运动生物化学第04章运动时的物质代谢和能量代谢
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三磷酸腺苷（ATP） 二磷酸腺苷（ADP） 磷酸肌酸（CP） 磷酸烯醇式丙酮酸 1,3一二磷酸甘油酸 琥珀酰辅酶A
二、人体能量代谢的核心： ATP---ADP 循环
（一） 三磷酸腺苷（ATP）的分 子组成与结构
（二）ATP的供能---水解反应
一般由ATP酶催化ATP末端的高能磷酸 键水解释放能量。
氧化-还原电位 （EO′） -0.32 -0.30 0.1 0.07 0.22 0.25
FADH2
NADH2 → FMN → CoQ →Cyt-b →Cyt-c1 → Cyt-c→
0.29
Cyt-a →
0.39 0.82
Cyt-a3→ O2
ADP
ATP
图5-3 氧化磷酸化示意图
氢原子（或氢质子与电子）的传递，是由氧化-还原电 位小的一端向氧化-还原电位大的一端进行。因为，氧 化-还原电位小的还原能力较强，氧化-还原电位大的氧 化能力较强。
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
3ATP
2ATP
ATP
ATP
ATP
伴随氢原子（或氢质子与电子） 的传递，在氧化-还原电位的变化大 约0.2V的区间内，所释放的自由能即 可使一分子ADP磷酸化生成ATP。
由于递氢、递电子途径的不同，
每分子NADH+H+可伴随生成3分子ATP 每分子FADH2只伴随生成2分子ATP.
（一）磷酸肌酸的分子结构与功能 1．磷酸肌酸的分子结构
图5-4 磷酸肌酸生成简图
2．磷酸肌酸（CP）的功能
CP和ATP同为高能磷酸化合物， 但骨骼肌收缩蛋白不能直接利用CP分 解释放的能量，所以，CP不是骨骼肌 的直接能源物质而是高能磷酸基团的 贮存库。CP主要存在于肌肉和脑组织 中，是储存于细胞内首先供应ATP再 合成的能量物质
生物氧化中生成水示意图
六、生物氧化中ATP的生成
生物氧化中逐步释放的能量约40%用 以合成ATP以有效利用。
ATP的合成方式包括: 底物水平磷酸化 氧化磷酸化。
（一）底物水平磷酸化
生物氧化中由于脱氢或脱水 反应，引起底物分子内部能 量重新排布，可分别形成三 个高能化合物:
1,3—二磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 琥珀酰辅酶A
第二节 生物氧化
一、生物氧化的概念 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。
包括物质的分解和产能两个 部分。
二、生物氧化的特点
（一） 生物氧化是细胞内进行的酶促 反应过程。主要在细胞的线粒体完成。 （二） 生物氧化在温和的条件下（370C、 近中性PH含水环境）进行。 （三）生物氧化的方式首先是脱氢，脱下 的氢由载体NAD+或FAD传递给氧并生成水。 （四） 生物氧化中能量逐步释放，并通 过与ADP磷酸化偶联，转换成生物体可直 接利用的生物能ATP。
丙酮酸、 异柠檬酸、 α-酮戊二酸 等有机酸脱羧反应生成。
五、生物氧化中水的生成
生物氧化中，代谢物在脱氢酶的催化 下脱氢氧化，脱下的氢由脱氢辅酶NAD+ 或FAD携带并在线粒体内膜经有序排列的 一系列递氢、递电子体（被称为呼吸链） 的传递逐级氧化，最终与被激活的氧结 合为水，完成了彻底的氧化过程。
（2）肌质网膜上钙泵(Ca-ATP酶)消耗ATP， 转运 Ca2+，调节肌肉松弛；
（3）肌膜上钠泵(Na，K-ATP酶)消耗ATP， 转运 Na+／K+离子，调节膜电位。
肌丝滑行原理
（三）ATP的再合成--ADP的磷酸化
ATP再合成基本上是ATP水解过பைடு நூலகம்的逆转：
ADP + Pi+ 能量 → ATP + H2O
运动生物化学第04章运动时的物质代 谢和能量代谢
第一节 能量代谢概述
一、高能化合物 （一）概念
水 解 时 释 放 的 标 准 自 由 能 〈 用 △ G0 （ KJ·mol-1 表 示 〉 高 于 20.92kJ/mol （5.4千卡/mol）的化合物，称为高能化 合物。
生物氧化中重要的 高能化合物
O=C O P
C
OH
CH2 O
P
1,3-二磷酸
甘油酸
ADP
ATP
磷酸甘油酸激 酶
COOH
C
OH
CH2 O P
3-磷酸甘油 酸
（二）氧化磷酸化
代谢物脱下的氢，经特定的共 轭氧化-还原对组成的递氢、递电子 体系传递，逐级氧化最后与氧结合 生成水，因氧化-还原电位的变化伴 有能量的释放，使ADP磷酸化生成ATP 的过程称为氧化磷酸化。又叫偶联磷 酸化。
三 、生物氧化的途径
生物氧化由许多特定的酶促 反应有序衔接的连续化学反应过程。 糖、三酯酰甘油和蛋白质的生物 氧化途径虽有别，但基本可分为 三个阶段
表5-2 生物氧化途径
糖 脂肪 蛋白质
O2 CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
热能
四、生物氧化中二氧化碳的生成
二氧化碳由生物氧化中形成的 中间产物:
它们在水解时所释放的自 由能分别是49.4、61.9和 34.2KJ·mol-1 。 而 ATP 末 端 高
能 磷酸键的形成仅需要吸收30.55 KJ. mol-1。
所以上述三个高能化合物均 可使ADP磷酸化再合成ATP。
这种直接由代谢物分子的 高能磷酸键（硫酯键）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
细胞中可提供能量使ATP再合成的途径:
1 ATP—CP的相互作用; 2 糖的无氧分解——糖酵解; 3 糖、三酯酰甘油和蛋白质的
有氧代谢
（四) ATP---ADP循环
营养物质
O2
ATP
氧化 CO2.H2O
能量
能量
ADP+Pii i
生物合成 神经传递 代谢反应 肌肉收缩 信息传递 吸收分泌 ······
ATP+H20--ADP+Pi+30.6KJ/Mol 生理条件下51.6KJ/Mol
特殊情况下，ADP末端的高能磷酸键也 可水解释放能量。
ADP+H20--AMP+Pi+30.6KJ/Mol
运动时，肌肉ATP利用的部位与作用
（1）肌球蛋白（即肌凝蛋白）ATP酶消耗 ATP，引起肌丝相对滑动和肌肉收缩做功；
第三节 运动时的无氧代谢供能
大强度剧烈运动时，骨骼 肌可利用磷酸肌酸、糖酵解释放 能量合成ATP,并分别构成磷酸原 供能系统和糖酵解供能系统.由于 以上两种代谢过程都不利用氧， 因此统称为无氧代谢。
一、磷酸原供能系统
ATP、CP分子内均含有高能磷酸键，在 供能代谢中，均能通过转移磷酸基团过 程释放能量，所以将ATP、CP分解反应组 成的供能系统称作磷酸原供能系统。
二、人体能量代谢的核心： ATP---ADP 循环
（一） 三磷酸腺苷（ATP）的分 子组成与结构
（二）ATP的供能---水解反应
一般由ATP酶催化ATP末端的高能磷酸 键水解释放能量。
氧化-还原电位 （EO′） -0.32 -0.30 0.1 0.07 0.22 0.25
FADH2
NADH2 → FMN → CoQ →Cyt-b →Cyt-c1 → Cyt-c→
0.29
Cyt-a →
0.39 0.82
Cyt-a3→ O2
ADP
ATP
图5-3 氧化磷酸化示意图
氢原子（或氢质子与电子）的传递，是由氧化-还原电 位小的一端向氧化-还原电位大的一端进行。因为，氧 化-还原电位小的还原能力较强，氧化-还原电位大的氧 化能力较强。
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
3ATP
2ATP
ATP
ATP
ATP
伴随氢原子（或氢质子与电子） 的传递，在氧化-还原电位的变化大 约0.2V的区间内，所释放的自由能即 可使一分子ADP磷酸化生成ATP。
由于递氢、递电子途径的不同，
每分子NADH+H+可伴随生成3分子ATP 每分子FADH2只伴随生成2分子ATP.
（一）磷酸肌酸的分子结构与功能 1．磷酸肌酸的分子结构
图5-4 磷酸肌酸生成简图
2．磷酸肌酸（CP）的功能
CP和ATP同为高能磷酸化合物， 但骨骼肌收缩蛋白不能直接利用CP分 解释放的能量，所以，CP不是骨骼肌 的直接能源物质而是高能磷酸基团的 贮存库。CP主要存在于肌肉和脑组织 中，是储存于细胞内首先供应ATP再 合成的能量物质
生物氧化中生成水示意图
六、生物氧化中ATP的生成
生物氧化中逐步释放的能量约40%用 以合成ATP以有效利用。
ATP的合成方式包括: 底物水平磷酸化 氧化磷酸化。
（一）底物水平磷酸化
生物氧化中由于脱氢或脱水 反应，引起底物分子内部能 量重新排布，可分别形成三 个高能化合物:
1,3—二磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 琥珀酰辅酶A
第二节 生物氧化
一、生物氧化的概念 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。
包括物质的分解和产能两个 部分。
二、生物氧化的特点
（一） 生物氧化是细胞内进行的酶促 反应过程。主要在细胞的线粒体完成。 （二） 生物氧化在温和的条件下（370C、 近中性PH含水环境）进行。 （三）生物氧化的方式首先是脱氢，脱下 的氢由载体NAD+或FAD传递给氧并生成水。 （四） 生物氧化中能量逐步释放，并通 过与ADP磷酸化偶联，转换成生物体可直 接利用的生物能ATP。
丙酮酸、 异柠檬酸、 α-酮戊二酸 等有机酸脱羧反应生成。
五、生物氧化中水的生成
生物氧化中，代谢物在脱氢酶的催化 下脱氢氧化，脱下的氢由脱氢辅酶NAD+ 或FAD携带并在线粒体内膜经有序排列的 一系列递氢、递电子体（被称为呼吸链） 的传递逐级氧化，最终与被激活的氧结 合为水，完成了彻底的氧化过程。
（2）肌质网膜上钙泵(Ca-ATP酶)消耗ATP， 转运 Ca2+，调节肌肉松弛；
（3）肌膜上钠泵(Na，K-ATP酶)消耗ATP， 转运 Na+／K+离子，调节膜电位。
肌丝滑行原理
（三）ATP的再合成--ADP的磷酸化
ATP再合成基本上是ATP水解过பைடு நூலகம்的逆转：
ADP + Pi+ 能量 → ATP + H2O
运动生物化学第04章运动时的物质代 谢和能量代谢
第一节 能量代谢概述
一、高能化合物 （一）概念
水 解 时 释 放 的 标 准 自 由 能 〈 用 △ G0 （ KJ·mol-1 表 示 〉 高 于 20.92kJ/mol （5.4千卡/mol）的化合物，称为高能化 合物。
生物氧化中重要的 高能化合物
O=C O P
C
OH
CH2 O
P
1,3-二磷酸
甘油酸
ADP
ATP
磷酸甘油酸激 酶
COOH
C
OH
CH2 O P
3-磷酸甘油 酸
（二）氧化磷酸化
代谢物脱下的氢，经特定的共 轭氧化-还原对组成的递氢、递电子 体系传递，逐级氧化最后与氧结合 生成水，因氧化-还原电位的变化伴 有能量的释放，使ADP磷酸化生成ATP 的过程称为氧化磷酸化。又叫偶联磷 酸化。
三 、生物氧化的途径
生物氧化由许多特定的酶促 反应有序衔接的连续化学反应过程。 糖、三酯酰甘油和蛋白质的生物 氧化途径虽有别，但基本可分为 三个阶段
表5-2 生物氧化途径
糖 脂肪 蛋白质
O2 CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
热能
四、生物氧化中二氧化碳的生成
二氧化碳由生物氧化中形成的 中间产物:
它们在水解时所释放的自 由能分别是49.4、61.9和 34.2KJ·mol-1 。 而 ATP 末 端 高
能 磷酸键的形成仅需要吸收30.55 KJ. mol-1。
所以上述三个高能化合物均 可使ADP磷酸化再合成ATP。
这种直接由代谢物分子的 高能磷酸键（硫酯键）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
细胞中可提供能量使ATP再合成的途径:
1 ATP—CP的相互作用; 2 糖的无氧分解——糖酵解; 3 糖、三酯酰甘油和蛋白质的
有氧代谢
（四) ATP---ADP循环
营养物质
O2
ATP
氧化 CO2.H2O
能量
能量
ADP+Pii i
生物合成 神经传递 代谢反应 肌肉收缩 信息传递 吸收分泌 ······
ATP+H20--ADP+Pi+30.6KJ/Mol 生理条件下51.6KJ/Mol
特殊情况下，ADP末端的高能磷酸键也 可水解释放能量。
ADP+H20--AMP+Pi+30.6KJ/Mol
运动时，肌肉ATP利用的部位与作用
（1）肌球蛋白（即肌凝蛋白）ATP酶消耗 ATP，引起肌丝相对滑动和肌肉收缩做功；
第三节 运动时的无氧代谢供能
大强度剧烈运动时，骨骼 肌可利用磷酸肌酸、糖酵解释放 能量合成ATP,并分别构成磷酸原 供能系统和糖酵解供能系统.由于 以上两种代谢过程都不利用氧， 因此统称为无氧代谢。
一、磷酸原供能系统
ATP、CP分子内均含有高能磷酸键，在 供能代谢中，均能通过转移磷酸基团过 程释放能量，所以将ATP、CP分解反应组 成的供能系统称作磷酸原供能系统。