运动时物质和能量代谢

（二）ATP的生物学功能
1.生命活动的直接能源
ATP-ADP循环是人体内能量转换的基本方 式，维系着能量的释放、贮存与利用。
2.合成磷酸肌酸
3.参与构成一些重要辅酶 ATP是一些重要辅酶，如NADP、
NAD+、FAD、CoA的结构成分，参与细胞 内糖、脂、蛋白质与核酸等的代谢反应。
4.提供物质代谢时需要的能量 ATP作为磷酸的供体，参与糖、脂肪等
据报道，仅肌质网转运Ca2+所消耗的能量就 占肌肉收缩时总耗能的三分之一。
肌丝滑行原理
（二）ATP再合成途径
肌细胞中ATP含量十分有限（ATP为每千 克湿肌4．7~7．8毫摩尔），但消耗量相对较 大（例如，一个静卧状态的人，24小时内消耗 ATP约40千克。在剧烈活动时，ATP利用速率 可高达每分钟0．5千克） 。这一“供需”矛 盾通过ATP-ADP循环来解决。
由磷酸原（ATP、CP）分解反应组成的供能系统 称为磷酸原供能系统。
（一）磷酸肌酸的分子结构与功能
1.磷酸肌酸的分子结构
2．磷酸肌酸的功能
(1)高能磷酸基团的储存库
人体肌酸总量大约为120克，95%存在于肌 肉。
2．磷酸肌酸的功能
(2)组成肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系统
(二)运动时磷酸原供能
1.磷酸原系统供能过程 ATP是肌肉收缩时将化学能转变为机械能的
2.糖有氧氧化中ATP的生成量
反应阶段
部位 底物水平 氧化磷酸化 磷酸化
CH2 O P 3-磷酸甘油酸
(2)氧化磷酸化（线粒体）
代谢物脱下的氢，经呼吸链传递过程 逐级氧化，最后生成水，同时伴有能量的 释放，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称 为氧化磷酸化。
e- Ⅳ
胞液侧
Ⅰ NADH+H+
NAD+
e-
Q e-
Ⅱ e-
Ⅲ
延胡索酸
琥珀酸
e-
线粒体内膜
Ⅴ
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
4．运动训练对磷酸原系统的影响
(1)运动训练可以明显提高ATP酶的活性； (2)速度训练可以提高肌酸激酶的活性，从
而提高ATP的转换速率和肌肉最大功率输 出，有利于运动员提高速度素质和恢复期 CP的重新合成； (3)运动训练使骨骼肌CP储量明显增多，从 而提高磷酸原供能时间； (4)运动训练对骨骼肌内ATP储量影响不明显。
➢ 生物氧化可分为三个阶段，乙酰CoA是三大营 养物质氧化的共有中间产物。三羧酸循环与氧 化磷酸化是三大营养物质彻底氧化时共有的途 径，也是能量释放最多的阶段。
➢ ATP的生成方式有二种，即底物水平磷酸化与 氧化磷酸化。以后者为主要方式。
➢ 电子传递链位于线粒体内膜，由多种酶与辅酶 组成，是氧化磷酸化的机构。有NADH氧化呼 吸链与琥珀酸氧化呼吸链二条。在线粒体内， 2H经二条呼吸链分别生成3ATP与2ATP。
最大摄氧量（VO2max）
指身体发挥最大功能水平，每分钟摄 入并供组织细胞消耗的氧气量，一般人的 最大摄氧量为2-3L/分钟，经常参加体育运 动的人可达4-5L/分钟，在进行有氧耐力训 练时，可以之为指标确定运动强度。通过 运动负荷实验，此数据可以较易测得。
相关知识
一般说来，最大摄氧量的50%约等于最 大心率的55-60%，最大摄氧量的60%约等 于最大心率的65-70%，最大摄氧量的70% 约等于最大心率的75-80%，最大摄氧量的 80%约等于最大心率的85-90%。最大心率 可用220-年龄估算。
分解代谢起始阶段耗能的磷酸化（活化） 反应。
二、运动时ATP的利用与再合成
（一）运动时肌肉ATP的利用途径 一般由ATP酶催化ATP末端的高能磷酸
键水解释放能量，生理条件下51.6KJ/Mol。 ATP+H20--ADP+Pi+30.6KJ/Mol
特殊情况下，ADP末端的高能磷酸键也 可水解释放能量。
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
3ATP
2ATP
ATP
ATP
ATP
P/O比值 氧化磷酸化形成ATP时，每消耗1摩
尔氧原子时所消耗的无机磷（原子）的 摩尔数。
在线粒体中，NADH+H+的P/O比值为3、 FADH2的P/O比值为2。
故线粒体内的NADH+H+经氧化生成3 分而子线粒AT体P 、外F的ADNAHD2的H+经H+上氧化的生氢成进入2分线子粒A体TP。 内有二种方式：
NADH+H+
NADH+H+
NADH+H+
FADH2
3.生物氧化中CO2的生成 有机酸脱羧（-COOH)生成。
示例:
NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+
丙酮酸
乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶复合体
提要：
➢ 运动时，ATP是肌肉收缩的直接供能物质。并 且，ATP是能量代谢的核心物质。
➢ 生物氧化是三大营养物质在体内彻底氧化为水 与二氧化碳并释放能量的过程。能量释放是逐 步的、受到精密调控的。
生物氧化的共同规律：
可总结为三个阶段。
1.生物氧化中水的生成
电子传递链（呼吸链）
在线粒体内膜上，一系列递氢、递电子 体按一定顺序排列，构成的一条连锁反应 体系。由于此反应体系与细胞摄取氧的呼 吸过程有关，故又称为呼吸链。
Cytc
e- Ⅳ
胞液侧
e-
Q e-
e-
ⅠⅡ e-Fra bibliotekⅢⅤ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
线粒体内膜 基质侧
NADH氧化呼吸链
3ATP
FADH2氧化呼吸链 2ATP
ATP
ATP
ATP
维生素B2系FMN、FAD的前体，运动 员缺乏时直接引起骨骼肌有氧代谢供氧能 力，引起肌收缩无力，耐久力下降。
维生素PP系NAD+的前体，与运动员 的有氧耐力和无氧耐力均有关，也是 NADP+的前体，与运动后合成恢复有关。
运动肌能量供应系统
(1)高能磷酸盐如磷酸肌酸分解（磷酸原供 能系统）
(2)糖无氧分解（糖酵解供能系统） (3)糖、脂肪、蛋白质有氧氧化（有氧代谢
供能系统）
第三节
运动时骨骼肌供能系统
(1) 磷酸原供能系统 (2) 糖酵解供能系统
无氧代谢供能系统
(3) 有氧代谢供能系统 有氧代谢供能系统
一、磷酸原供能系统
ADP+H20--AMP+Pi+30.6KJ/Mol
运动时，肌肉ATP利用的部位与作用
（1）肌球蛋白（即肌凝蛋白）ATP酶消耗 ATP，引起肌丝相对滑动和肌肉收缩做功；
（2）肌质网膜上钙泵(Ca-ATP酶)消耗ATP， 转运 Ca2+，调节肌肉松弛；
（3）肌膜上钠泵(Na，K-ATP酶)消耗ATP， 转运 Na+／K+离子，调节膜电位。
H2O——
6H2O+6CO2
44H2O+6CO2
相同
反应条件 反应步骤
特殊（37度、近中 一般 性含水环境、由酶催 化）
繁多
简单
产物生成形式 能量释放形式
CO2（有机酸脱羧） CO2（碳直接与氧结合）
H2O（脱氢）
H2O（氢直接与氧结合）
逐步释放，且有4成 突然释放，以热与光散发
可转化为化学能
（二）生物氧化的途径 三大营养物质（糖原、脂肪、蛋白质）
2.生物氧化中ATP的生成
(1)底物水平磷酸化（胞液） 直接由代谢物分子的高能磷酸键转移
给ADP生成ATP的方式，称为底物水平磷酸 化，简称底物磷酸化。
（1，3—二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式 丙酮酸、琥珀酰辅酶A）
O=C O P
C OH
CH2 O P 1,3-二磷酸
甘油酸
ADP
ATP
磷酸甘油酸激酶
COOH C OH
唯一直接能源。
2．磷酸原系统供能特点
➢ 启动：“最早起动、最快利用”和最大功率输出 的特点。
➢ 输出功率：最大输出功率可达每千克干肌每秒 1．6—3．0毫摩尔~P。
➢ 可维持最大供能强度运动时间：约6—8秒钟。 （磷酸原储量有限，ATP为每千克湿肌4.77.8mmol，CP为每千克湿肌20-30mmol。）
（一）糖有氧氧化供能 （二）脂肪氧代供能 （三）蛋白质氧化供能
（一）糖的有氧氧化供能
在氧存在的条件下，糖原、葡萄糖和乳酸有氧氧 化，终产物是二氧化碳与水。
1.基本过程 (1)细胞质内反应阶段：
糖酵解途径（G丙酮酸）。 （丙酮酸和3-磷酸甘油醛脱氢生成的NADH+H+，可 经不同方式进入线粒体继续氧化。） (2)线粒体内反应阶段： 丙酮酸脱氢脱羧（丙酮酸乙酰辅酶A、 CO2 、H） 三羧酸循环（乙酰辅酶ACO2、H） 氧化磷酸化（H、ADP+Pi、O2H2O、ATP）
前言
第四章
运动时物质代谢和能量代谢
第一节 能量代谢
能量代谢的核心物质是ATP。 一、高能化合物
一般将水解时释放的标准自由能 高于20．92KJ／mol(5千卡／摩尔)的 化合物，称为高能化合物。
高能化合物种类很多。重要的高能化
合物有磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)、1， 3—二磷酸甘油酸（1，3-BPG）、磷酸肌 酸（CP）、琥珀酰辅酶A、 ATP、ADP 等。其中磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基转移 潜势最高。
（2）当以75％最大摄氧量强度持续运动时达到疲 劳时，CP储量可降到安静值的20％左右，ATP 储量则略低于安静值。这时，ATP合成由CP分 解提供外，主要由糖酵解和糖的有氧氧化提供。