运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用

运动时骨骼肌的代谢调节和能量利用一运动时物质代谢的相互联系三大能源物质氧化分解的共同规律：乙酰辅酶A是三大能源物质分解代谢共同的中间产物；2.三羧酸循环是三大能源物质分解代谢最终的共同途径；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。三大能源物质间代谢的联系：通过中间代谢产物和共同的代谢途径联系，可相互转化。第2页,共33页，2024年2月25日，星期天

6-Pi-G1-Pi-G+UTPUDPG（G供体）+糖原引物糖原6-Pi-G6-Pi-F1,6-2Pi-F磷酸二羟丙酮丙酮酸（线粒体）乳酸（2ATP）乙酰辅酶ATAC（2×12ATP）6H2O+6CO2+38ATPFA、非必须aa等G-ATP-ATP-ATP2×2ATP+2NADHLDH丙酮酸脱氢酶2NADH+草酰乙酸激酶激酶葡萄糖的代谢第3页,共33页，2024年2月25日，星期天脂代谢：脂肪合成代谢（脂肪细胞）分解代谢：脂肪细胞内的称为脂肪动员G磷酸二羟丙酮a-Pi-甘油FA酯酰辅酶A脂肪脂肪酶甘油（肝、肾）FAa-Pi-甘油磷酸二羟丙酮G（糖异生）H2O+CO2+22ATP活化、进入线粒体乙酰辅酶ATAC酮体（肝脏）B-氧化第4页,共33页，2024年2月25日，星期天蛋白质代谢：Pr合成代谢分解代谢DNAmRNAPr分解为氨基酸脱氨基脱羧基联合脱氨基嘌呤核苷酸循环NH3a-酮酸胺（组胺、5-羟色胺等）CO2尿素H2O+CO2转录翻译糖、酮体非必须氨基酸鸟氨酸循环（肝脏）第5页,共33页，2024年2月25日，星期天丙酮酸乙酰辅酶ANADH+H+NAD+

CO2乙酰辅酶A进入三羧酸循环（线粒体）CoA柠檬酸FADH2苹果酸2TCACO2NAD+柠檬酸NAD+NADH+H+GDPGTP琥珀酸酮戊二酸FADNAD+NADH+H+草酰乙酸NADH+H+CO2第6页,共33页，2024年2月25日，星期天脂酰辅酶A的β—氧化脂肪酰辅酶A的氧化过程发生在脂肪酰基的β-碳原子上，最终将β-碳原子氧化成一个新的羧基，故称β-氧化。每一次β-氧化包括：脱氢、水化、再脱氢、硫解四步。第7页,共33页，2024年2月25日，星期天第8页,共33页，2024年2月25日，星期天氨基酸的联合脱氨基作用联合脱氨基作用包括转氨基作用和氧化脱氨基本作用两个阶段。转氨基作用脱氨基作用第9页,共33页，2024年2月25日，星期天嘌呤核苷酸循环是在骨骼肌、心肌普遍存在的脱氨基方式。第10页,共33页，2024年2月25日，星期天2NH3+CO2+3ATP+3H2OCO(NH2)2+2ADP+AMP+2Pi+PPi鸟氨酸循环

肝脏每次循环有两个氨基和一个二氧化碳结合生成尿素。第11页,共33页，2024年2月25日，星期天二运动时物质代谢的调节机体的物质代谢是在一定的调节机制下实现的：细胞水平：通过某些物质浓度的变化调节酶活性；器官水平：内分泌器官分泌的激素调节，改变代谢物的浓度，改变酶的活性；整体水平：神经系统的调节，既可通过内分泌调节也可直接调节组织细胞的代谢。器官水平和整体水平通过细胞水平发挥作用的。第12页,共33页，2024年2月25日，星期天（一）运动时无氧代谢的调节1骨骼肌磷酸原代谢的调节

CP+ADPCr+ATP2ADPATP+AMPAMP+H2OIMP+NH4CK：[ATP]、[ADP]、Pi、[H][ATP]/[ADP]

都可激活CK。

MK：[ADP]、[ATP/ADP]可激活MK.CKMK代谢调节的结果：ATP变化小，CP接近耗竭。++第13页,共33页，2024年2月25日，星期天2骨骼肌糖酵解代谢的调节主要靠关键酶（磷酸化酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶及乳酸脱氢酶等）的调节。1）磷酸化酶：分解糖原的酶，有两种存在形式，磷酸化酶a(高活性，少）和磷酸化酶b(低活性，多）。

提高磷酸化酶b活性的因素:无机磷酸盐/1-Pi-G、Pi、5′-AMP升高；抑制磷酸化酶b活性的因素：ATP、ADP和6-Pi-G；促进b转变为a的因素：[Ca2+]升高，肾上腺素。

第14页,共33页，2024年2月25日，星期天代谢物钙离子和肾上腺素++磷酸化酶激酶高活性磷酸化酶b低活性磷酸化酶b高活性磷酸化酶a糖原磷酸化酶活性的调节第15页,共33页，2024年2月25日，星期天2）己糖激酶的调节6-Pi-G是其作用的产物，反过来抑制其活性。3）果糖磷酸激酶（糖酵解限速酶）的调节

提高PFK活性的因素:AMP、ADP、6-Pi-F和Pi、PH升高、NH4+等；抑制PFK活性的因素：ATP、CP、柠檬酸和PH下降。4）乳酸脱氢酶的调节LDH1：心肌型，慢肌纤维中活性较高，催化乳酸生成丙酮酸，活性受丙酮酸抑制；LDH5：骨骼肌型，快肌纤维中活性较高，催化丙酮酸生成乳酸，活性不受丙酮酸和乳酸抑制。第16页,共33页，2024年2月25日，星期天（二）运动时有氧代谢的调节运动时机体通过有氧代谢方式获得能量增加，有氧代谢的调节主要受组织供氧量和可供肌肉利用的能源物质含量的调节：运动强度较大时，氧的供应和利用是主要影响因素；运动时间较长时，能源物质的供应和利用是影响的主要因素。第17页,共33页，2024年2月25日，星期天首先，骨骼肌细胞利用肌糖原供能，运动时骨骼肌细胞内的钙离子升高及血浆中肾上腺素升高可使磷酸化酶活性增加，利于骨骼肌内糖原的分解。当运动时间较长时，肌细胞内糖原含量减少开始摄取和利用血糖，有利因素为：1）当细胞内钙离子浓度升高时，促进细胞膜对G的转运；2）运动肌血流增加，血中胰岛素作用加强，促进肌细胞吸收G；3）细胞内G利用加快有利于血糖进入到肌细胞内。1运动时糖利用的调节第18页,共33页，2024年2月25日，星期天肝葡萄糖的生成和利用：运动使肝糖原分解和糖异生作用加强，加速肝脏释放G入血。其调节机制为：1）运动时，儿茶酚胺和胰高血糖素既可以使肝糖原分解加强，也可使糖异生作用加速；2）血糖浓度降低引起肝脏中G浓度下降，激活了磷酸化酶的活性，抑制了糖原合酶的活性；3）当肝糖原储备减少，同时糖异生底物（甘油、乳酸等）生成增加，加快了糖异生速率。第19页,共33页，2024年2月25日，星期天FA是安静、低强度和中等强度运动中机体的主要能源物质。FA主要来源于骨骼肌细胞和脂肪组织分解释放入血两个途径。影响FA利用的因素有：1）脂肪动员和脂解作用调节脂肪酶活性的激素：促进：儿茶酚胺、胰高血糖素、生长激素、糖皮质激素等；抑制：胰岛素。除激素外，肌肉能量利用速率及脂解过程的反馈机制也调控着FA的利用。2运动时脂肪酸利用的调节第20页,共33页，2024年2月25日，星期天2）酮体对FA释放的调节血浆脂肪酸浓度升高可使酮体生成增多，血中酮体浓度升高可抑制脂解作用：通过胰岛素抑制脂肪动员，直接削弱脂肪组织的脂解作用。3）甘油三酯和脂肪酸循环的反馈调节脂肪组织中甘油三酯的分解和再合成同时发生，当肌肉利用脂肪酸速率增大时，脂肪组织脂肪分解大于合成，反之合成大于分解。（通过FA对脂肪酶的抑制作用实现）第21页,共33页，2024年2月25日，星期天长时间运动中当血浆FFA增高时，骨骼肌更多地利用FA氧化提供能量，抑制糖代谢的速率和糖的利用其机制在于: 1）FA代谢生成的乙酰辅酶A及三羧酸循环中生成的柠檬酸浓度升高抑制糖氧化中的关键酶：丙酮酸脱氢酶；

2）柠檬酸浓度增大会抑制PFK，使6-Pi-G升高，进而抑制己糖激酶和磷酸化酶，导致血糖和肌糖原利用减少。3糖和脂肪酸利用之间的调节第22页,共33页，2024年2月25日，星期天三运动时骨骼肌的能量利用ATP是运动时肌肉收缩的直接能源，能量的释放和利用是以ATP为中心的。ATP的再合成包括磷酸肌酸分解、糖酵解和有氧代谢三条途径，前两个系统是不需氧的代谢过程，合称为无氧代谢供能系统，三条供能途径在运动时相互配合，保证了运动时骨骼肌能量释放与利用的连续性。第23页,共33页，2024年2月25日，星期天（一）磷酸原供能系统1磷酸原供能系统的组成磷酸原供能系统：包括ATP和CPCP：是肌酸磷酸化的产物，肌酸由精氨酸、甘氨酸甲硫氨酸合成，肌酸人体内共120g,其中95%存在于肌肉中，肌酸接受高能磷酸键合成磷酸肌酸。CP的功能：1）高能磷酸基团的储存库，当ATP供过于求时，高能磷酸键转移给肌酸，合成CP。

ATP+CrADP+CP

CK第24页,共33页，2024年2月25日，星期天2）组成肌酸—磷酸肌酸能量穿梭系统CP将线粒体内有氧代谢释放的部分能量转移到细胞质内，即将能量从产能部位快速重组后转移到用能部位，使ATP水解后可就地重新合成，有效保证了ATP水解与再合成的紧密偶联。

线粒体CO2+H2O代谢物+O2+Pi内膜外膜TADPATPCKCCP细胞质CKADP+PiATP肌肉收缩过程第25页,共33页，2024年2月25日，星期天运动时骨骼肌磷酸原供能1）磷酸原供能系统的供能过程运动时ATP的利用和转换速率加快，而ATP储量极少，能维持最大运动强度1s，当ATP分解供能，ADP生成增多，激活CK，CP转变为ATP。运动强度越大，骨骼肌对磷酸原的依赖性越大，极限强度运动至力竭时，CP接近耗竭，此时CP是ATP再合成的主要途径；当运动强度降至75%VO2max，至疲劳时，CP可降到原储量的20%左右，此时糖酵解和有氧氧化参与供能，当运动强度进一步降低，CP的消耗进一步减少，有氧代谢供能成为提供能量的主要途径。第26页,共33页，2024年2月25日，星期天ADPATP肌酸CP~P~P机械能渗透能化学能电能热能氧化磷酸化底物水平磷酸化ATP的再生成和利用第27页,共33页，2024年2月25日，星期天2）磷酸原供能系统的供能特点a:供能最早、最快（水解高能磷酸键供能）最大输出功率可达1.6-3.0mmol/kg干肌/秒；b:不需氧的参与；c:可维持最大强度运动约6-8秒（储量有限）；因此磷酸原供能系统成为短时间最大强度或最大用力的运动中起主要供能作用，与速度和爆发力密切相关。短跑、投掷和举重等项目的最佳能源。第28页,共33页，2024年2月25日，星期天3）磷酸原供能系统对运动训练的适应a:运动训练能够提高ATP酶的活性，利于运动中对ATP

的利用和再合成；b:速度训练可提高CK的活性，提高ATP的转换速率和

CP的再合成；c:可使骨骼肌中CP的储量增加，延长磷酸原系统的供能时间。第29页,共33页，2024年2月25日，星期天（二）糖酵解供能系统糖酵解：糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸并合成ATP的过程。1糖酵解供能在肌肉活动中的作用运动中当CP分解合成ATP时，糖酵解过程被激活，肌糖原迅速分解，参与运动中能量供应。糖酵解是在机体处于相对缺氧状态时能量的来源途径。进行1min左右的较大强度运动中，糖酵解供能是主要的能量来源。第30页,共33页，2024年2月25日，星期天2运动中骨骼肌糖酵解供能的特点a:糖酵解能量输出