运动与蛋白质和氨基酸代谢
第五章 蛋白质化学及氨基酸代谢
式中R为α-氨基酸的侧链基团，除甘氨酸外，其余19种 α-氨基酸分子中的α碳原子均为不对称碳原子，因此， 每种氨基酸都有D型和L型两种立体异构体，组成天然蛋 白质的α-氨基酸都为L型。
（一）氨基酸的分类
根据氨基酸侧链R基团的结构不同，可将它们分为脂 肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。（见P100）
蛋白质多肽链是否能形成α-螺旋体以及螺旋体的稳 定程度如何，与它的氨基酸组成和排列顺序有很大关系， 而且R 基的电荷性质，R 基的大小都会影响到螺旋的形 成。 有些氨基酸出现在α-螺旋中的次数要比其它氨基酸 的多，例如丙氨酸带有小的、不带电荷的侧链，它很适 合填充在α-螺旋构象中。 而有些氨基酸则基本上不会出现在α-螺旋中，如多 肽链中有脯氨酸时α-螺旋就被中断，这是因为脯氨酸的 α-亚氨基上氢原子参与肽键形成后就再没有多余的氢原 子形成氢键，所以在有脯氨酸存在的地方就不能形成α螺旋结构。
酰胺平面：酰胺平面是构成主链构象的基本单位， 是多肽链中从一个α -碳原子到相邻α -碳原子之间的 结构。
0.147nm
C=N
0.127nm
0.132nm
(1)肽单位是一个刚性的平面结构，肽键中羰基碳原子与 氮原子之间所形成的键不能自由旋转，这样使得肽单位 所包含的六个原子处于同一个平面上，这个平面又称为 酰胺平面（amide plane）或肽平面（peptide plane).
(2)肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位 置,虽然肽平面中的羰基氧与亚氨基氢可以有顺式和反 式两种排布，但由于连接在相邻两个α -碳上的侧链基 团之间的立体干扰不利于顺式构象的形成，而有利于 伸展的反式构象的形成，所以蛋白质中几乎所有的肽 单位都是反式构象。
第七章 运动与蛋白质和氨基酸代谢
运动与蛋白质代谢
二、运动时蛋白质代谢
（一）运动时蛋白质净降解
耐力运动时机体的蛋白质分解速率超过合成速率， 存在净降解的现象。
安静、运动、运动后人体蛋白质转换（mg/KgBW·hr）
合成速率
分解速率
安静
运动 运 40.3 1.9（22%）
26.5 2.1
40.9 2.6（54%） 35.4 1.2（34%）
第二节 运动与氨基酸代谢
长时间剧烈运动时，人体对氨基酸的利用 加强，某些氨基酸氧化成二氧化碳和水直 接参与供能，或者参与糖异生维持运动中 血糖水平。
一、氨基酸代谢库
（一）游离氨基酸库 人体各组织含有少量游离氨基酸，骨骼肌
和肝脏是重要的游离氨基酸库。大约80％ 游离氨基酸存在骨骼肌内，肝脏内约含10 ％，肾脏约含4％，血浆游离氨基酸仅占 0．2％-6％。 运动改变氨基酸、蛋白质代谢时，游离氨 基酸的组成、分布和数量相应改变。
第七章 运动与蛋白质和氨基酸代谢
第一节 运动和恢复期蛋白质代谢 第二节 运动与氨基酸代谢
蛋白质是组成人体结构成分和酶等特殊的 功能性物质，并在几乎所有生命活动过程 中发挥关键性作用。在运动过程中，骨骼 肌收缩活动影响蛋白质和氨基酸代谢，这 种运动的影响还延续到运动后。
第一节 运动和恢复期蛋白质代谢
（二）运动时代谢利用的氨基酸
运动时人体可利用的氨基酸有三方面来源：
(1) 血浆和组织内游离氨基酸； (2) 组织蛋白降解时释出的氨基酸； (3) 非氨基酸类物质，主要是糖分解的中间
一、概述
在正常的情况下机体的蛋白质摄入量与排 出量处于动态平衡。短时间激烈运动时蛋 白质基本不参与供能；长时间耐力运动时， 能量需求的失去平衡，为了补充骨骼肌和 大脑正常活动对糖的需求，蛋白质和氨基 酸分解代谢增强，氨基酸的糖异生作用加 强。长期接受力量性运动训练可以明显促 进蛋白质合成代谢，引起运动肌壮大。
运动时物质和能量代谢
长时间运动或高强度运动时，应补充含有碳水化 合物和蛋白质的运动饮料，以补充能量。
3
电解质补充
运动过程中会大量出汗，导致电解质流失，因此 需要补充含有适量钠、钾、镁等电解质的运动饮 料。
运动后营养恢复
碳水化合物补充
运动后应摄入富含碳水化合物的食物，帮助身体快速恢复 能量。
蛋白质补充
运动后应摄入适量的蛋白质，以促进肌肉修复和生长。
运动时营养补充与恢
04
复
运动前营养补充
碳水化合物补充
运动前应摄入富含碳水化合物的食物，如米饭、 面包、水果和蔬菜，以补充能量。
蛋白质补充
对于力量训练或高强度运动，适当补充蛋白质有 助于肌肉修复和生长。
水分补充
运动前应确保充足的水分摄入，以预防脱水。
运动中营养补充
1 2
水分补充
运动过程中应定时补充水分，以维持水分平衡。
促进睡眠
运动能够调节睡眠节律， 改善睡眠质量，有助于 身体恢复和免疫力提升。
THANKS.
减轻关节负担
运动能够增加关节周围肌肉的弹性，减轻关节的负担，减少关节疼 痛和损伤的风险。
运动对免疫系统的影响提高免疫力 Nhomakorabea运动能够刺激免疫细胞 的活性，增强免疫系统 的功能，提高身体对疾 病的抵抗力。
缓解压力
运动能够释放身体内的 压力和紧张情绪，有助 于缓解焦虑和抑郁等心 理问题，减少因压力导 致的免疫抑制。
特点
有氧能量代谢产生的能量较多，且可 持续时间较长，是长时间、中低强度 运动的主要供能方式。
过程
在有氧能量代谢过程中，氧气与葡萄糖、 脂肪等燃料结合，经过一系列生化反应， 生成ATP（三磷酸腺苷）供能。
无氧能量代谢
蛋白质在运动中的作用
蛋白质在运动中的作用蛋白质在运动中的作用蛋白质是形成细胞结构的主要成分,是生物化学的催化剂，是基因表达的重要调控者，人体的任何生命活动都离不开蛋白质的作用。
尤其机体处于大运动负荷和比赛的应激状态下，不仅消耗大量能量，也会使体内蛋白质的分解代谢加强，此时提供优质蛋白质和氨基酸营养，对于补充运动员的损耗，增强肌肉力量，促进血红蛋白的合成，加速消除疲劳具有重要意义。
然而对于蛋白质和氨基酸运动过程中的作用尚存在许多争论。
如：运动负荷不同，对氦基酸需要量的问题以及蛋白质的摄入对运动成绩影响的问题等：因此,，关于在运动过程中蛋白质的作用有待进一步研究。
本文拟就运动对蛋白质需要量的影响和蛋白质对运动中营养性和非营养性作用作一综述。
1.运动对蛋白质需要量的影响众所周知，运动消耗大量的能源物质，使蛋白质代谢过程加强，但运动是否增加蛋白质的需要量，用氮平衡的实验研究报道了运动员的蛋白质需要量比一般人高：日本及东欧一些国家提出运动员蛋白质需要量为≥2.0g/kg而西欧一些报告提出1.4g/kg 蛋白质即可满足运动员的需要，国内提出运动员蛋白质的供给量应为1.2—2.0g/kg。
造成这种差异的原因，是由于运动员的机能水平不同及所从事的运动项目不同所引起的。
1.1运动对不同机能水平运动员蛋白质需要量的影响一般认近期Refstun的报道也得到与此相同的结论,，在长时间运动中肢体选择性摄取支链氨基酸，说明运动能促进肌肉氧化支链氨基酸的能力，是否所有支链氨基酸的氧化能力均增强，尚待进一步研究。
2.3 氨基酸在运动中的支持作用众所周知，肌肉收缩使骨骼肌产生入量的谷氨酰胺，这种氨基酸中碳的来源是a—酮戊二酸(a-KG)——三羧酸循环代谢的中间产物，为了使三羧酸循环继续发挥其供能作用，必须有柠檬酸的参与，而只有在草酰乙酸(OAA)存在时才能形成柠檬酸，OAA的生成又离不开a-KG的参与(a—KG+C02←→OAA)。
因此必须给三羧酸循环中增添物质以补偿损失的a —KG，而增添的物质就是氨基酸(通过脱氨基作用生成a-KG)。
蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢
累
氨中毒原理
丙酮酸
COO (CH2)2 NAD++H2O NADH+H++NH4+
HC NH3+ L-谷氨酸脱氢酶
COO (CH2)2 CO
三羧酸 循环
COO
α-谷氨酸
COO
α-酮戊二酸
α酮戊二酸
• α酮戊二酸大量转化
• NADPH大量消耗
• 三羧酸循环中断,能量 供应受阻,某些敏感器 官〔如神经、大脑〕功 能障碍.
3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成〔细胞质〕
精氨琥珀酸合成酶
精氨琥珀酸酶 精氨琥珀酸
5. 精氨酸水解生成尿素〔细胞质〕
总反应
尿素的两个氨基,一个来源于氨,另一个来源于天冬氨酸； 一个碳原子来源于HCO3-,共消耗4个高能磷酸键,是一个需 能过程,但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1分子NADH； 延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成1分子NADH.两 个NADH再氧化,可产生5个ATP.
氨基酸脱氨基的主要方式： 转氨基〔氨基转移〕作用 氧化脱氨基作用 联合脱氨基作用 非氧化脱氨
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转氨基作用举例
谷氨酸 + 丙酮酸 天冬氨酸 + α-酮戊二酸
COO-
CH2 + CH+NH3 COO-
COO-
CH2 CH2 C=O COO-
α-酮戊二酸 + 丙氨酸
草酰乙酸 +谷氨酸
COOH NH2-C-H L-丝氨酸 CH2OH
α-氨基丙烯 酸
--=-
--
COOH
丝氨酸脱水酶 C=O +NH3
CH2 C-NH3+ COO-
蛋白质对运动的影响
蛋白质在运动中的影响蛋白质是形成细胞结构的主要成分，是生物化学的催化剂，是基因表达的重要调控者，人体的任何生命活动都离不开蛋白质的作用。
尤其机体处于大运动负荷和比赛的应激状态下，不仅消耗大量能量，也会使体内蛋白质的分解代谢加强，此时提供优质蛋白质和氨基酸营养，对于补充运动员的损耗、增强肌肉力量、促进血红蛋白的合成、加速消除疲劳具有重要意义。
然而对于蛋白质和氨基酸在运动过程中的作用尚存在争论。
一、蛋白质需要量对运动的影响众所周知，运动消耗大量的能源物质，使蛋白质代谢过程加强，但运动是否增加蛋白质的需要量，是氮平衡的实验研究报道了有能动员的蛋白质需要量比一般人高。
造成这种差异的原因，是由于运动员的机能水平不同及所从事的运动项目不同所引起的。
1、不同技能水平运动员蛋白质需要量对运动的影响一般认为，运动员在开始进行剧烈运动训练的初期，由于对该训练还不能完全适应，从而使细胞破坏增加、肌蛋白和红细胞再生等合成代谢亢进，以及应激时激素和神经调节等反应常发生负氮平衡，甚至出现运动性贫血；另外由于剧烈运动尿液中蛋白质的排出量也会增加。
而经过一段时间适应后则氮平衡得到改善，因此大运动量和运动强度初期应适当加强蛋白质营养。
2、不同项目运动员蛋白质需要量对运动的影响长时间剧烈的耐力运动使蛋白质代谢加强，从而增加蛋白质的需要，但蛋白质的需要量又受到糖原贮备的影响。
力量训练因肌肉组织消耗增加也需要略为增加蛋白质的摄入量。
运动强度大，训练次数多，则蛋白质的代谢加强，需要量增加。
另外，对于控制体重项目的运动员，需适当选择蛋白质营养密度高的食物以满足需要，蛋白质食物的热量可达总热量的18%。
二、蛋白质代谢对运动的影响1、蛋白质合成与分解对运动的影响在运动中肌肉组织的大部分蛋白质的合成受到抑制，但也无实例说明在运动中肌肉蛋白质被分解，与此相反的是一方面运动使肝、肌肉内非收缩蛋白质分解速率加快，合成速率减慢，从而使氨基酸释放量增加，使代谢池中的氨基酸增加；另一方面，运动过程中肌肉释放丙氨酸增多特别明显，通过葡萄糖——丙氨酸循环以维持血糖浓度，在运动后的恢复期内，运动肌肉生成的3——甲基组氨酸增加使在尿中排出量增加，3——甲基组氨酸排出量的增加，为肌肉收缩蛋白质的转换提供了证据，用稳定同位素示踪法研究运动中蛋白质代谢表明，运动对蛋白质合成与分解具有明显的效应。
蛋白质分解和氨基酸代谢
第 三 节 氨基酸的一般代谢
目录
• 氨基酸代谢库(metabolic pool)
食物蛋白经消化吸收产生的氨基酸（外
源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨
基酸（内源性氨基酸）混合在一起，存在于
细胞内液、血液、其他体液中,总称为氨基酸
代谢库。
目录
氨基酸代谢概况
氨
尿素
食物蛋白质
α-酮酸 组织 蛋白质
分解 合成
氧化供能 合成糖 与脂肪
氨基酸 代谢库 胺类
代谢转变
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
目录
一、氨基酸的脱氨基作用
氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程 脱氨基方式：氧化脱氨基 转氨基作用
联合脱氨基
嘌呤核苷酸循环
非氧化脱氨基
目录
1、L-谷氨酸脱氢酶氧化脱氨基作用
H2N-COO～ PO32-+2ADP+Pi
目录
特点：
a. 氨基甲酰磷酸合成酶I:别构酶
别构激活剂:N－乙酰谷氨酸(AGA) b. 需ATP提供能量 c. 所催化反应不可逆
AGA：N-乙酰谷氨酸 作用：氨基甲酰磷酸合成酶I的别构激活剂 生成：乙酰CoA+Glu N-乙酰谷氨酸合成酶 N-乙酰谷氨酸
（游离的氨和来自天冬氨酸的氨）
用 15NH4Cl 饲养犬 尿中尿素分子含15N O =C
NH2
15NH 2
NH2 用 NaH14CO3 饲养犬 尿中尿素分子含14C O = 14C NH2
** 实验证实尿素由NH3及CO2合成
目录
生成部位：肝（主要）肾（甚微）
合成过程：鸟氨酸循环（ornithine cycle）
氨基酸分解代谢的主要途径
氨基酸分解代谢的主要途径1. 引言1.1 概述氨基酸是生物体内构建蛋白质的基本单位，同时也是许多重要代谢途径的关键组分。
氨基酸分解代谢是生物体充分利用和回收氨基酸的过程，它在维持氮平衡、能量获取和产生新的有机化合物方面起着至关重要的作用。
1.2 文章结构本文将详细介绍氨基酸分解代谢的主要途径以及其中涉及到的相关反应和酶。
其次，我们还将探讨生物体内氨基酸分解代谢的生理意义和调节机制。
最后，通过总结已有的研究成果，并展望未来的研究方向，旨在深入了解和揭示氨基酸分解代谢在生命活动中的重要性。
1.3 目的本文的目标是系统阐述氨基酸分解代谢的主要途径，并探讨其在生理上扮演的角色以及可能存在的调节机制。
通过对该领域进行深入研究，可以为进一步理解人类健康与疾病之间的关系提供有益信息，并为相关疾病的治疗和预防提供指导。
同时，也有助于揭示生物体在适应不同环境和代谢状态下的复杂调节机制。
2. 氨基酸分解代谢的主要途径2.1 氨基酸概述在生物体内，氨基酸是构成蛋白质的基本单元，同时也是细胞代谢过程中重要的底物之一。
氨基酸分为两类：必需氨基酸和非必需氨基酸。
必需氨基酸是指人体无法合成而必须从外部摄入的氨基酸，非必需氨基酸则是人体可以自行合成的。
当机体需要能量时或者摄入过多的氨基酸时，会启动相应的氨基酸分解代谢途径进行调节。
2.2 主要途径一- 转氨基反应转氨基反应是指将一种氨基团从一个化合物转移到另一个化合物中的化学反应。
在氨基酸分解代谢中，转氨基反应起着重要作用。
这种反应通过转移一个特定的α-氮杂原子团来实现。
其中最常见的是α-甲硫胱醇（DPNH）参与脱羧反应生成α-六亚甲四羧原子团，并通过丙二醛磷缺乏形成常见的α-酮基团。
2.3 主要途径二- 脱羧反应脱羧反应是将氨基酸中的羧基去除，生成相应的酮体或烯醇体。
脱羧反应在氨基酸分解代谢中也是一个重要的途径。
在这个过程中，通过特定酶的催化作用，氨基酸分子中的羧基被氧化或者还原，生成相应的产物。
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3.激素变化 运动时血胰岛素、睾酮浓度下降，胰高血 糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度上升，促进 蛋白质分解代谢。 4.酶活性变化 运动引起细胞内组织蛋白酶D、溶酶体酶 的活性升高；酶活性动后蛋白质代谢
（一）运动后蛋白质净合成 运动后骨骼肌内蛋白质代谢改变，大多数 研究结果是蛋白质合成代谢增强。 (1)运动后恢复1小时内，骨骼肌内蛋白质 合成明显减弱； (2)运动后第2小时内蛋白质合成速率上升， 并在尚未确定的时间内持续上升。
(二) 影响运动后肌肉蛋白质合成的因素
(1) 运动时细胞受到牵拉变形或多胺含量增 加，促使肌细胞膜通透性增大，进入细胞内 的游离氨基酸数量增加，为合成蛋白质提供 了基本原料。 (2) 在运动后30分钟内肌细胞内ATP、CP迅 速恢复到正常水平。 (3) 肌浆中Ca2+浓度升高，可诱导氧化酶活 性升高。
(三 )
运动训练对蛋白质代谢的影响
1．耐力训练的作用：耐力训练使骨骼肌线 粒体的数目增多，体积增大，线粒体蛋白质 量和组成酶活性提高。例如，耐力训练使鼠 腓肠肌每千克肌肉内细胞浆中谷—丙转氨酶 的活性升高50％，线粒体中谷—丙转氨酶活 性升高80％；训练后肌肉中氧化支链氨基酸 的酶活性提高，代谢利用支链氨基酸的供能 能力提高；
26.5 2.1 40.9 2.6（54%） 35.4 1.2（34%）
注：以50%VO2max强度跑台运动3.75小时，n=6 引自伦尼（Rennie），1981
（二）判断肌肉蛋白质分解代谢的强度指标
评价运动时体内蛋白质分解代谢的常用指 标是尿素氮；尿中3-甲基组氨酸。内源性 3-甲基组氨酸的来源主要是肌原纤维的肌 动蛋白和肌球蛋白，这些肌纤维进行分解 代谢时释放出3-甲基组氨酸。
二、运动与氨基酸供能
参与氧化供能的氨基酸主要是：丙氨酸、 谷氨酸、天冬氨酸和支链氨基酸。
（一）丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸代谢
耐力运动时谷丙转氨酶、谷氨酸脱氢酶活性 增高，嘌呤核苷酸循环速率加快，表现出长 时间运动期间肌内丙氨酸和谷氨酸氧化脱氨 基作用加快，含量下降。
（二）支链氨基酸代谢
支链氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸 三种必需氨基酸。肌肉是氧化支链氨基酸的 主要组织。每分子亮氨酸、异亮氨酸、缬氨 酸完全氧化分别产生42、43、32分子ATP。 安静时，人骨骼肌总能量消耗的14％由支链 氨基酸氧化过程提供，属于非糖的能量来源。
蛋白质是组成人体结构成分和酶等特殊的 功能性物质，并在几乎所有生命活动过程 中发挥关键性作用。在运动过程中，骨骼 肌收缩活动影响蛋白质和氨基酸代谢，这 种运动的影响还延续到运动后。
第一节
运动和恢复期蛋白质代谢
一、概述
在正常的情况下机体的蛋白质摄入量与排 出量处于动态平衡。短时间激烈运动时蛋 白质基本不参与供能；长时间耐力运动时， 能量需求的失去平衡，为了补充骨骼肌和 大脑正常活动对糖的需求，蛋白质和氨基 酸分解代谢增强，氨基酸的糖异生作用加 强。长期接受力量性运动训练可以明显促 进蛋白质合成代谢，引起运动肌壮大。
(4) 因运动引起的内环境酸化和体温上升， 在运动后逐渐恢复正常，使对蛋白质合成过 程的阻遏作用解除。 (5) 由运动中ATP浓度暂时下降诱导的多胺 含量增加，它的作用之一是直接促进氨酰 tRNA合成酶和氨酰tRNA转移酶活性，从核糖 体水平提高蛋白质合成速率。 (6) 激素浓度改变，加速复制转录mRNA。
肌肉内肌红蛋白量提高80％，使肌肉转运 氧的能力提高。又如，人骨骼肌经耐力训 练谷-丙转氨酶活性提高两倍。耐力训练 使机体葡萄糖-丙氨酸循环加速，使生成 三羧酸循环中间代谢产物的回补作用增强， 从而提高有氧代谢供能能力。
2．力量训练的作用
力量训练使训练肌的体积增大，肌纤维增 粗，力量增强，这种适应性变化出现在快 收缩肌纤维。肌肉粗大的原因是肌蛋白数 量增多，包括收缩蛋白总量增多。此外， 肌纤维周围的结缔组织、肌腱、韧带组织 数量和力量增长。
第二节
运动与氨基酸代谢
长时间剧烈运动时，人体对氨基酸的利用 加强，某些氨基酸氧化成二氧化碳和水直 接参与供能，或者参与糖异生维持运动中 血糖水平。
一、氨基酸代谢库
（一）游离氨基酸库 人体各组织含有少量游离氨基酸，骨骼肌 和肝脏是重要的游离氨基酸库。大约80％ 游离氨基酸存在骨骼肌内，肝脏内约含10 ％，肾脏约含4％，血浆游离氨基酸仅占 0．2％-6％。 运动改变氨基酸、蛋白质代谢时，游离氨 基酸的组成、分布和数量相应改变。
运动与蛋白质代谢 二、运动时蛋白质代谢
（一）运动时蛋白质净降解 耐力运动时机体的蛋白质分解速率超过合成速率， 存在净降解的现象。
安静、运动、运动后人体蛋白质转换（mg/KgBW· hr） 合成速率 分解速率
安静 运动 运动后
33.02.0 28.4 1.6（14%） 40.3 1.9（22%）
3-甲基组氨酸既不能用于体内蛋白质合成， 也不能被氧化分解，所以，尿3-甲基组氨 酸总排泄量可作为人体肌蛋白质分解代谢 的强度指标。测定尿3-甲基组氨酸是检测 肌蛋白质降解的有效、无损伤技术。在实 际应用时，经常用3-甲基组氨酸／肌酐比 值表示。
（三）运动使蛋白质分解代谢增强的原因
1.训练状态 运动员在激烈运动训练初期，由于细胞破坏 增多，肌细胞和红细胞再生等合成代谢亢进， 以及运动应激时激素和神经调节等，使蛋白 质净降解。 2.训练的类型、强度及频率 长时间激烈的耐力运动训练，使肌肉中能量 物质大量消耗，导致膜的正常功能失调，细 胞酶外泄，蛋白质分解代谢加强。
（二）运动时代谢利用的氨基酸
运动时人体可利用的氨基酸有三方面来源： (1) 血浆和组织内游离氨基酸； (2) 组织蛋白降解时释出的氨基酸； (3) 非氨基酸类物质，主要是糖分解的中间 代谢产物转变生成的氨基酸。 组织蛋白质分解释出或生成的氨基酸是运动 可利用的主要部分，而游离氨基酸库在运动 中的供能作用不大。血液氨基酸浓度的变化 可以反映游离氨基酸库动态平衡的改变。