第二章糖质代谢与运动

第二章糖质代谢与运动,掌握糖的概念，葡萄糖的化学结构、人体内糖的存在形式与储量、糖代谢不同化学途径与ATP和成的关系、糖代谢及其产物对人体运动能力的影响；2.了解糖的组成、成分和运动时的生物学功能；3.熟悉糖酵解、糖的有氧氧化、糖原和成和糖异生作用的基本代谢过程及其在运动中的意义；4.理解运动训练和体育锻炼中糖代谢产生的适应性变化。,教学目标,糖类作物,第一节糖质概述,葡萄糖,水果中富含果糖,纤维素,一、糖质的概念和化学组成,糖质的概念糖质是一类多羟基醛或多羟基酮，或通过水解可以产生多羟基醛或酮的物质,一些糖质的化学构成,二、糖的分类单糖单糖是最简单的糖，只含一个多羟基醛或多羟基酮单位。,葡萄糖的开链结构和构型,葡萄糖的环状结构,寡糖寡糖又称低聚糖，是由几个(一般为210个)糖单位通过糖苷键连接形成的短链聚合物。,多糖多糖由10个以上糖单位组成，某些则含成百上千个糖单位。,糖原glycogen,三、糖的生物学功能,1）氧化供能（主要功能）2）提供合成体内其他物质的原料3)组成人体组织结构的重要成分4)参与组成特殊功能的糖蛋白5)形成许多重要的生物活性物质,（一）人体内糖的存在形式与储量（1）血糖血液中的葡萄糖又称血糖，正常人空腹浓度为80-120mg%。血糖是包括大脑在内的中枢神经系统的主要能源。运动员安静状态下的血糖浓度与常人无异。血糖浓度是人体糖的分解及合成代谢保持动态平衡的标志。饥饿及长时间运动时，血糖水平下降，运动员会出现工作能力下降及疲劳的征象。肝糖原可以迅速分解入血以补充血糖，维持血糖的动态平衡。,(2)糖原人体各种组织中大多含有糖原，但其含量的差异很大。例如，脑组织中糖原含量甚少，而肝脏和肌肉中以糖原方式贮存的糖类约有350-400克，运动员糖原储量可达400-550克。肌糖原既是高强度无氧运动时机体的重要能源，又是大强度有氧运动时的主要能源。许多研究表明，糖原贮量(特别是肌糖原)的增多，有助于耐力性运动成绩的提高。,（二）运动时糖的生物学功能,1）提供机体所需能量2)对脂肪代谢具有调节作用3）具有解约蛋白质的作用4）具有促进运动性疲劳恢复的作用,第二节糖的分解代谢,一、糖酵解(glycolysis)二、糖的有氧氧化(aerobicoxidation)三、磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway),一、糖的无氧酵解(glycolysis),概念：无氧，葡萄糖（糖原）乳酸(lactate),反应部位：细胞液(cytoplasm),（一）糖酵解过程的4个阶段,1、葡萄糖果糖-1，6-二磷酸2、果糖-1，6-二磷酸2分子磷酸丙糖3、甘油醛-3-磷酸丙酮酸4、丙酮酸乳酸,1.葡萄糖果糖-1，6-二磷酸,(glucose),(fructose-1，6-bisphosphate),己糖激酶葡萄糖激酶（肝）,反应不可逆,果糖磷酸激酶-1,2.果糖-1，6-二磷酸2分子磷酸丙糖,fructose-1,6-bisphosphate,triosephosphate,3.甘油醛-3-磷酸丙酮酸,glyceraldehydes3-phosphate,pyruvate,糖酵解过程中惟一的脱氢反应,底物水平磷酸化生成ATP（substratelevelphosphorylation),底物水平磷酸化产生ATP,丙酮酸激酶,反应不可逆,4.乳酸的生成,丙酮酸在无氧条件下还原为乳酸，有氧则进入线粒体氧化。,来自甘油醛-3-磷酸脱氢,果糖-1，6-二磷酸,糖酵解小结,反应部位在胞液不需氧的产能过程（底物水平磷酸化）1G2ATP，Gn（G）3ATP3.终产物乳酸：释放入血，进入肝脏代谢分解利用乳酸循环,4.有3步不可逆反应：GG-6-PF-6-PF-1,6-BPPEP丙酮酸,ATPADP,ATPADP,ADPATP,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,糖酵解小结,糖酵解的调节,关键酶,调节代谢途径中关键酶的活性而影响代谢速度,果糖磷酸激酶-1,AMPADP果糖-2,6-二磷酸果糖-1,6-二磷酸,ATP（高浓度）柠檬酸长链脂肪酸,激活抑制,己糖激酶,G-6-P长链脂酰CoA,抑制,丙酮酸激酶,果糖-1,6-二磷酸,激活,ATP丙氨酸,抑制,ATP的生成数量,反应ATP,GG-6-P,F-6-PF-1,6-BP,甘油酸-1,3-二磷酸丙酮酸,烯醇丙酮酸磷酸,丙酮酸,1分子葡萄糖净生成ATP数,-1-1+12+12+2,（二）糖酵解生理意义,是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式某些组织在有氧时也通过糖酵解供能：,二、糖的有氧氧化,概念：有氧，葡萄糖（糖原）CO2+H2O+ATP,有氧氧化的概况,第一阶段：葡萄糖丙酮酸（胞液）第二阶段：丙酮酸乙酰CoA（线粒体）第三阶段：乙酰CoACO2+H2O+ATP（三羧酸循环）（线粒体）,（一）有氧氧化的反应过程,Glc,2CH3COCOOH,2NADH+2H+,呼吸链(respiratorychain),H2O+23ATP（22ATP）,1.葡萄糖氧化分解为丙酮酸,同糖酵解途径，反应在细胞液进行,2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,反应不可逆,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,TPP（VitB1）,HSCoA（泛酸）硫辛酸,FAD（VitB2）NAD+（VitPP）,酶,辅酶（维生素）,丙酮酸脱氢酶系的组成,丙酮酸氧化脱羧反应过程,三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TAC)指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸的重复循环反应的过程。,3.三羧酸循环,柠檬酸循环,Krebs循环,所有的反应均在线粒体中进行,TAC,CH3COSCOA（C2）,草酰乙酸（C4）,柠檬酸（C6）,-酮戊二酸（C5）,HSCoA,（1）反应过程:,反应不可逆,反应不可逆,反应不可逆,底物水平磷酸化生成ATP,三羧酸循环的总反应式：,H2O+ATP,电子传递链,三羧酸循环,（二）葡萄糖有氧氧化生成的ATP,葡萄糖葡萄糖-磷酸-1,第一阶段：葡萄糖丙酮酸,果糖-磷酸果糖-1,6-二磷酸-1,2甘油醛-3-磷酸2甘油酸-1,3-二磷酸NAD+23或22,2甘油酸-1,3-二磷酸2甘油酸-3-磷酸21,2烯醇式丙酮酸磷酸2丙酮酸21,辅酶ATP,6或8ATP,第二阶段：,2丙酮酸2乙酰CoANAD+23,辅酶ATP,6ATP,（二）葡萄糖有氧氧化生成的ATP,第三阶段：三羧酸循环,2异柠檬酸2-酮戊二酸NAD+232-酮戊二酸2琥珀酰CoANAD+232琥珀酰CoA2琥珀酸212琥珀酸2延胡索酸FAD222苹果酸2草酰乙酸NAD+23,辅酶ATP,24ATP,（二）葡萄糖有氧氧化生成的ATP,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,（三）有氧氧化的生理意义,有氧氧化是机体获得能量的主要方式,三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质分解代谢的最终代谢通路；是三大物质代谢联系的枢纽,糖原脂肪蛋白质,葡萄糖脂肪酸氨基酸甘油,乙酰辅酶A,营养物质氧化分解的共同通路,磷酸戊糖途径,第三节糖原合成和糖异生作用,一、糖原的合成,概念：由葡萄糖、果糖或半乳糖等单糖在体内合成糖原的过程称为糖原合成。肌肉：肌糖原，180300g，主要供肌肉收缩所肝脏：肝糖原，70100g，维持血糖水平,GnGG-6-PG-1-PUDPGGn+1关键酶：糖原合酶葡萄糖的供体：UDPG，需小分子糖原作引物消耗的能量：2分子ATP,（一）基本代谢过程,（二）糖原和成在运动中的意义,1）运动补糖的生化基础2）运动后糖原合成增加的机制,*部位,*原料,*概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸等,从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程,（二）糖异生Gluconeogenesis,一、糖异生的基本过程,1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)-丙酮酸羧化支路,2.果糖-1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸,3.葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖,葡萄糖葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-1-磷酸糖原,果糖-6-磷酸,果糖-1，6-二磷酸,甘油醛-3-磷酸,磷酸二羟丙酮,甘油-3-磷酸,甘油,甘油酸-1，3-二磷酸,甘油酸-3-磷酸,甘油酸-2-磷酸,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,丙酮酸,乳酸,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,磷酸烯醇式丙酮酸,线粒体,甘油和乳酸的糖异生途径,（二）糖异生的生理意义,1、保证饥饿情况下血糖浓度的相对恒定2、糖异生作用有利于乳酸的回收利用3、协助氨基酸的分解代谢4、有助于维持酸碱平衡,第四节糖代谢对人体运动能力的影响,一、糖原与运动能力,（一）肌糖元1、肌糖原与无氧代谢运动能力：肌糖原储量过低，可抑制乳酸的生成，从而降低无氧代谢能力。2、肌糖原与有氧代谢能力：在长时间、大强度运动中（45-200分钟），运动前肌糖原储量决定了运动员达到运动力竭的时间；肌糖原储量与人体的有氧运动能力密切相关，在长时间运动的最后阶段，肌糖原水平的高低可能是决定胜负的关键因素。,（二）肝糖元1、运动时肝葡萄糖的生成（1）肝糖原的分解（2）糖异生作用2、运动时肝葡萄糖的释放：运动时肝葡萄糖释放速率是随运动强度增大而加快的。,二、血糖与运动能力,血糖的来源和去路,（一）运动时血糖的变化：,进行1-2min的短时间大强度运动，骨骼肌主要依赖肌糖原酵解供能，由于运动时间短，血糖浓度变化不大。进行4-10min的全力运动时，骨骼肌依赖糖的有氧和无氧代谢供能，摄取血糖速率增加。但是由于肝脏输出葡萄糖的速率也增加，因此，血糖浓度明显上升。进行5-30min的全力运动时，骨骼肌依赖糖的有氧氧化供能，消耗血糖的速率超过肝脏释放葡萄糖的速率，血糖浓度开始回落但仍高于安静水平。4.进行1-2小时长时间运动之疲劳时，肌糖原大量排空，骨骼肌利用血糖速率显著增加，肝糖原也大量排空，血糖水平即使处在正常范围，也属于低限区。5.进行2-3小时长时间运动之疲劳时，如果没有外源性葡萄糖补充，会出现低血糖。,（二）血糖的调节,组织器官调节神经调节激素调节,（1）肝脏调节,进食后肝糖原合成不进食肝糖原分解饥饿时糖异生作用,肾糖阈：肾对糖的重吸收能力(8.899.99mmol/L),（renalthresholdofsugar）,血糖肾糖阈：尿中不含葡萄糖血糖肾糖阈：出现糖尿,（2）肾脏调节,（3）神经和激素的调节,神经调节用电刺激交感神经系的视丘下部腹内侧核或内脏神经时，肝糖原分解，血糖升高。用电刺激副交感神经系的视丘下部外侧或迷走神经时，肝糖原合成，