运动生物化学第三章 脂代谢与运动ppt课件

第三章脂代谢与运动,第一节脂质概述第二节脂肪的分解代谢第三节运动时脂代谢的特点第四节运动、血脂与健康,教学目标1、掌握脂质的概念与功能、脂肪酸分解代谢的过程、运动时脂肪利用的特点与规律2、了解酮体的生成和利用及运动中酮体代谢的意义3、理解运动、脂代谢与健康的关系，并学会如何应用所学知识、科学地指导体育锻炼以改善脂代谢，增进健康,脂类是存在于生物体内的一类主要的有机化合物，其中脂肪是人类三种基本能源物质之一，是以有氧代谢为主的运动中的主要能源物质。在耐力运动项目中，机体利用脂肪酸供能的能力是影响运动能力的重要因素。,脂代谢与健康的关系越来越受人关注。高脂血症是导致心血管疾病的最主要的危险因素。心血管疾病如动脉粥样硬化（AS）和冠心病（CHD）等，已成为影响健康、导致死亡的重要因素。由于心血管疾病导致的死亡人数也日益增加。,第一节脂质概述一、脂质的概念脂质是指由脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。脂肪酸:RCOOH醇:如甘油,脂类是构成人体组织的重要物质，也是人体安静正常状态、禁食、饥饿或长时间中低强度运动时的主要能量物质。,1存在与分布广泛存在动植物体内，是机体的重要组成部分。脂类是一类有机化合物，人体内不同组织中脂类组成和结构上存在很大的差别。脂肪主要分布在皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等处的脂肪组织中，是储备能源的主要形式；,2化学组成脂质的化学组成上主要有碳、氢、氧3种元素，有些物质还含有氮、磷和硫等。,二、脂质的分类根据组分，通常把脂类分为单纯脂、复合脂和类脂三类。,（一）单纯脂脂肪:又称甘油三酯，是由1分子甘油和3分子脂肪酸脱水缩合而成。,R1-3代表碳氢链，可能相同，也可不同。,自然界中的脂肪酸通常具有偶数的碳（C）原子，链长一般为12-22个碳原子。碳链有饱和的，如硬脂酸和软脂酸等，为饱和脂肪酸；也有不饱和的，叫不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸。人体只能合成饱和的脂肪酸和单个双键的不饱和脂肪酸。亚油酸、亚麻酸只能从植物中获取。通常把维持人体生长所需而体内不能合成的脂肪酸，称为必需脂肪酸。如二十碳五烯酸（EPA）、如二十二碳六烯酸（DHA）合称脑黄金，具有益智保健功效。,常见的不饱和脂酸,不饱和脂肪酸具有广泛的生理功能：1保持细胞膜的相对流动性，以保证细胞的正常生理功能2使胆固醇酯化，降低血中胆固醇和三酰甘油3是合成人体内前列腺素和凝血因子的前体物质4降低血液黏稠度，改善血液循环5提高脑细胞的活性，增强记忆力和思维能力,（二）复合脂复合脂是由简单脂和一些非脂物质如磷酸、含氮碱基等共同组成的。常见的复合脂：磷脂、糖脂和脂蛋白。1磷脂磷脂是一类含磷的复合脂，广泛存在于动物的脑、肾、肝、神经组织、禽蛋的卵黄和植物的种子中。,2糖脂糖与脂类以糖苷键相连形成的化合物称为糖脂。糖脂是细胞膜的组分，其糖结构突出于质膜表面，与细胞识别和免疫有关。位于神经细胞的还与神经传递有关。,3脂蛋白脂蛋白主要是由蛋白质、脂肪、胆固醇和磷脂等组成。其合成部位基本在肝脏。血浆脂蛋白是血液中脂类物质的转运形式，通常用超离心法根据其密度由小到大分为五种：乳糜微粒(CM)；极低密度脂蛋白(VLDL)；低密度脂蛋白(LDL)；高密度脂蛋白(HDL)；极高密度脂蛋白(VHDL)。,（三）衍生脂质类脂是指一些理化性质与脂肪相似的不含结合脂肪酸的脂类物质。最常见的是类固醇及其衍生物，如胆固醇、胆汁酸、维生素D、固醇类激素等。胆固醇的含量及分布：含量：约140克分布：广泛分布于全身各组织中大约分布在脑、神经组织肝、肾、肠等内脏、皮肤、脂肪组织中也较多肌肉组织含量较低肾上腺、卵巢等合成类固醇激素的腺体含量较高,动物胆固醇(27碳),胆固醇在动物组织中含量丰富，具有广泛的作用，对人体是不可少的；其生理功能为：1、细胞的重要组分；2、合成胆汁酸、固醇类激酸的前体；3、维持生物膜的正常透过能力；4、组成神经髓鞘绝缘物质5、解毒但是过量摄入高胆固醇食物，易导致动脉粥样硬化和心脏病。,三、脂质在运动中的生物学功能（一）脂肪氧化分解释放能量在短时间激烈运动时，无论是动力性运动还是静力性运动，肌肉基本上不能利用脂肪酸。在低于6065最大摄氧量强度的长时间运动中，尤其是在60最大摄氧量以下强度的超长时间运动中，脂肪成为运动肌的重要供能物质。（二）复合脂质和衍生脂质是构成细胞的成分（三）促进脂溶性维生素吸收（四）脂肪防震和隔热保温作用（五）脂肪的氧化利用具有降低蛋白质和糖消耗的作用,脂类的分类、含量、分布及生理功能,每克脂肪完全氧化可产生ATP的克数是糖的2.5倍；糖原以水化合物的形式储存在细胞内，而脂肪则以无水的形式储存，所以脂肪分子形式储能具有体积小的特点。研究认为，如果人有脂肪16千克，可供19.2天步行，或马拉松跑7143分钟。,第二节脂肪的分解代谢一、脂肪的动员与水解脂肪细胞内储存的脂肪经脂肪酶催化水解释放出脂肪酸，并进入血液循环供给全身各组织摄取利用的过程，称为脂肪动员。,甘油三酯的消化与吸收,脂肪分解释放出的甘油，只能在肾、肝等少数组织被氧化利用，如下图所示生成的磷酸二羟丙酮后，进入糖代谢途径。,二、甘油的分解代谢,磷酸二羟丙酮,磷酸二羟丙酮,(1)彻底氧化为CO2和H2O；(2)经糖代谢途径进行分解，转变成乳酸；(3)经糖异生作用转变成糖。,1.由于肌肉中缺乏磷酸甘油激酶，故甘油不能直接为肌肉供能。2.在肝脏，每分子甘油氧化生成乳酸时，释放能量可合成4ATP；3.如果完全氧化生成CO2和H2O时，则释放出的能量可合成18.5ATP。,甘油代谢的生物学意义1.脂解过程中释放的甘油，只在肾、肝等少数组织内氧化利用；2.而骨骼肌中的甘油释入血液循环到肝脏进行糖异生作用生成葡萄糖。每2分子甘油经糖异生可合成1分子葡萄糖。补充血糖水平，保证运动耐力的正常发挥。,三、脂肪酸的分解代谢脂肪酸是长时间运动的基本燃料。运动时肌肉利用脂肪酸主要来源于肌细胞内的甘油三酯和循环系统中的游离脂肪酸。在线粒体内一系列酶的催化下，脂肪酸逐步裂解出二碳单位-乙酰辅酶A，在经三羧酸循环和呼吸链氧化，其分解过程如下：,甘油三酯的消化与吸收,（一）脂肪酸的-氧化：分为活化，转移，-氧化共三个阶段1脂肪酸的活化和葡萄糖一样，脂肪酸参加代谢前也先要活化。脂肪酸转变为脂酰辅酶A的过程，称为脂肪酸的活化。,在线粒体外膜，经酰基辅酶A合成酶催化，并由ATP提供2个高能磷酸键（ATP-AMP），脂肪酸与辅酶A结合，生成脂酰辅酶A。活化后生成的脂酰CoA极性增强，易溶于水；分子中有高能键、性质活泼；是酶的特异底物，与酶的亲和力大，因此更容易参加反应。,2脂肪酰辅酶A进入线粒体脂酰辅酶A不能直接穿过线粒体内膜，借助内膜上的肉碱转运机制被转运至线粒体内。,肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）的结构如下：,肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。,3脂酰辅酶A的-氧化脂肪酸在一系列酶的作用下，在，-碳原子之间断裂，-碳原子被氧化成羧基，生成含2个碳原子的乙酰辅酶A，和较原来少2个碳原子的脂肪酸，故称-氧化。每一次-氧化包括：脱氢、加水、再脱氢、硫解四步反应。,长链脂酰CoA经上面一次循环，碳链减少两个碳原子，生成一分子乙酰CoA，多次重复上面的循环，就会逐步生成乙酰CoA。1分子长链脂肪酸经过（n-2)/2次氧化作用，完全降解为n/2分子的乙酰辅酶A。,以16碳的软脂算彻底氧化为例：共进行了：7次-氧化=（n-2）/2生成：7分子FADH2,7分子NADH+H+8分子乙酰辅酶A共产生：71.5+72.5+810=108分子ATP减去活化阶段消耗1分子ATP，净生成108分子ATP。,4脂肪酸完全氧化和ATP的生成,脂肪酸氧化生成ATP多少可用以下公式计算:,(Cn2)-15ATP+(Cn2)12ATP-ATP,注:,(Cn2)-1:氧化次数,n为C原子数,5ATP:1次氧化脱氢生成的ATP总数,(Cn2)：生成乙酰辅酶A分子总数,12ATP：1分子乙酰辅酶A产生12ATP,ATP：脂肪酸活化消耗的ATP数目,（二）脂肪酸-氧化的生理意义1、-氧化是体内脂肪酸分解的主要途径，脂肪酸氧化可以供给机体所需要的大量能量。在碳原子数相同的情况下，脂肪酸较葡萄糖能提供更多的能量。2、脂肪酸-氧化也是脂肪酸的改造过程，人体所需要的脂肪酸链的长短不同，通过-氧化可将长链脂肪酸改造成长度适宜的脂肪酸，供机体代谢所需。,四、酮体代谢（一）酮体的生成在肌肉等组织的细胞内，脂肪酸能够完全氧化成二氧化碳和水。在某些组织如肝脏细胞内脂肪酸氧化不完全，-氧化生成的乙酰辅酶A大于量堆积,而缩合生成乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮等中间代谢产物，总称酮体。所以，酮体是肝脏脂肪酸不彻底氧化产物。,（二）酮体的利用酮体的氧化主要发生在心肌、骨骼肌、神经系统和肾脏，在这些组织的线粒体内有活性很强的代谢酮体的酶系，可以将乙酰乙酸和羟丁酸转变成乙酰辅酶A，然后通过三羧酸循环氧化成二氧化碳和水。,（三）酮体代谢与运动1运动对血酮体浓度的影响酮体生成后透过细胞膜进入血液，成为血酮体。血酮体浓度一般在0.8-5mg%。,酮症酸中毒是糖尿病的急性并发症之一，是由于体内胰岛素严重不足所致。多数病人在发生意识障碍前数天有多尿、烦渴多饮和乏力，随后出现食欲减退、恶心、呕吐，常伴头痛、嗜睡、烦躁、呼吸深快，呼气中有烂苹果味（丙酮）是其典型发作时候的特点。随着病情进一步发展，出现严重失水，尿量减少，皮肤弹性差，眼球下陷，脉细速，血压下降。至晚期时各种反射迟钝甚至消失，嗜睡以至昏迷。,代谢胜酸中毒即酸血症的症状表现初期很不明显，往往被其原发病所掩盖。一般也没有特异性症征，呼吸活动加强及面部潮红往往易被忽略，其次可表现恶心、无力和倦怠等。酸血症严重时可发生心血管功能的改变，如室性心律失常、心室功能降低、血压降低甚至休克，以及中枢神经功能障碍的症状如嗜睡或昏迷。,运动对血酮体的影响，主要发生在中低强度长时间运动中。1、短时间剧烈运动后，血酮体没有明显改变；2、长时间运动时，尤其是在糖储备低下的运动过程中，血酮体明显升高，并与血浆自由脂肪酸（FFA）浓度升高一致。运动时酮体生成的部位主要在肝脏。,2运动时酮体代谢的意义（1）酮体是体内能源物质转运的一种形式.酮体是肝脏脂肪酸代谢的中间产物。酮体是水溶性物质，易于在血液中运输，并且可以通过血脑屏障。人体利用脂肪酸供能时，酮体是联系肝脏与肝外组织的一种能量特殊运输形式。（2）酮体参与脑组织和肌肉的能量代谢.在进行长时间的耐力运动时，由于脂肪酸大量动员，肝脏中生成的酮体大量增多，在一定程度上，血酮体可以代替血糖成为脑组织和肌肉的重要来源，这在机体糖储备减少时降低脑组织对血糖的依赖性、防止中枢疲劳、节省血糖以保持运动能力等有积极作用。,3、参与脂肪酸动员的调节,血酮体,胰岛素,血浆胰岛素,脂肪组织脂解作用,脂肪动员速率,4、血、尿酮体浓度可评定体内糖储备状况,肝糖原的储量对酮体的生成有重要影响，表现为体内糖储备决定肝脏脂肪酸的两条代谢途径的速率，从而影响酮体的生成量。因此，测定血、尿酮体浓度可评定体内糖储备状况。,糖储备充足,糖代谢,-磷酸甘油,-磷酸甘油,糖代谢,糖储备不足,甘油三酯、磷脂,酯化量,脂肪酸,酮体,肝脏内脂肪酸的主要两条代谢途径,第三节运动时脂代谢的特点运动时脂肪可以参加能量代谢，游离脂肪酸在血浆库内转换率高，是安静、运动时骨骼肌的主要供能物质之一。6065最大摄氧量或以下强度运动，脂肪分解能够提供运动肌所需的大部分能量。,一、运动时的脂肪代谢脂肪参与骨骼肌能量代谢是通过脂肪酸氧化来实现的，甘油不能直接为骨骼肌利用。有三个部位的脂肪经水解途径产生脂肪酸，并提供给运动肌氧化供能。(1)脂肪组织(即脂库)储存的脂肪；(2)循环系统即血浆脂蛋白含有的脂肪；(3)肌细胞浆中的脂肪。运动时人体基本上不利用肝脏内储存的脂肪。,肌内甘油三酯含量与肌纤维类型、营养和身体活动量有关。以中性脂滴的形式存在，分布于含线粒体丰富的慢肌纤维中，并与线粒体容积成正相关。平均含量为12mmol/Kg，比脂肪组织的400-800mmol/Kg含量要少得多。,（一）骨骼肌的三酰甘油,长时间运动中，LPL的活性提高骨骼肌内（近2倍）比脂肪组织（20%）明显，故耐力训练可提高骨骼肌利用肌内甘油三酯的能力。骨骼肌内LPL也受多种激素调节。它的活性受低浓度肾上腺素、胰高糖素抑制，受高浓度肾上腺素、胰高糖素激活。LPL（脂蛋白脂酶）,（二）血浆内的三酰甘油血浆中的甘油三酯是与磷脂、胆固醇、胆固醇酯和载脂蛋白以不同比例结合而存在，共同构成各种脂蛋白。其中乳糜微粒和极低密度脂蛋白中含有的甘油三酯较多低密度脂蛋白和高密度脂蛋白中含有较少量的甘油三酯。,血浆脂蛋白的化学组成及其相对百分比,血浆脂蛋白中甘油三酯的分解,血浆甘油三酯的供能作用很小。人在适中运动时，血浆三酯浓度变化不明显。运动中血浆甘油三酯转换加快。训练使人体血浆三酯浓度降低。,（三）脂肪组织中的三酰甘油脂肪水解产生的脂肪酸只有部分被释放入血，大部分脂肪酸在脂肪细胞内直接参与再酯化过程，这又被称为甘油三酯脂肪酸循环。动员入血的脂肪酸（为长链脂肪酸的形式，即软脂酸、硬脂酸和油酸等）立即与血浆清蛋白结合，以增加其水溶性，便于运输到各组织器官进一步代谢，而大部分脂肪酸在脂肪细胞内直接参与再酯化过程（2/3）。,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,糖酵解,-磷酸甘油,脂肪细胞,血液,TG,FFA,甘油,脂肪组织内甘油三酯和脂肪酸循环,TG,长时间运动中狗脂肪组织血流量、甘油、脂肪动员的变化,血流量（ml/100g.Min）,游离脂肪酸(ummol/100g.Min),甘油（ummol/100g.Min）,运动开始后脂解强度迅速提高，在运动中速率进一步加快，这表明，运动中脂肪组织内脂解过程几乎处于持续稳定的激活状态。,运动时脂肪组织脂肪水解状况：,二、运动时脂肪酸的利用运动时骨骼肌氧化脂肪酸依靠甘油三酯（脂肪）水解和摄取血浆FFA，随着运动时间延长，血浆FFA供能起主要作用。,（一）运动对血浆游离脂肪酸含量的影响1、在安静、空腹状态时，人的血浆FFA浓度为6-16mg%（0.1mmol/L）。2、运动过程中，血浆FFA浓度升高。血浆FFA转运率较快，半寿期大约为4分钟。3、中等强度运动时，其转运率也随着加快。4、反应血浆FFA：无论在静息状态、低强度和中等强度运动时都能积极地参与各组织器官的氧化供能。,（二）运动对血浆游离脂肪酸的影响1、安静时血浆游离脂肪酸利用动脉血FFA是安静肌的基本燃料，大约50的血浆FFA在流经肌肉的过程中被吸收利用。2运动时血浆脂肪酸利用:在短时间极量或高强度运动中（大于80%最大摄氧量），骨骼肌摄取血浆FFA的数量有限，血浆游离脂肪酸供能的意义不大。在长时间运动中，血浆FFA在骨骼肌的供能中起着关键作用。,长时间耐力运动开始的数分钟内，如自行车运动，由于大量肌群参与工作，血浆FFA浓度出现暂时下降，然后逐渐升高。这是因为：A运动时肌肉吸收血浆脂肪酸增多，但脂肪组织分解及脂肪酸释放入血的量相对不足。B进入脂肪组织的血流量暂时下降，造成肌肉吸收血浆FFA的速率与脂肪组织向循环系统释放的速率之间暂时不平衡。,在运动3、4小时后，血浆FFA浓度达到最高值，接近2毫摩尔/升。在运动终止时，骨骼肌利用脂肪酸立即减弱，而脂肪组织内由于代谢活动使脂解仍然保持较高速率，其结果，运动后血浆FFA浓度将上升。大约经过10-15分钟，血浆FFA达到最高水平，然后下降，逐渐恢复到安静时水平(1.2-0.5毫摩尔升)。,不同组织利用血浆FFA供能的差异,1、心肌和肝脏具有较强的脂肪酸氧化能力，骨骼肌利用脂肪酸供能的能力处于中等水平；2、不同类型肌纤维氧化FFA的能力差别很大，IIa型肌纤维具有高酵解能力，氧化FFA的能力差；而I肌纤维具有高氧化FFA的能力。,三、影响脂代谢的因素与运动能力1运动员身体素质水平高水平耐力运动员呼吸循环系统转运氧的能力高，肌内线粒体氧化脂肪酸的能力强，因而运动时脂肪酸氧化供能的比例相对较高，有利于运动时节省糖储备。2运动强度和持续时间3脂肪动员和脂肪酸转运的能力4脂肪酸的碳链及饱和度5膳食干预：咖啡因、肉碱、禁食,低糖膳食使肌糖原储量低下时，或饥饿1-3天，脂肪酸氧化供能量可高达80-90%。吃糖可抑制脂肪组织的脂肪分解服用咖啡因促进脂肪组织的脂解作用补充肉碱，也可加快脂肪酸的分解代谢与常温天气下比较，冷天消耗血浆脂肪酸的数量增多。,四、脂肪分解与运动适应耐力训练与脂肪分解代谢的适应产生适应的机制1运动训练可促进儿茶酚胺的释放，激活腺苷酸环化酶，细胞内cAMP的含量升高。2耐力训练能引起骨骼肌局部毛细血管密度增加，使毛细血管内皮表面积增大，骨骼肌氧气供应充足，有利于脂肪酸的分解代谢。3耐力训练使肌细胞内线粒体的数目增多、体积增加，线粒体中的各种氧化酶如脂肪酸-氧化系列酶、三羧酸循环酶、呼吸链氧化酶的活性均上升，细胞色素的含量明显增加，使骨骼肌细胞在运动时，能够更加快速高效的氧化脂肪酸，释放能量。4耐力训练可以改善心肺功能，增加心脏血液输出量和运动时血液循环，为脂肪酸氧化所需的氧气提供保证。,第四节运动、血脂代谢与健康机体血脂代谢异常是造成AS和CHD等多种疾病的重要危险因素。