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1、第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,1,第五章 运动时骨骼肌的代谢 调节与能量利用,教学目标,1.掌握运动时物质代谢调节的基本方式、骨骼肌三大供能系统 的供能特点和过程； 2.熟悉运动时骨骼肌无氧代谢、有氧代谢调节的方式与基本规律； 3.了解运动过程中物质代谢的相互关系； 4.学会应用能量代谢的理论，分析体育锻炼与竞技体育中不同 运动状态下能量供应的特点，进一步理解代谢能力、供能能力 与运动能力的关系。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,2,第一节 运动时物质代谢 的相互关系,一、氧化分解的共同规律 1.乙酰辅酶A是三大能源物质分解代谢共同的中间代谢物 2.三羧酸循环是三大能源物
2、质分解代谢最终的共同特点 3.三大能源物质氧化分解释放的能量均储存在ATP的高能 磷酸键中,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,3,二、能量供应的相互关系,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,4,三、糖、脂肪和蛋白质分解代谢关系,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,5,第二节 运动时骨骼肌的能量利用,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,6,一、磷酸原供能系统 （一）磷酸原供能系统的组成,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,7,CP的组成,精氨酸,甘氨酸,鸟氨酸,甲硫氨酸,胍乙酸,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,8,CP的功能,1、高能磷酸基团的储存库 2
3、、组成肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系统,C CP,ATP,ADP+Pi,线粒体,内膜,外膜,细胞质,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,9,（二）运动时骨骼肌磷酸原供能,CP,C,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,10,磷酸原系统供能的特点：,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,11,二、糖酵解供能系统,三、有氧代谢供能,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,12,糖酵解供能系统,有氧代谢供能系统,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,13,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,14,四、运动中三大供能系统的相互关系,ATP-CP,糖酵解,有氧代谢,总能量输出,第五章
4、 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,15,第三节 运动时物质代谢的调节,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,16,概述,一、代谢调节的意义 使生物体内的新陈代谢途径相互衔接、相互制约、高度协调和有条不紊地进行，从而维持代谢平衡。这种高度协调是靠体内一整套精确而有效的代谢调节机制来实现的。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,17,二、代谢调节的基本方式,(一)细胞水平的调节 通过细胞内某些物质浓度的变化，使某些酶的活性或数量改变，从而调节代谢过程的速度。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,18,(二)器官水平的调节,多细胞生物出现了内分泌细胞之后，内分泌细胞所分泌的激素对物
5、质代谢的控制成为器官水平调节的重要方式。 激素作用于靶细胞和靶器官，改变其中代谢物浓度，或改变其中某些酶的催化能力或含量，从而调节代谢反应的速度。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,19,(三)整体水平的调节,神经系统可以释放神经递质以直接影响组织中的代谢，又能影响内分泌腺的活动，改变激素分泌的速度，间接地对整体的代谢进行综合调节。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,20,运动时无氧代谢的调节,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,21,一、骨骼肌磷酸原的代谢调节,(一)ATP利用的调节 运动时，受肌浆钙离子激活，ATP水解速率大大加快，但ATP含量和ATP/ADP浓度比变
6、化不大，这是因为ATP的利用过程总是和再合成过程密切偶联在一起。 一旦ATP被利用，ADP浓度上升，导致ATP/ADP浓度比下降,这种变化可以灵敏地触发代谢调节系统作出反应，以便激活代谢合成ATP，直到比值恢复到正常水平。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,22,由于ATP和ADP的化学结构相似，有关酶在催化反应时难以准确识别。在ATP或ADP对酶的竞争性结合中，特别当ATPADP浓度比明显改变时，酶更难识别和区分它们。,调节机理,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,23,以ATP作为底物的酶，受ADP抑制； 以ADP作为底物的酶，受ATP抑制。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与
7、能量利用,24,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,25,（二）CP利用的调节,运动时，ATPADP浓度比降低，立刻激活肌酸激酶，而安静时，ATPADP浓度比升高，CK活性受抑制。 ADP + CP ATP +C(肌酸) 其供能的调节意义在于最早快速利用，为代谢调节启用糖酵解供能提供过渡时间。,CK,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,26,(三)肌激酶反应的调节,2ADP ATP+AMP,MK,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,27,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,28,二、骨骼肌糖酵解的调节,糖酵解速度在短时间内的大幅度上升，主要是通过关键酶等调节而实现的。,
8、第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,29,(一)磷酸化酶的调节 在安静时，骨骼肌中磷酸化酶大多以低活性的b型状态存在，只有少量高活性的a型。 运动时，磷酸化酶受Ca2+和激素调节。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,30,1代谢效应物对磷酸化酶的调节,磷酸化酶b容易受细胞内各种代谢效应物浓度变化而改变活性。 无机磷酸盐l-磷酸葡萄糖比值升高，5-AMP和无机磷酸的浓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活性的抑制剂。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,31,2钙离子对磷酸化酶活性的调节,钙离子浓度升高，激活肌原纤维ATP酶，引起肌收缩和ATP
9、水解，同时激活磷酸化酶b，引起磷酸化酶转变成a，使糖原分解速度加快。肌细胞pH上升时，钙离子对磷酸化酶激酶的激活作用增大。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,32,3激素对磷酸化酶的调节,磷酸化酶b转变成a的过程受肾上腺素调节。肾上腺素使cAMP浓度增加，进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转换成磷酸化酶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。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,33,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,34,(二)己糖激酶的调节,6磷酸葡萄糖是己糖激酶活性的抑制剂 。 在运动开始后，肌糖原迅
10、速分解，产生6-磷酸葡萄糖并堆积，从而反馈抑制己糖激酶的活性，其结果限制了肌肉摄取和利用血液葡萄糖。 约在运动后数分钟，细胞内6磷酸葡萄糖堆积减少，致使己糖激酶的抑制被解除，骨骼肌开始大量摄取和利用血糖供能。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,35,(三)磷酸果糖激酶的调节,磷酸果糖激酶是糖酵解过程的关键限速酶。 ADP、AMP、NH4+、K+ 、无机磷酸盐、 6-磷酸果糖和pH值升高等是它的激活剂。 抑制剂为ATP、CP、柠檬酸和pH降低等。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,36,当进行激烈运动时，肌肉ATP、CP浓度降低，AMP浓度上升，此时，如果NH4+和无机磷酸盐浓度
11、升高，就可激活磷酸果糖激酶，使糖酵解过程加快。 随运动时间延长(达1分钟以上)，乳酸大量堆积，骨骼肌pH下降，又反过来抑制糖酵解，当肌肉pH降到6.4-6.5时，磷酸果糖激酶的活性显著降低，糖酵解过程显著减弱。 这种代谢调节机制对于防止机体过度酸血症，起到了保护性抑制作用。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,37,当氧气供应充足，线粒体中氧化磷酸化过程再合成ATP，能充分满足运动肌群的能量消耗时，肌细胞中ATP、柠檬酸浓度升高，则磷酸果糖激酶的活性受抑制，避免过量代谢造成能量浪费。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,38,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,39,第五章
12、运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,40,(四)乳酸脱氢酶的调节,LDH1(心肌型)和LDH5(骨骼肌型)。LDH1在慢肌纤维中活性相对高于快肌纤维，其主要功能是催化乳酸生成丙酮酸。当丙酮酸浓度高时，LDH1的活性受抑制。 LDH5在快肌纤维中的活性相对大于慢肌纤维，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。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,41,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,42,运动时有氧代谢的调节,有氧代谢的调节与糖酵解过程的调节不同，主要不是受代谢途径中某些关键酶的调节，而是受组织供氧量和可供肌肉利用的能源物质量的调节。 一、氧的利用率 氧气
13、是有氧代谢的先决条件，所以，有氧代谢运动受氧供应和氧利用速率的调节。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,43,二、运动肌摄取和利用血糖的调节,运动时，血浆肾上腺素水平升高引起细胞内cAMP浓度升高，使低活性的磷酸化酶b向高活性的磷酸化酶a转换，使肌糖原的分解速率提高。 在长时间运动期间，血浆胰岛素水平明显下降，这有利于发挥儿茶酚胺、胰高血糖素对肝糖原分解和脂解的激活作用，同时运动肌吸收血糖仍然增强。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,44,提高运动肌吸收血糖的原因,(1)收缩引起肌浆Ca2浓度升高，引起膜对葡萄糖的转运能力增大； (2)运动肌内血流量增大，向运动肌释放的胰岛素量
14、增多，激活肌细胞吸收葡萄糖； (3)由于肌细胞内代谢途径的调节，促使葡萄糖转移进运动肌的绝对量增加，且不依赖血胰岛素浓度。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,45,这种调节发生在肌糖原大量消耗引起细胞内6磷酸葡萄糖浓度下降时，ATPADP浓度比下降，葡萄糖磷酸化作用加强，血液葡萄糖向肌细胞转运的速率加快，进而利用速率也加快。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,46,三、肝葡萄糖生成和释放的调节,在长时间运动前阶段，肝糖原分解是葡萄糖的主要来源，但在运动后期，糖异生成为肝释放葡萄糖的主要来源。 运动肌吸收和利用血糖的速率加快时，要求肝内糖原分解和糖异生的速率作出相应的改变。,第五
15、章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,47,调节的生化基础 (1)激素调节肝葡萄糖的生成速率。儿茶酚胺和胰高血糖素 (2) 激活肝糖原磷酸化酶的活性，同时抑制糖原合成酶的活性 。 (3)糖异生的基质浓度升高进一步激活糖异生的代谢速率。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,48,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,49,四、脂肪酸利用的调节,促进脂解作用的激素主要有肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素、生长激素、糖皮质激素等。 肾上腺素、去甲肾上腺素的脂解调节作用是通过肾上腺素能起作用，并通过cAMP-蛋白激酶系统激活脂肪酶而实现的。 生长激素能降低肌组织的甘油三脂含量并促进其氧化。,
16、第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,50,胰岛素具有抗脂解作用。 胰岛素的抗脂解作用是通过减少脂肪组织中cAMP含量实现的。运动时血浆胰岛素浓度下将，使对脂解的抑制作用减弱。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,51,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,52,血浆游离脂肪酸浓度超过2毫摩尔/升时，将形成微团、危害心血管系统。 细胞内高浓度脂肪酸将抑制许多酶的活性，并导致线粒体氧化磷酸化解偶联。所以，限制血浆游离脂肪酸浓度过高，是一种有益的内部防御机制。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,53,当脂肪酸动员速率低于利用速率时，血浆游离脂肪酸浓度便下降，其结果，肌肉对糖的
17、利用加强，使糖储备提前耗竭，促使疲劳提前发生。所以除激素对脂肪分解的调节外，还需由肌肉能量利用速率以及脂解过程的反馈调节，提供更精细的脂肪酸氧化调控机制。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,54,(二)酮体的调节,血浆高酮体水平能促进胰腺分泌胰岛素，胰岛素具有强抗脂解作用，能够降低脂肪酸动员；另外，酮体水平的升高也直接削弱脂肪组织的脂解作用。所以，酮体通过直接作用和促进胰岛素分泌的间接作用降低脂解速率。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,55,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,56,(三)甘油三脂和脂肪酸循环反馈调节,甘油三脂和脂肪酸循环的意义是提高脂肪酸动用调节机制的
18、敏感性，使脂肪酸浓度的微小变化对脂肪酸动员速率产生较大的影响。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,57,当肌肉利用脂肪酸的速率增大时，酯化速度下降。另外，脂肪酸抑制甘油三酯酶活性的作用降低，从而促进脂肪组织动员脂肪酸。,调节机理,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,58,当肌肉内脂肪酸氧化速率下降时，有利于脂肪组织内合成甘油三酯。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,59,五、糖和脂肪酸利用的调节,为了获得最大耐力的运动能力，糖和脂肪必须同时利用。运动中尽可能多地利用脂肪酸氧化供能，可起到糖节省化，使有限的糖储备维持到运动末，维持血液葡萄糖浓度的相对恒定，满足大脑对血糖的需求，防止低血糖症的发生和发展。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,60,调节的机理,当脂肪酸在肌内氧化加强时，引起糖酵解和丙酮酸氧化的激活剂浓度升高，如柠檬酸和6磷酸葡萄糖。 乙酰辅酶A /辅酶A比值升高将抑制丙酮酸脱氢酶活性，降低糖的有氧代谢。线粒体内生成的柠檬酸泄出到细胞质内，其浓度增大也将抑制磷酸果糖激酶活性，使糖酵解速率降低。糖酵解过程抑制使6磷酸葡萄糖浓度升高，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。,第五章 运动时骨骼肌的代谢调节与能量利用,61,