甲状腺激素、
肾上腺激素)增多 3．食物特殊动力效应 1）定义：进食引起机体额外产热的现象 2）产生食物特殊动力作用的顺序：
蛋白质＞混合食物＞糖或脂肪
3）机制：肝脏处理氨基酸或合成糖原 4．环境温度： 环境温度低于20℃或者高于30℃能量代谢率增加
四、基础代谢
(一) 概念
⑶对流散热： 指体热凭借空气流动交换热量的散热方式。 对流散热是传导散热的一种特殊形式。 除温度差和有效散热面积影响外，受风速影响较大 ⑷蒸发散热： 指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为 气态，同时带走大量热量的散热方式。
分为不感蒸发和发汗
1)不感蒸发：体液的水分从皮肤和粘膜表面不断渗出 而被汽化的形式
2)发汗
a.汗腺分部
大汗腺：腋窝和外阴部 小汗腺：全身皮肤
b.汗腺主动分泌汗液
水分：＞99％ 汗液 固体：＜１％ 大部分为NaCl 其余为KCl、尿素、乳酸等 无葡萄糖和蛋白质
汗液流经汗腺排出管的起始部时，有一部分NaCl可被重吸收， 从而使最终排出的汗液成为低渗。 而当机体大量出汗可造成高渗性脱水，要补充大量的水份和 适量的ＮaCl
2.三大营养物质的转化
(1)、糖(carbohydrate)：
供给机体生命活动所需要的能量，人体所需能量
50%-70%由糖类物质的氧化分解提供 有氧氧化：1mol葡萄糖释可合成38molATP 无氧酵解：1mol的葡萄糖只能合成2molATP P.S. 剧烈运动时，骨骼肌耗氧量加剧，由于身体中其
机体表层的最外层即皮肤温度与局部血流量(受环境
温度和精神状态影响)关系密切
2.核心温度
核心温度相对稳定，各部位之间的温度差异很小 安静时，温度最高器官是肝脏 运动时，温度最高的器官是骨骼肌 临床：直肠温度：36.9-37.9℃ 口腔温度：36.7-37.7℃ 腋窝温度：36.0-37.4℃ 实验：食管温度——深度温度的一个指标 鼓膜温度——作为脑组织温度的指标
南华大学生理学第七章 能量代谢与体温
D、计算24h产热量 24h产热量=1350kJ+6706.5kJ=8056.5kJ
3、耗O2量与CO2产生量的测定方法 （1）开放式测定法
在机体呼吸空气的条件下测定耗氧 量和CO2产生量 （2）闭合式测定法
一般是使用能量代谢率测定器械 （如肺量计）
三、影响能量代谢的因素
1、肌肉活动 对能量代谢的影响最大 运动或劳动的强度 消耗的能量 能量代谢值可作为评价劳动强度的指标 2、精神活动 人在平静地思考问题时，能量代谢受到的 影响不大，其产热量一般不超过4% *精神紧张、情绪激动 能量代谢 *骨骼肌的紧张性 *交感神经兴奋 儿茶酚胺释放 代谢率
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q。
举例： 受试者在标准状态下24小时耗 氧量：400L，CO2产生量：340L，尿氮量： 12克，计算24小时的能量代谢。 步骤： A、求出蛋白质代谢的耗氧量、CO2产 生量和产热量
蛋白质氧化量=12×6.25=75g 产热量=18×75=1350kJ 耗氧量=0.95×75=71.25L CO2产生量=0.76 ×75=57L
3、食物的特殊动力效应
进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到7-8h）， 即使机体处于安静状态，机体产热量也要比进食前有 所增加，食物这种使机体产生额外的热量作用，称为 食物的特殊动力效应 蛋白质：25-30％ 糖和脂肪：4-5％ 混合性食物：10％ 机制：尚不十分清楚，可能与肝脏处理蛋白分解产物 时的额外能量消耗有关
RQ＝1.0 →氧化糖； RQ＝0.71→ 氧化脂肪； RQ＝0.80→ 氧化蛋白质； RQ＝0.85→一般饮食。
(二)能量代谢测定的原理和方法
原理 “能量守恒定律” 机体释放的能量=热能+外功
生理学第7章 1能量代谢
单纯的精神活动 ,代谢率的增加程度可以忽略.
3、食物的特殊动力效应
食物刺激机体产生额外能量消耗的作用。
发生时间:进食后1小时左右,延续7-8小时
机体状态:安静状态 原因:机制不详 可能由于消化系统处理食物时做功产 生的能量消耗 蛋白质>混合性食物>糖、脂肪
4、环境温度 安静状态:
20-30℃ <20℃ <10℃ >30℃ 能量代谢最稳定(肌肉松弛) 有所增加 显著增加 （寒冷引起寒战和肌紧张） 增加（生化反应加快、发汗活动旺盛 呼吸循环功能增强）
第七章 能量代谢与体温
第一节 能量代谢
能量代谢（energy
metabolism）：
生物体内物质代谢中伴随着的能量的贮存、 释放、转移和利用。
合成代谢 -- 耗能 物质代谢 分解代谢 -- 释能 能量代谢
食物的能量转化 能量代谢的测定 影响能量代谢的主要因素 基础代谢
一、食物的能量转化
6CO2+6H2O+E
57CO2+52H2O+E
体表面积测算
体表面积(m2)=0.0061×身高+0.0128×体重－0.1529
BMR的正常生理变动：
男性>女性
幼年>成年，年龄↑ ，BMR↓ 正常变动：±10～15％ 异常变动: 超过±20% 甲亢：＋25～80%， 甲低：－20～40%
体温每升高1℃, BMR升高13%
葡萄糖氧化分解: C6H12O6+6O2 脂肪氧化分解: C57H104O6+80O2
非蛋白呼吸商(NPRQ)及氧热价
能量代谢测定的原理与方法
原理:人体能量代谢遵守“能量守恒定律” 人体利用的食物的化学能,与在体内各种形式 的能量最终转化成的热能,加上所做的外功,按能 量来折算是完全相等的。 即: 能量消耗=发散的总热量+对外作功所折合的能量
第七章 能量代谢与体温
3.调定点学说
下丘脑PO/AH中的温度敏感神经元起着调定点的作用。 调定点：能使热敏神经元和冷敏神经元活动后 恰好使散热和产热保持平衡的温度值。
1.正常人的直肠温度、腋窝温度和口腔温度的高低应当是 A.口腔温度＞腋窝温度＞直肠温度 B.直肠温度＞口腔温度＞腋窝温度 C.直肠温度＞腋窝温度＞口腔温度 D.腋窝温度＞口腔温度＞直肠温度 2.人体体温昼夜节律变化中，体温最低的时间是 A.上午8～10时 B.下午3～4时 C.清晨2～6时 D.夜间10～12时 3.女性月经期中，体温最低的时间是 A.行经期 B.排卵前 C.排卵后 D.排卵日 4.人体腋下温度正常值是 A.36.0℃～37.4℃ B.36.7℃～37.7℃ C.36.9℃～37.9℃ D.37.5℃～37.6℃ 5.影响能量代谢最重要的因素是 A.环境温度 B.进食 C.精神、情绪 D.肌肉活动
6.劳动或运动时，机体主要产热器官是 A.肝脏 B.脑 C.心脏 D.肌肉 7.当环境温度等于或超过体温时，机体的主要散热方式是 A.辐射 B.传导和对流 C.发汗蒸发 D.不显性发汗 8.给高热病人使用乙醇擦浴是 A.增加辐射散热 B.增加传导散热 C.增加蒸发散热 D.增加对流散热 9.给高热病人作用冰帽或冰袋的作用是 A.增加辐射散热 B.增加传导散热 C.增加蒸发散热 D.增加对流散热 10.决定体温调定点的部位在 A.下丘脑 B.大脑皮层 C.下丘脑后部 D.视前区-下丘脑前部
2.测 定
产热量=20.2kJ/L×耗氧量/体表面积 BMR=（实测值-平均正常值）/平均正常值
年龄 （岁） 男 11～15 195.5 16～17 193.4 18～19 166.2 20～30 157.8 31～40 158.6 41～50 154.0 ＞51 149.0
生理第07章 能量代谢和体温
二、影响能量代谢的因素
• 1．肌肉活动 肌肉活动是影响能量代谢最显著
的因素，机体任何轻微活动，都可提高能量代谢 率。运动或劳动时，机体耗氧量显著增加，剧烈 运动或强劳动时，短时间内其产热量比安静时可 增加数倍到十数倍。
• 2．精神活动 精神和情绪活动时能量代谢有显
著影响。因为脑的能量来源主要靠糖氧化释能， 安静思考时影响不大，但精神紧张时，如激动、 烦恼、愤怒、恐惧及焦虑等，产热量增多，能量 代谢率增高。
• 3.对流（convection）散热 机体借空气或液体
流动带走人体周围已加温的热空气，称为对流散 热，是传导散热的特殊方式。
• 4.蒸发（evaporation） 在任何条件下液体变为气 体蒸发时都带走一定的热量，此种散热方式称为 蒸发散热。临床上对高热病人采用酒精擦浴降温 即此道理。蒸发散热可分为不感蒸发和发汗： • (1)不感蒸发（insensible perspiration） 不感蒸 发是指液体中的水分直接渗出皮肤和呼吸道粘膜 等表面而被蒸发，并不被人们觉察，是持续进行 的一种散热方式，故称不感蒸发。
• 在正常生理情况下，体温可随昼夜、性别、年龄、 肌肉活动，精神紧张和环境温度等不同而异。
• 1．昼夜变化 在一昼夜中，人体的体温是周期
性波动，清晨2时～6时体温最低，午后1时～6时 最高，波动幅度一般不超过1℃，体温的这种昼夜 周期波动称为昼夜节律或日周期。
• 2．性别 女性基础体温高于同龄男性体温0.3℃且 随月经周期发生规律性变化，排卵前体温下降， 排卵后体温上升，原因是体内孕激素水平周期性 变化产生。 • 女性月经周期中基础体温曲线图
• 2.体温调节中枢 广泛存在于中枢神经各级部位，其基本 中枢在下丘脑。下丘脑的视前区-下丘脑前部（PO/AH）温 度敏感神经元，既能感受它局部组织温度变化的刺激，又 能对其他途径传入的温度变化信息整合处理，因此， PO/AH现被认为是体温调节中枢整合机构的中心部位。 • 3.体温调定点学说（Set-point theory） 调定点学说体温 恒定的调节是通过机体内体温自动控制系统来完成的，体 温的调节类似于恒温器的调节。PO/AH中有个调定点，即 事先将调定点定在一个规定的数值（如37℃）。如果体温 偏离此数值则由反馈系统将偏差信息送到控制系统，然后 经过对受控系统的调整来维持体温恒定。关于调定点的机 制尚未清楚。某些退热药（如阿司匹林）的作用就在于阻 断致热原的作用，使调定点恢复到正常水平。
能量代谢-精品医学课件
───────────────
躺卧
2.73
开会
3.40
擦窗子
8.30
洗衣
9.89
扫地
11.37
打排球
17.05
打篮球
24.22
踢足球
24.98
持重机枪跃进 42.39
───────────────
(二) Mood
人在平静地思考问题时，能量代谢受到的影 响不大，其产热量一般不超过4%。
但精神处于紧张状态(烦躁、恐惧、情绪激 动等)时，由于会导致无意识的肌肉紧张性增强、 交感神经兴奋及促进代谢的内分泌激素释放增多 等原因，产热量可显著增加。
呼吸商 (R Q)
───────────────────────────
糖
0.83 0.83 17.0
17.0 21.0 1.00
脂 肪 2.03 1.43 39.8 39.8 19.7 0.71
蛋白质 0.95 0.76 23.5
18.0 18.8 0.80
───────────────────────────
① 测定CO2产生量和耗O2量
② 测定尿氮量：1g尿氮相当于氧化分解6.25g蛋白质
③ 计算出NPRQ：
④ 查出非蛋白食物氧热价：P210 ⑤ 计算出非蛋白食物的产热量
⑥ 能量代谢计算：
某人24小时耗氧量400L，CO2产量340L，尿 氮排出量 12g
• 蛋白代谢产热量:
蛋白代谢量 12 x 6.25=75g 蛋白产热量 75 x 18kJ/g=1350kJ
⑴寒冷刺激时
↓ 交感-肾上腺髓质
↓ NE、E↑
↓ 产热量↑ 特点： 作用迅速↑， 维持时间短。
⑵ 机体在寒冷环境几周后 ↓
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组成两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链 ◆在电子传递过程中，有几点需要说明 ◆ATP合成酶（ATP synthase）(磷酸化的分子基础)
电子传递链的四种复合物(哺乳类)
◆复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q； 泵出4 H+
◆电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最低， H2O/O2最高)
◆高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基 质侧泵到膜间隙， 形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化)
◆电子传递链各组分在膜上不对称分布
ATP合成酶(磷酸化的分子基础)
◆分子结构 ◆线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两
2个来自基质） ◆ 复合物Ⅳ：细胞色素C氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体）
组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，
cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与
形成水
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。 ◆电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子 (能量转化)， 终止于O2形成水。
个 不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性 ◆工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成 ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙 ◆ATP合成酶作用机制—Banding Change Mechanism (Boyer：结合变 化和旋转催化机制—荣—获旋1转99催7年化诺假贝说尔1化97学9奖；！Walker:牛心线粒体F1ATP酶的晶体结构 1994 )
◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)， 通透性较高。
◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内 折叠形成嵴（cristae）-基粒。含有与能量转换相关的蛋白
◆膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、 底物及辅助因子。
◆基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因 表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
荣获1978年诺贝尔化学奖！ ◆化学渗透假说内容：
电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子 沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化 学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时 合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。 ◆质子动力势(proton motive force) ◆化学渗透假说几点说明：
二、线粒体的化学组成及酶的定位
●线粒体组分分离方法 ●线粒体的化学组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ●线粒体酶的定位
线粒体的化学组成
◆蛋白质(线粒体干重的65～70％) ◆脂类(线粒体干重的25～30％)：
·磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，
内膜主要是心磷脂。
·线粒体脂类和蛋白质的比值:
0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961)
生物 氧化
糖酵解：细胞质基质。 乙酰CoA生成：线粒体基质。 三羧酸循环：线粒体基质。 电子传递偶联的氧化磷酸化：线粒体内膜。
线粒体的功能 真核细胞线粒体中代谢反应图解
氧化磷酸化的分子基础
◆氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机 分子中储藏的能量高能电子质子动力势ATP ◆氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能) 同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行 ◆电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，
5. 药物和毒物：
①抑制氢或电子传递的物质，如阿米妥、氰化物 ②不抑制呼吸链中的电子传递，而是抑制ADP磷酸化生成ATP的过程， 如2，4-二硝基酚
◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心，一个细胞色素b。 作用：催化2低能电子FADFe-S辅酶Q (无H+泵出)
◆复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
组成：包括1cyt c1、2cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，
◆DNA和RNA
三、氧化磷酸化
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为 细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、 细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运 及电解质稳态平衡的调控有关。
●氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)的分子基础 ●氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
细胞生物学
Cell Biology
第七章 细胞的能量转换──线粒体
●线粒体与氧化磷酸化 ●线粒体的半自主性 ●线粒体的生物发生 ●思考题
第一节 线粒体与氧化磷酸化
●线粒体的形态结构 ●线粒体的化学组成及酶的定位 ●氧化磷酸化 ●线粒体与疾病
一、线粒体的形态结构
●线粒体的形态、大小、数量与分布 ●线粒体的超微结构
·质子动力势乃ATP合成的动力 ·膜应具有完整性 ·电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件
四、线粒体与疾病
1. 肿瘤细胞：无氧糖酵解，线粒体数目减少，线粒体 嵴减少。
2. 代谢变化：肿胀、结构改变，如巨型线粒体。 3. 微波照射：线粒体粘连、空化、紊乱。 4. 缺血时：功能由弱到停止。
四、线粒体与疾病
◆基粒：有柄的小球体
由头、柄和基部组成，是ATP 酶复合体，存 在于在线粒体内膜的内表面嵴膜上。
头部：具ATPase活性 和F1抑制蛋白
柄部：OSCP 基片：疏水蛋白
嵌于内膜中
F1因子
抑制剂 可溶性ATP酶
F0因子
对寡酶素敏感 的蛋白(OSCP)
疏水蛋白(HP)
能量相关的蛋白：
1.执行氧化反应的电子传递链 2. ATP合成酶 3. 线粒体内膜转运蛋白
电子传递链的四种复合物(哺乳类)
◆复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q； 泵出4 H+
◆电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最低， H2O/O2最高)
◆高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基 质侧泵到膜间隙， 形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化)
◆电子传递链各组分在膜上不对称分布
ATP合成酶(磷酸化的分子基础)
◆分子结构 ◆线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两
2个来自基质） ◆ 复合物Ⅳ：细胞色素C氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体）
组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，
cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与
形成水
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。 ◆电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子 (能量转化)， 终止于O2形成水。
个 不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性 ◆工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成 ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙 ◆ATP合成酶作用机制—Banding Change Mechanism (Boyer：结合变 化和旋转催化机制—荣—获旋1转99催7年化诺假贝说尔1化97学9奖；！Walker:牛心线粒体F1ATP酶的晶体结构 1994 )
◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)， 通透性较高。
◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内 折叠形成嵴（cristae）-基粒。含有与能量转换相关的蛋白
◆膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、 底物及辅助因子。
◆基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因 表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
荣获1978年诺贝尔化学奖！ ◆化学渗透假说内容：
电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子 沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化 学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时 合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。 ◆质子动力势(proton motive force) ◆化学渗透假说几点说明：
二、线粒体的化学组成及酶的定位
●线粒体组分分离方法 ●线粒体的化学组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ●线粒体酶的定位
线粒体的化学组成
◆蛋白质(线粒体干重的65～70％) ◆脂类(线粒体干重的25～30％)：
·磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，
内膜主要是心磷脂。
·线粒体脂类和蛋白质的比值:
0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961)
生物 氧化
糖酵解：细胞质基质。 乙酰CoA生成：线粒体基质。 三羧酸循环：线粒体基质。 电子传递偶联的氧化磷酸化：线粒体内膜。
线粒体的功能 真核细胞线粒体中代谢反应图解
氧化磷酸化的分子基础
◆氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机 分子中储藏的能量高能电子质子动力势ATP ◆氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能) 同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行 ◆电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，
5. 药物和毒物：
①抑制氢或电子传递的物质，如阿米妥、氰化物 ②不抑制呼吸链中的电子传递，而是抑制ADP磷酸化生成ATP的过程， 如2，4-二硝基酚
◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心，一个细胞色素b。 作用：催化2低能电子FADFe-S辅酶Q (无H+泵出)
◆复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
组成：包括1cyt c1、2cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ，
◆DNA和RNA
三、氧化磷酸化
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为 细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、 细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运 及电解质稳态平衡的调控有关。
●氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)的分子基础 ●氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
细胞生物学
Cell Biology
第七章 细胞的能量转换──线粒体
●线粒体与氧化磷酸化 ●线粒体的半自主性 ●线粒体的生物发生 ●思考题
第一节 线粒体与氧化磷酸化
●线粒体的形态结构 ●线粒体的化学组成及酶的定位 ●氧化磷酸化 ●线粒体与疾病
一、线粒体的形态结构
●线粒体的形态、大小、数量与分布 ●线粒体的超微结构
·质子动力势乃ATP合成的动力 ·膜应具有完整性 ·电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件
四、线粒体与疾病
1. 肿瘤细胞：无氧糖酵解，线粒体数目减少，线粒体 嵴减少。
2. 代谢变化：肿胀、结构改变，如巨型线粒体。 3. 微波照射：线粒体粘连、空化、紊乱。 4. 缺血时：功能由弱到停止。
四、线粒体与疾病
◆基粒：有柄的小球体
由头、柄和基部组成，是ATP 酶复合体，存 在于在线粒体内膜的内表面嵴膜上。
头部：具ATPase活性 和F1抑制蛋白
柄部：OSCP 基片：疏水蛋白
嵌于内膜中
F1因子
抑制剂 可溶性ATP酶
F0因子
对寡酶素敏感 的蛋白(OSCP)
疏水蛋白(HP)
能量相关的蛋白：
1.执行氧化反应的电子传递链 2. ATP合成酶 3. 线粒体内膜转运蛋白