运动生物化学第二章课件

第二章糖质代谢与运动,1、掌握人体内糖的存在形式与储量、运动时糖的生物学功能、糖代谢不同途径与ATP合成的关系、糖代谢及其产物对人体运动能力的影响；2、了解糖的概念、组成、分类；3、熟悉糖酵解、糖的有氧氧化、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,（一）糖质的概念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。,葡萄糖,结构特点：多羟基醛,果糖,结构特点：多羟基酮,（二）糖的化学组成,糖类物质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）三种元素组成，其中氢与氧原子之比与水相同，也就是2：1，故多数糖可用通式Cn（H2O）n表示。,二、糖的分类单糖最简单的糖，只含一个多羟基醛或多羟基酮单位。,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。,蔗糖,乳糖,寡糖在运动实践中的应用,低聚糖饮料：目前，在运动饮料中常配入48(10)个葡萄糖单位的低聚糖，以增加葡萄糖的浓度，又可降低渗透压，有利于糖的利用和水分的吸收。具有延迟长时间运动疲劳发生和加速运动后糖储备恢复的良好效果。,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,糖原又称动物淀粉，结构上与支链淀粉相似，由几百至几千个葡萄糖连接而成；以颗粒形式广泛存在于人体、动物体内，肝脏和肌肉内的储存量尤为丰富。,糖原,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，总量约500克，运动员可达550-750克。血糖是运输形式，糖原是储存形式。,三、糖的生物学功能,（一）人体内糖的存在形式与储量,（1）概念：血液中的葡萄糖。（2）空腹血糖浓度较为恒定，大约为4.4-6.6mmol/L，（80-120mg/dL），总量约为6g。运动员安静状态下的血糖浓度与常人无异。（3）功能血糖是包括大脑在内的中枢神经系统的主要能源、是红细胞的唯一能源、是运动肌的肌外燃料。,1.血糖,2、糖原,（1）肌糖原含量：约为肌肉重量的1%-1.5%，总量约为350-400g，耐力运动员可达2-3%。快肌纤维中含量较慢肌纤维中略多。功能：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。（2）肝糖原含量：占肝重的5%，总量约为75-100g，受饮食糖量影响较大（15-80g/kg肝组织）。功能：对维持血糖浓度的正常水平有重要作用。,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、提供机体所需能量糖是人体的基本供能物质，正常生理活动中6070的能量来自糖氧化。（1）血糖是安静和运动时中枢神经系统的主要能源（2）肌糖原是短时间、大强度间歇运动和长时间持续运动的主要能源。,2、对脂肪代谢具有调节作用3、具有节约蛋白质的作用4、具有促进运动性疲劳恢复的作用,（二）运动时糖的生物学功能,作业,一、判断题1、糖类物质就是碳水化合物。2、运动饮料中常配入48(10)个葡萄糖单位的低聚糖，以有利于糖的利用和水分的吸收。3、血糖是骨骼肌利用的最重要肌内燃料。4、脑组织糖原储量很少，正常大脑生理活动所需要的能量主要来自血浆游离脂肪酸。5、肌糖原可以大量分解成葡萄糖释放进入血液维持血糖稳定。,二、选择题1、一般所说的血糖指的是血液中的（）。A果糖B糖原C葡萄糖D6-磷酸葡萄糖2、维持大脑正常生理机能所需的能源物质主要来自（）。A大脑的糖储备B肌糖原C肌肉中的葡萄糖D血液中的葡萄糖3、长时间运动血糖下降时首先受影响的是（）。A肺B肝C脑D心,第二节糖的分解代谢,糖代谢的底物：糖原和血糖。根据代谢时氧气的参与情况，糖代谢可分为：一、糖酵解二、糖有氧氧化,ADP,ATP,无氧,一、糖的无氧酵解,*概念：糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸，并合成ATP的过程称为糖的无氧代谢，又称糖酵解。,反应部位：细胞液,（一）代谢过程1、代谢途径,1、葡萄糖（糖原）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,糖酵解代谢过程,1.6-二磷酸果糖,血葡萄糖,6-磷酸果糖,肌糖原,2(3-磷酸甘油醛),2（1.3-二磷酸甘油酸）,丙酮酸,乳酸,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,ATP,ADP,PFK,ATP,ADP,2ADP,2ATP,LDH,NAD,NADH+H+,2ATP,2ADP,（1）葡萄糖果糖-1，6-二磷酸,己糖激酶葡萄糖激酶（肝）,（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,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,糖酵解过程可净合成多少分子ATP?,2、ATP的生成数量,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,根据运动实践谈谈糖酵解是何种运动状态下的主要能量来源？,*糖酵解是短时间（30-90秒）激烈运动时肌肉获得能量的重要来源。也是中长跑、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。,（二）糖酵解生理意义,1、正常生理条件下，少数代谢活跃、耗能较多的组织细胞通过糖酵解获得能量。2、糖酵解是剧烈运动时能量的主要来源。,运动时，机体总是处于相对缺氧状态，并随运动强度的增大而增加，尽管运动时呼吸和循环速率加快，但仍远远不能满足体内组织对氧的需要，亦即肌肉的工作处于极度缺氧的条件下进行，显然，随着ATP、CP消耗增加，糖酵解过程加强，肌糖原迅速分解生成乳酸，参与运动时能量供应，成为维持极量运动时重要能量来源。,二、糖有氧氧化,概念：葡萄糖或糖原在有氧条件下氧化分解生成CO2和水，同时释放出大量能量的过程。,人体内糖分解代谢的主要途径,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）基本代谢过程,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,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,（Krebs循环、柠檬酸循环）,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,三羧酸循环,三羧酸循环的总反应式：,H2O+ATP,电子传递链,（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,作业,一、是非判断题1、糖酵解的底物在短时间激烈运动中主要是肌糖原。2、1分子葡萄糖经无氧酵解最终生成2分子丙酮酸。,二、填空题1、糖酵解的终产物有、。2、发展糖酵解供能系统，对提高运动能力最重要。3、是糖、脂肪、蛋白质3大代谢的中心环节。,三、单项选择题1、大强度运动持续30秒至90秒时，主要由（）提供能量供运动肌收缩利用。A糖异生B糖酵解C糖有氧氧化D脂肪有氧氧化2、下列物质中既能在有氧，又能在无氧条件下分解供能的是（）。A蛋白质B糖C脂肪D维生素,部位：,原料：,概念：,主要在肝脏,丙酮酸、乳酸、甘油、生糖氨基酸等,从非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程,第三节糖异生作用,糖异生的生理意义,1、弥补体内糖量不足，维持血糖相对稳定2、乳酸异生为糖有利于运动中乳酸消除、回收利用3、促进脂肪的氧化分解供能和氨基酸代谢,三、单项选择题1、（）不是糖异生的原料。A甘油B乙酰辅酶AC乳酸D生糖氨基酸2、糖异生作用主要在（）之间进行。A.心肌-骨骼肌B.肾脏-骨骼肌C.肝脏-骨骼肌D.脾脏-骨骼肌,一、名词解释糖异生作用,二、是非判断题1、长时间运动时人体内糖异生的主要原料是乳酸。,四、简答题简述糖异生作用及其在运动中的生理意义。,第四节糖代谢对人体运动能力的影响,糖是运动时唯一能通过无氧代谢和有氧代谢合成ATP的细胞燃料。与脂肪氧化相比糖的氧化具有耗氧量低、输出功率高的特点，是大强度运动时主要能量来源。（1）当以9095VO2max以上强度运动时，糖供能占95左右；（2）是中等强度运动的主要燃料；（3）在低强度的运动中糖是脂肪酸氧化供能的引物，并在维持血糖水平中起关键作用；（4）任何运动开始、加力或强攻时，都需要由糖代谢提供能量。,一、糖原与运动能力,（一）肌糖元1、肌糖原与无氧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。因此，以无氧代谢供能为主的运动项目，运动前有足够的肌糖原储量是必要的。2、肌糖原与有氧运动能力在长时间、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。在长时间运动的最后阶段（冲刺），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运动时，为补偿工作肌吸收血糖增加造成的血糖消耗，肝葡萄糖释放速率随着运动负荷增大和运动时间延长而加快，肝葡萄糖的生成包括肝糖原的分解和糖异生。,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。在长时间、中低强度运动时，肝脏释放葡萄糖的速率经历先加快、后逐渐减慢的变化过程。在运动前阶段、肝糖原储量充足，是肝葡萄糖释放的主要来源，但是随着肝糖原逐渐消耗，糖异生过程的基质浓度逐渐上升，后者生成的葡萄糖是血糖的主要来源。运动后期，尽管糖异生激活和增强，但并不能完全补偿肝糖原分解的减弱，肝葡萄糖输出速率下降。,3、肝葡萄糖释放与运动能力的关系肝糖原分解释放葡萄糖对运动能力的重要性反映在耐力运动中，与维持血糖水平和中枢神经系统及肌肉的供能过程有关。,血糖的来源和去路,二、血糖与运动能力,（一）运动时血糖的变化：,1-2min短时间大强度运动：血糖浓度变化不大。4-10min全力运动：血糖浓度明显上升。15-30min全力运动：血糖浓度开始回落，但仍高于安静水平。4.1-2小时长时间运动至疲劳时：血糖水平即使处在正常范围，也属于低限区。5.超过2-3小时长时间运动至疲劳时：如果没有外源性葡萄糖补充，会出现低血糖。,（二）血糖与运动能力的关系,血糖是中枢神经系统的主要供能物质和红细胞的唯一能源，也是长时间运动中骨骼肌的肌外燃料。长时间运动中，由于糖储备不足或消耗过大，骨骼肌吸收利用血糖的过程加强而出现低血糖时，血糖可能成为长时间运动能力的限制因素之一。,三、乳酸代谢与运动能力,对照课本思考并回答以下问题：运动时血乳酸的来源与去路。,乳酸是糖酵解供能系统的终产物；是有氧代谢供能系统的重要氧化基质；还可在肝脏经糖异生途径转化为葡萄糖；乳酸过多对内环境酸碱平衡的影响又成为负面效应，导致疲劳发生。因此，乳酸的生成和消除与运动能力关系密切。,乳酸在供能体系中的重要地位,（一）安静状态的肌乳酸和血乳酸浓度血乳酸浓度主要取决于乳酸在血液中的出现速率和它从血液中消除速率之间的动态平衡。安静时血乳酸来源：主要由一些耗能多的组织细胞糖酵解产生。在比赛期间或赛前有些运动员安静时血乳酸浓度可比平常高。,1、运动时肌乳酸的生成,运动时，骨骼肌是产生乳酸的主要场所。乳酸的生成与骨骼肌肌纤维类型、运动强度及持续时间有密切关系。,（二）运动中乳酸浓度的变化,短时间极量运动时乳酸的生成,在超过数秒的极量运动中，随着ATP、CP的消耗，激活了糖原分解，使糖酵解速度大大加快，约在运动30-60秒达到最大速度，肌乳酸迅速增多，直至运动结束。如在竭尽全力的自行车运动中，肌乳酸浓度可高达39mmol/Kg.wm。,亚极量运动时乳酸的生成,局部性缺血,暂时供氧不足,乳酸生成量增加,机体调节提高肌肉血液供应,机体获得稳态氧耗速率,糖酵解供能相应减少,乳酸生成速率下降,糖酵解供能相应增加,运动开始时,运动5至10分钟,乳酸的生成主要是在运动开始时氧亏空期间和获得稳态氧耗速率以前,中、低强度运动时乳酸的生成,中、低强度运动开始时，肌内并不缺氧，而是氧的利用率不高，导致细胞质内丙酮酸和还原型辅酶I堆积，引起乳酸生成增多。,2、运动时肌乳酸与血乳酸浓度变化肌肉和血乳酸间平衡有一个过程，时间大约在410min。（为了使测定的血乳酸能更准确代表肌乳酸，应在运动后1、3、5、7、9分钟分别取血测定血乳酸。)运动中所能达到的血乳酸最大值，一般可以反映运动员无氧酵解的极限水平。因此，采用较大强度的间歇训练，对发展运动员的糖酵解能力效果最好。,3、乳酸阈及其在运动中的意义乳酸阈：指在进行递增强度运动时，血乳酸浓度上升到4mmol/L时所对应的运动强度。乳酸阈常常被用作评定运动员有氧能力的重要指标。在训练过程中，如果发现运动员的乳酸阈提高，说明耐力训练的运动员有氧代谢能力得到改善。,（三）运动后乳酸的代谢去路,骨骼肌是乳酸生成的主要场所，亦是乳酸消除的主要场所，此外，心肌和肝脏也是乳酸消除的场所。血乳酸消除的半时反应约为10-15分钟（受休息方式影响），基本恢复在安静时约30分钟左右，且与训练水平有关。,氧化,糖异生,合成其他物质,随汗、尿排出,乳酸,乳酸消除的途径,（四）乳酸与运动能力的关系1、乳酸生成与运动能力以糖酵解为主要供能方式的速度耐力型运动中，乳酸生成越多，则糖酵解供能能力越强，运动能力越高。（最大血乳酸水平与运动成绩正相关）2、乳酸消除与运动能力有氧训练水平越高，有氧代谢能力强则血乳酸的消除能力也越强。,四、糖代谢与运动适应,（一）无氧代谢能力的适应性变化主要体现在提高无氧耐力素质方面速度、速度耐力训练促进肌糖原的储存与合成、糖酵解相关酶活性增加、机体的缓冲能力增强、机体的耐酸能力提高提高糖酵解供能系统的供能能力提高糖酵解供能能力的最有效方法是大强度运动，保证运动中主要由糖酵解供能，运动机体内有明显的乳酸积累。,2、有氧代谢能力的适应性变化主要体现在改善糖有氧代谢能力方面。有氧训练促进肌糖原的