02-糖代谢与运动

运动生物化学第02章糖代谢与运动教学目标•掌握糖的概念，葡萄糖的化学结构、人体内糖存在的形式与储量、糖代谢不同化学途径与ATP合成的关系，糖代谢及其产物对人体运动能力的影响。•了解糖的组成，分类和运动时的生物学功能。•熟悉糖酵解、糖的有氧氧化，糖原的合成和糖异生作用的基本代谢过程及其在运动中的意义，•理解运动训练和体育锻炼中糖代谢产生的适应性变化。教学目标引言•糖是自然界分布最为广泛的有机物质，也是组成人体的重要成分之一。•人体内糖的形式有两种，糖原和葡萄糖引言第02章第02糖代谢与运动第一节糖概述第二节糖的分解代谢第三节糖原合成和糖异生第四节糖代谢与运动第02糖代谢与运动第一节糖概述第二节糖的分解代谢第三节糖原合成和糖异生第四节糖代谢与运动第一节糖概述糖的概念、化学组成、分类、结构、生物功能……第一节糖质概述•糖质的范围绿色植物的根、茎、叶果实所含的葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉和纤维素；哺乳动物乳汁中的乳糖，血液中的血糖，肝脏和肌肉中的糖原等，都属于糖质物质。第一节糖质概述一、糖质的概念和化学组成•概念糖质是一种含有多羟基的醛类或酮类物质化合物的总称。例如葡萄糖，果糖。•化学组成有CHO三中元素组成（碳水化合物）•占人体干重2%，少量以糖脂、糖蛋白的形式构成神经、生物膜、抗体、某些酶、激素、和结缔组织的的重要成分，大部分以多糖的形式贮存于组织器官中。一、糖质的概念和化学组成糖1（概念）糖的分类•根据特点可以分为单糖、寡糖、多糖•单糖凡是不能用水解的方法再降解的最简单的糖称为单糖。•寡糖又称为低聚糖，由2-10个单糖分子缩合而成。•多糖由多个单糖分子缩合而成的高分子有机化合物。二、糖的分类糖2（通式、分类）不符合通式的糖物质：鼠李糖（C6H13O5）、脱氧核糖（C5H10O4）等。符合通式的非糖物质：乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等。分类主要种类单糖葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖……核糖、脱氧核糖……寡糖麦芽糖、蔗糖、乳糖……多糖淀粉、纤维素、糖原……糖（碳水化合物）的通式：Cn(H2O)n（P42）糖3（开链式结构）糖的结构：糖4（环式结构）将六元环碳原子省略，左面原子或基团写在环上方，右面原子或基团写在环下方，即可将开链式用哈沃斯式表示。哈沃斯式还可进一步简化：用短线代表氢，用折线代表羟基。糖的结构：糖5（单糖）单糖糖6（寡糖）寡糖糖7（多糖）多糖糖的生物学功能•（一）人体内糖的存在形式与储量•占人体干重的2%，按作用主要分为两类。一类是结合糖，其生理作用是与其他物质结合参与人体成分的组成；另一类是自由型糖，以游离态和化合态的形式存在。•血糖•肌糖原•肝糖原三、糖的生物学功能成人体内糖总量约500g，其中肌糖原约占75%，肝糖原约占20%，血糖约占1.2%（P45）。糖8（糖的生物功能）（二）糖的生物学功能：（1）提供机体所需的能量。（2）促进脂肪的彻底氧化分解。（3）减少蛋白质的消耗。（4）促进运动性疲劳的恢复。第02章糖代谢与运动第一节糖概述第二节糖的分解代谢第三节糖原合成和糖异生第四节糖代谢与运动第二节糖的分解代谢1、无氧氧化：糖→糖酵解→丙酮酸→乳酸2、有氧氧化：糖→糖酵解→丙酮酸→乙酰CoA→三羧酸循环→H2O+CO2•糖分解代谢的底物有两种一种是糖原，另一种是各组织细胞中的葡萄糖。根据代谢时氧气的参与，糖代谢可以分为有氧氧化和糖的无氧酵解两个过程。（一）糖的无氧酵解糖酵解无氧氧化——糖酵解途径葡萄糖酵解使1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸、2分子H2O、2分子ATP和2分子DNAH。葡萄糖无氧氧化使1分子葡萄糖产生2分子乳酸和相当于2分子ATP的能量（而不是2分子ATP）。①已糖激酶②磷酸已糖异构酶③磷酸果糖激酶④醛缩酶⑤磷酸丙糖异构酶⑥磷酸甘油醇脱氢酶⑦磷酸甘油酸激酶⑧磷酸甘油酸变位酶⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶A磷酸化酶B乳酸脱氢酶无氧氧化总反应式：葡萄糖→2HL（乳酸）+能量（相当于2ATP）•糖酵解的生理意义•是生物内普通存在的功能途径，正常生理调节下，大多数组织有充足的氧气供应，因而很少进行糖无氧酵解。只有少数活跃耗能较多细胞组织如视网膜、肾髓质成熟的红细胞（没有线粒体）和睾丸在氧气供应充足的情况下，仍进行糖的无氧供能，来获得能量。•是剧烈运动时能量的主要来源糖的有氧氧化•定义葡萄糖或糖原在氧气供应充足的情况下，氧化分解，生成二氧化碳和水，同时释放大量能量的过程。（二）糖的有氧氧化•分为3个阶段：葡萄糖或糖原分解为丙酮酸丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A乙酰辅酶A进入三羧酸循环三羧酸循环酶的种类：A丙酮酸脱氢酶系①柠檬酸合成酶②顺乌头酸酶③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶系⑤琥珀酸硫激酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶有氧氧化——三羧酸循环有氧氧化总反应式：葡萄糖+6O2→6CO2+6H2O+能量（相当于32ATP）三羧酸循环32ATP能量的来路分析：◎葡萄糖→2丙酮酸：产生2A、2N。◎2丙酮酸→2乙酰CoA：产生2N。◎2乙酰CoA经TAC：产生6N、2F、2G。合计：10N、2F、2G、2A。所以，总计产生32ATP能量。有氧氧化总反应式：葡萄糖+6O2→6CO2+6H2O+能量（相当于32ATP）有氧氧化——三羧酸循环三羧酸循环6CO2的来路分析：◎2丙酮酸→2乙酰CoA：产生2CO2◎2乙酰CoA经TAC：产生4CO2所以，总计产生6CO2。有氧氧化——三羧酸循环有氧氧化总反应式：葡萄糖+6O2→6CO2+6H2O+能量（相当于32ATP）生理意义1.每分子葡萄糖完全氧化，释放能量可以合成32ATP。是糖酵解的16倍，因此，它是长时间大强度运动时的重要能量来源，是机体利用糖能源的主要途径。2.三羧酸循环是人体内糖质、脂质、和蛋白质的三大代谢的中心环节。第02章糖代谢与运动第一节糖概述第二节糖的分解代谢第三节糖原合成和糖异生第四节糖代谢与运动第三节糖原合成和糖异生由单糖在体内合成糖原的过程称糖原合成。由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称糖异生作用。•在正常生理条件下，人体的分解和合成保持动态平衡。运动中，糖作为能源物质分解代谢供能，在运动后的恢复期或长时间的运动的过程中，机体又可以重新合成糖原作为能源。糖原合成的主要原料是来源于血液中的葡萄糖。•糖原合成的意义：1、运动补糖的生化基础2、运动后糖原合成的增加机制（糖原：500→700g）（一）糖原的合成注1：表中UTP称“三磷酸尿苷”，Pii称“焦磷酸”，UDPG称“尿苷二磷酸葡萄糖”。①⑤为限速酶。Gn为至少含4个葡萄糖残基的直糖链。“激酶”的作用是将ATP上的一个高能磷酸健转移到底物上去，转移到什么底物上，就称什么激酶。直链糖原合成的UDPG途径酶的种类：①已糖激酶②磷酸已糖异构酶③UDPG焦磷酸化酶④糖原合成酶⑤UDP激酶总反应式：Gn+G+2ATP→Gn+1+2ADP+Pii直链糖原合成D直链糖原合成的UDPG途径总反应式：Gn+G+2ATP→Gn+1+2ADP+Pii注2：【糖原合成酶】只延长糖链，不形成分支。当直链不断加长到超过11个G残基时，【糖原分支酶】可将一段糖链（至少含有6个G残基）转移到邻近糖链上，并以α-1.6-糖苷键相连接，形成新的分支，分支部分则仍以α-1,4-糖苷键延长糖链。支链糖原合成酶的种类：①已糖激酶②磷酸已糖异构酶③UDPG焦磷酸化酶④糖原合成酶⑤UDP激酶D分支酶催化糖原不断形成新分支链糖原引物糖原合酶分枝酶糖原合成的限速酶12~18G1.糖原分子2.糖原素或糖原蛋白糖的异生•定义：•由非糖物质转变成糖原或葡萄糖的过程称为糖的异生。正常情况下，肝脏是糖异生的主要器官，但在饥饿状态下，肾脏和肌肉也能进行糖的异生。•在运动中的意义1.弥补体内糖量不足，维持血糖相对稳定2.乳糖异生变糖，有利用运动中乳酸消除（二）糖的异生糖异生作用糖异生不是糖酵解的逆过程。场所：肝（饥饿时肾、肌肉也参与）。限速酶（P60）：（1）丙酮酸羧化酶（2）丙酮酸P激酶（3）F-1,6二P酯酶（4）G-6P酯酶意义（P61）：（1）弥补体内糖量不足。（2）通过HL（乳酸）循环（P61，图2-3-1）消除运动肌产生的HL。糖异生线粒体内膜内细胞膜内细胞膜外第02章糖代谢与运动第一节糖概述第二节糖的分解代谢第三节糖原合成和糖异生第四节糖代谢与运动第四节糖代谢与运动一、运动中的糖代谢特点二、血糖与运动三、血乳酸与运动四、糖代谢的运动适应1、运动中的糖代谢特点（一）运动中的糖代谢特点（P62）肌糖原来源于血糖的合成。大强度短时间运动肌糖原不会耗尽，中低强度长时间运动至力竭肌糖原则耗尽。血糖来源于肝糖原分解和肝、肾等组织的糖异生。安静时肝糖原分解是血糖的主要来源（约占70%），饥饿时糖异生成为血糖的主要来源（接近100%），大强度短时间运动时肝糖原分解是血糖的主要来源（可达90%），中低强度长时间运动时糖异生则成为血糖的主要来源。2、运动中血糖浓度的变化规律（二）运动中血糖浓度的变化规律（P60）1-2min大强度运动：无明显变化。4-10min全力运动：明显上升。15-30min全力运动：开始回落。1-2h运动至疲劳：回归至正常值低限区间。2-3h运动至疲劳：降至正常值以下，甚至可能出现低血糖休克。9014010080101-2min大强度运动4-10min全力运动15-30min全力运动1-2hr力竭运动2-3hr力竭运动3、运动中血糖浓度的调节运动中血糖浓度的调节（P63）1、组织器官调节：肝糖原分解及肝、肾糖异生；骨骼肌对血糖的摄取和利用；各器官血液配布的变化等。2、激素调节：儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素）、胰高血糖素、糖皮质激素、生长激素等使血糖升高；胰岛素使血糖降低。3、神经调节：交感神经兴奋升血糖；迷走神经（副交感）兴奋降血糖。4、运动中的乳酸代谢特点（三）运动中的乳酸代谢特点来源：安静时主要来源于红细胞、皮肤、视网膜、肾髓质等的无氧酵解，运动时主要来源于骨骼肌。去路：运动后由氧化途径消除的乳酸约占50%，糖异生途径消除的乳酸约占20%，其他乳酸则由肝转化为其他物质（如脂肪酸、胆固醇、酮体、乙酸、丙氨酸等），少量随汗、尿排出体外。中低强度的有氧运动可提高乳酸的氧化速率，以50%-70%VO2max强度运动时，经氧化途径消除的乳酸可达总消除量的90%。4、运动中的乳酸代谢特点（三）运动中的乳酸代谢特点运动中产生的乳酸主要通过乳酸穿梭（P65）方式氧化，途径有二：（1）在运动肌内，由快肌b进入快肌a或慢肌氧化。（2）通过循环系统由运动肌进入非运动肌、心肌氧化。5、运动中他酸浓度的变化规律运动中血乳酸浓度的变化规律安静时血乳酸浓度约为1-2mmol/L。在递增强度的运动中，血乳酸浓度先是缓慢上升，当运动强度达到临界值时，血乳酸浓度开始急剧上升，此运动强度称乳酸阈。乳酸阈存在很大的个体差异。乳酸阈所对应的血乳酸浓度也存在很大的个体差异，其变动范围在1.4-7.5mmol/L之间，均值为4mmol/L。乳酸阈是机体供能由有氧为主转为无氧为主的临界点。运动时肌乳酸浓度血乳酸浓度。7、糖代谢运动适应的应用2.糖代谢运动适应的应用乳酸能训练（1）最高乳酸训练法：使运动员在训练时血乳酸浓度达到最高值（一般在12-20mM/L，最大可达30mM/L以上）的训练方法。目的是提高机体产生乳酸能力，即提高乳酸能系统的最大输出功率。一般可采用间歇训练模式，即：（1min极量运动+4～5min间歇休息）×5次重复。（四）糖代谢的运动适应1、特点：大强度运动提高无氧能力，中低强度运动提高有氧能力。7、糖代谢运动适应的应用2.糖代谢运动适应的应用（2）乳酸耐受力训练法：使血乳酸浓度持续保持高位的训练方法。目的是提高机体耐酸能力。一般可采用亚极量（85-90%VO2max）的间歇训练模式（300-400M跑），也可采用重复训练、变速训练等模式。（四）糖代谢的运动适应7、糖代谢运动适应的应用糖代谢运动适应的应用有氧训练（1）长距离间歇训练法：1000-2000M跑（约80-85%VO2max），目的是提高肌糖原、肝糖原贮备。此法训练会造成乳酸积累，故