第二讲运动时的能量供应(PDF)

2、能量转化是一个十分效率低的过程，大都多 数能量以不可利用的形式—热释放。
Typically 60% to 70% of the energy used by the body is released as heat. The remaining energy is used for muscular activity and cellular processes.
Krebs循环
Electron transport chain - OXIDATIVE PHOSPHORYLATION
代谢物脱 下的氢，经呼 吸链氧化为水 时所释放的能 量，使ADP磷 酸化生成ATP 的偶联反应过 程，称为氧化 磷酸化。
糖原
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
乳酸
1,6-二磷酸果糖
3－磷酸甘油醛
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How much triglyceride do we have in our body?
• 脂肪组织:12000g • 血浆FFA：0.4g • 血浆甘油三酯：
4.0g • 肌肉内甘油三酯：
300g
Body Stores of Fuels and Energy
Energy density: CARBOHYDRATE vs FAT
Carbohydrate (glycogen & glucose)
• 随时可动用，并且容易被肌肉代谢分解；
• 在肌肉和肝脏摄取吸收并转化为糖原；
• 储存在肝脏的糖原在需要时可转化为葡萄糖并 通过血液循环到肌肉产生ATP。
How much glycogen do we have In our body?
• 依赖氧气分解能源物质产生能量； • 在细胞线粒体内合成ATP； • 比无氧代谢（磷酸原系统和糖酵解系统）合成
的能量要多得多； • 是耐力运动项目运动时主要的能量来源。
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有氧氧化过程ATP的合成
1. 糖的有氧氧化； 2. 三羧酸循环（TCA）（tricarboxylic acid (TCA)
cycle or Krebs cycle or citric acid cycle）； 3. 电子传递链。
肪酸[free fatty acids (FFA)]，所以可得到代谢分 解的量较少；
• 只有FFA能生成ATP。
Where are triglycerides located in the body?
• In the adipose tissue；
• Adipose tissue is located in many different places: in the muscle, under skin, in the abdominal cavity etc.
•ATP can produce movement and other forms of work
What is ATP?
• ATP—所有能量的中 间体；
• 是机体可以直接利用 的唯一能源（The only energy that can be used directly by the body）；
• About 4 kcal/gram
• Brain can only use carbohydrate as its energy resource
脂肪（甘油三酯）Fat (Triglyceride)
• 长时间、低强度运动时的能源物质；
• 机体储存脂肪多于糖的储备量； • 由于脂肪必须分解为甘油（glycerol)和游离脂
第二讲 运动时的能量供应过程
Chapter 2 Energy Supply during Exercise
PROF. WENG XIQUAN gzgipe@yahoo.com.cn
Learning Objectives
• Learn how our bodies change the food we eat into ATP to provide our muscles with the energy they need to move.
Did You Know…?
• 合成2或3ATP；
• 糖酵解系统是进行高强度运动前几分钟时
（during the early minutes of high-intensity exercise）
肌肉获得能量的主要来源。
• 中长跑、游泳、球类等项目运动员完成加速 和冲刺时，能量的主要来源。
有氧氧化系统（Oxidative System）
• 机体运动时主要利用糖和脂肪作为能源； • 蛋白质也作为少量能源提供细胞活动，但其主
要还是作为合成机体组织的物质； • 中等强度以上运动时，机体的能量来源绝大部
分来自于糖的分解代谢。
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How much energy can we get out of PCr?
• PCr + ADP = Creatine + ATP • Only one ATP generated • Low storage in muscle（total 400mmol) • Support exercise for no more than 10 seconds(5-7sec)
~ 70% of energy: Heat ~ 30% of energy: Work
细胞活动的能量
运动时肌细胞能量的供给、转移和 利用是以ATP为中心展开的，ATP释 放的能量供肌肉收缩。
What is ATP?
O
O
O
−O P O P O P
O−
O−
−O
NH2
NCC N
CH
HC
C
N
N
O CH2
O
H
• 磷酸原系统供能在无氧条件下进行，又不产生 乳酸。
糖无氧代谢系统 （Anaerobic Glycolytic System）
• 经过11-12步酶促反应；
• 代谢过程不需要氧；
• 丙酮酸通过无氧酵解生成 乳酸。The pyruvic acid (or pyruvate) produced by anaerobic glycolysis becomes lactic acid (or lactate)
血浆清蛋白 血清 肌肉
Did You Know…?
1、能量不是创造出来的，并且，只是从一种形 式转变为另一种形式获得。(e.g., chemical energy
converted to mechanical energy in muscle, i.e., use ATP to make the muscle contracts)
H
H
H
HO
OH
ATP的结构式
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What is ATP?
每一公斤骨骼肌含4-6mM 的ATP。ATP分解成腺嘌呤核咁二 磷酸(ADP，adenosine diphosphates)時，可釋放出7-12千卡的 热能。
What is ATP?
•ATP is formed during fuel breakdown and oxidation (ATP/ADP)
• ATP—能量利用
个人“货币利用”类似于ATP/ADP能量循环
How much ATP do we have in our body?
• About 60 g in the muscles of an average person
• Enough for no more than seconds(1-3sec)
能或能量(energy)
• 能是作功的本钱(the capacity to perform work)， 也就是功的推动者。任何生命现象活动，皆需 “能”來完成。
• “能”包括机械能、化学能、热能、光能、电能和 核能等六种形式，可以互相转换，且遵循能量守 恒定律。
• 人类体内的“能”究竟由那里而来的呢？我们所吃 的食物与“能”的产生，究竟又有什么关系呢？
Energy (E) Transfer Overview
How do we get energy for exercise?
• We eat food ---chemical energy
• We convert eaten chemicals into own storage fuels (carbohydrates and fat)
蛋白质（氨基酸）Protein (Amino acid)
• 只有组成蛋白质的基本机构单位—氨基酸才能 用以产生能量；
• 通过糖异生作用转化为葡萄糖而作为能源物质 （生糖氨基酸）；
• 饥饿时通过脂肪生成作用生成FFA； • 4cal/g；
• 不是运动时的主要能源物质（not a main fuel for exercise）。
能量的单位（an unit for energy） ——千卡（Kilocalorie）
• Energy in biological systems is measured in kilocalories.
•1 kilocalorie is the amount of heat energy needed to raise 1 kg of water 1°C at 15 °C.
消化
吸收
排泄
同化作用
供能物质
功能物质
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How do we get energy for exercise?
• Storage fuels are broken down
• Carbohydrate: glycogen & glucose
• Fat: triglycerides
糖的来源
脂肪的来源
脂肪细胞 脂肪动员
•人体内糖以游离态 （运输形式）和化合态 （储存形式）两种状态 存在；
• 400~500 grams in all our muscles • 70~90 grams in the liver • a little glucose in the blood
How much energy can we get out of glycogen?
• Examine energy production systems that generate energy for muscles.
• Explore how energy production and availability can limit performance.
• Learn how exercise affects metabolism and how metabolism can be monitored to determine energy expenditure.
甘油 三酯
wk.baidu.com
脂肪酸
脂肪酰CoA
脂肪酰CoA 乙酰CoA CO2＋H2O
（1）活化 （2）进入线粒体 （3）β-氧化 （4）三羧酸循环
细胞质
线粒体
• 脂肪儲存的能量比糖类多。身体內存在的大量的 脂肪几乎是取之不尽。
• 脂肪的能量提供，以棕櫚酸(palmitic acid)为例， 每一分子分解可产生129分子的ATP。
• Energy systems are needed to regenerate ATP for continued activities (> seconds)
Energy Sources
• 短时间激烈运动时，机体利用另一高能磷酸化 合物—磷酸肌酸（phosphate creatine，PCr)；
ATP Production Systems
ATP合成的能量依赖于细胞内能量物质的分解。
无氧代谢 有氧代谢
（1）ATP-CP系统（CP的转化） （2）糖无氧代谢系统（糖酵解） （3）有氧代谢系统（糖、脂肪、蛋 白质的有氧氧化）
运动状态不同，细胞提供能量合成ATP的分解途 径也有所不同。
从能量的观点来说，运动员运动水平的高低取 决于其ATP的再合成能力。
丙酮酸
三羧酸循环
乙酰辅酶A
消耗：2ATP 底物水平磷酸 化：4ATP 氧化磷酸化： 2×2ATP（FAD） 合计：6ATP
氧化磷酸化： 2×3ATP（NAD） 合计：6ATP
底物水平磷酸化： 2ATP 氧化磷酸化： 2×3×3ATP（NAD） 2×1×2ATP（FAD） 合计：24ATP
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脂肪的有氧分解(Oxidation of Fat)
一切运动过程供能都是由不同比例的无氧和有氧代谢过 程组成。因此，代谢过程和运动能力的大小有关。
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ATP—CP系统（ATP-PCr System）
ATP AND PCr DURING SPRINTING
• 肌细胞内ATP储量非常有限，仅能维持最大强 度运动1~3秒，CP的供能时间也仅有5~7秒。
• 磷酸原供能是进行10秒以内最大功率输出的基 本能量来源。