1、第七章第七章 运动与蛋白质和氨基酸代谢运动与蛋白质和氨基酸代谢 第一节第一节 运动和恢复期蛋白质代谢运动和恢复期蛋白质代谢第二节第二节 运动与氨基酸代谢运动与氨基酸代谢o 蛋白质是组成人体结构成分和酶等特殊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，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。谢，这种运动的影响还延续到运动后。第一节第一节 运动和恢复期蛋白质代谢运动和恢复期蛋白质代谢安静、运动、运动后人体蛋白
2、质转换（mg/KgBWhr）合成速率 分解速率 安静 33.02.0 26.5 2.1 运动 28.4 1.6（14%）40.9 2.6（54%）运动后 40.3 1.9（22%）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（二）、判断肌肉蛋白质分解代谢的强度指标指标o 评价运动时体内蛋白质分解代谢的常用评价运动时体内蛋白质分解代谢的常用指标是尿素氮；尿中指标是尿素氮；尿中3-3-甲基组氨酸。内甲基组氨酸。内源性源性3-3-甲基组氨酸的来源主要是肌原纤甲基组氨酸的来源主要是肌原纤维的肌
3、动蛋白和肌球蛋白，这些肌纤维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进行分解代谢时释放出3-3-甲基组氨酸。甲基组氨酸。o 3-3-甲基组氨酸既不能用于体内蛋白质合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，尿成，也不能被氧化分解，所以，尿3-3-甲甲基组氨酸总排泄量可作为人体肌蛋白质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。测定尿分解代谢的强度指标。测定尿3-3-甲基组甲基组氨酸是检测肌蛋白质降解的有效、无损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，经常用伤技术。在实际应用时，经常用3-3-甲基甲基组氨酸肌酐比值表示。组氨酸肌酐比值表示
4、。o 运动时、运动后运动时、运动后3-3-甲基组氨酸指标的变化有甲基组氨酸指标的变化有以下几种情况：第一，人尿中以下几种情况：第一，人尿中3-3-甲基组氨酸甲基组氨酸的排泄量中的排泄量中7575由骨骼肌提供，所以，尿由骨骼肌提供，所以，尿3-3-甲基组氨酸排泄量的变化，基本上反映骨骼甲基组氨酸排泄量的变化，基本上反映骨骼肌收缩蛋白分解代谢速率的变化。第二，运肌收缩蛋白分解代谢速率的变化。第二，运动期尿动期尿3 3甲基组氨酸排泄量下降，即运动甲基组氨酸排泄量下降，即运动时骨骼肌收缩蛋白的分解速率下降，而运动时骨骼肌收缩蛋白的分解速率下降，而运动后恢复期排泄量上升，表现出双向变化的曲后恢复期排泄量
5、上升，表现出双向变化的曲线图谱线图谱(图图7-1)7-1)。o 第三，运动后第三，运动后3-3-甲基组氨酸排泄量增多，变甲基组氨酸排泄量增多，变化幅度与运动强度、持续时间和运动与恢复化幅度与运动强度、持续时间和运动与恢复的相对排泄量变化有关。表的相对排泄量变化有关。表7-27-2揭示，鼠运揭示，鼠运动后动后 12-3612-36小时尿小时尿3-3-甲基组氨酸排泄量明显甲基组氨酸排泄量明显增多。图增多。图7-27-2比较鼠运动后比较鼠运动后3-3-甲基组氨酸排甲基组氨酸排泄量，运动强度越大或持续时间越长，则排泄量，运动强度越大或持续时间越长，则排泄量增加越多。另外，泄量增加越多。另外，3-3-甲
6、基组氨酸的变化，甲基组氨酸的变化，还受排汗量、膳食运动方式和训练水平等影还受排汗量、膳食运动方式和训练水平等影响。响。（三）运动使蛋白质分解代谢增强的原因（三）运动使蛋白质分解代谢增强的原因o 1.1.训练状态训练状态 运动员在激烈运动训练初期，由于细胞破坏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，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，使蛋白以及运动应激时激素和神经调节等，使蛋白质净降解。质净降解。o 2.2.训练的类型、强度及频率训练的类型、强度及频率 长时间激烈的耐力运动训练，使肌肉中能量长时间激烈的耐力运动训练，使肌肉
7、中能量物质大量消耗，导致膜的正常功能失调，细物质大量消耗，导致膜的正常功能失调，细胞酶外泄，蛋白质分解代谢加强。胞酶外泄，蛋白质分解代谢加强。o 3.3.激素变化激素变化 运动时血胰岛素、睾酮浓度下降，胰高血运动时血胰岛素、睾酮浓度下降，胰高血糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度上升，促进糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度上升，促进蛋白质分解代谢。蛋白质分解代谢。o 4.4.酶活性变化酶活性变化 运动引起细胞内组织蛋白酶运动引起细胞内组织蛋白酶D D、溶酶体酶、溶酶体酶的活性升高；酶活性增强可以持续到运动的活性升高；酶活性增强可以持续到运动后后3-53-5天。天。三、运动后蛋白质代谢三、运动后蛋白质代谢（一）运
8、动后蛋白质净合成（一）运动后蛋白质净合成o运动后骨骼肌内蛋白质代谢改变，大多数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。研究结果是蛋白质合成代谢增强。o(1)(1)运动后恢复运动后恢复1 1小时内，骨骼肌内蛋白质小时内，骨骼肌内蛋白质合成明显减弱；合成明显减弱；o(2)(2)运动后第运动后第2 2小时内蛋白质合成速率上升，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。并在尚未确定的时间内持续上升。(二二)影响运动后肌肉蛋白质合成的因素影响运动后肌肉蛋白质合成的因素o(1)(1)运动时细胞受到牵拉变形或多胺含量增运动时细胞受到牵拉变形或多胺含量增加，促使肌细胞膜
9、通透性增大，进入细胞内加，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，为合成蛋白质提供的游离氨基酸数量增加，为合成蛋白质提供了基本原料。了基本原料。o(2)(2)在运动后在运动后3030分钟内肌细胞内分钟内肌细胞内ATPATP、CPCP迅迅速恢复到正常水平。速恢复到正常水平。o(3)(3)肌浆中肌浆中Ca2Ca2浓度升高，可诱导氧化酶浓度升高，可诱导氧化酶活性升高。活性升高。o(4)(4)因运动引起的内环境酸化和体温上升，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。程的阻遏作用解除。o(5)(5)由
10、运动中由运动中ATPATP浓度暂时下降诱导的多胺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含量增加，它的作用之一是直接促进氨酰tRNAtRNA合成酶和氨酰合成酶和氨酰tRNAtRNA转移酶活性，从核糖转移酶活性，从核糖体水平提高蛋白质合成速率。体水平提高蛋白质合成速率。o(6)(6)激素浓度改变，加速复制转录激素浓度改变，加速复制转录mRNAmRNA。(三三)运动训练对蛋白质代谢的影响运动训练对蛋白质代谢的影响o 1 1耐力训练的作用：耐力训练使骨骼肌线耐力训练的作用：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
11、高。例如，耐力训练使鼠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腓肠肌每千克肌肉内细胞浆中谷丙转氨酶丙转氨酶的活性升高的活性升高5050，线粒体中谷，线粒体中谷丙转氨酶活丙转氨酶活性升高性升高8080；训练后肌肉中氧化支链氨基酸；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的酶活性提高，代谢利用支链氨基酸的供能能力提高；能力提高；o 肌肉内肌红蛋白量提高肌肉内肌红蛋白量提高8080，使肌肉转，使肌肉转运氧的能力提高。又如，人骨骼肌经耐运氧的能力提高。又如，人骨骼肌经耐力训练谷力训练谷-丙转氨酶活性提高两倍。耐力丙转氨酶活性提高两倍。耐力训练使机体葡萄
12、糖训练使机体葡萄糖-丙氨酸循环加速，使丙氨酸循环加速，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。用增强，从而提高有氧代谢供能能力。2 2力量训练的作用力量训练的作用o 力量训练使训练肌的体积增大，肌纤维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。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、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。韧
13、带组织数量和力量增长。第二节第二节 运动与氨基酸代谢运动与氨基酸代谢 o 长时间剧烈运动时，人体对氨基酸的利长时间剧烈运动时，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水直接参与供能，或者参与糖异生维持运动中血糖水平。运动中血糖水平。（一）游离氨基酸库（一）游离氨基酸库o人体各组织含有少量游离氨基酸，骨骼肌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。大约和肝脏是重要的游离氨基酸库。大约8080游离氨基酸存在骨骼肌内，肝脏内约含游离氨基酸存在骨骼肌内，肝脏内约含1010，肾脏约含，肾脏约含4 4，血浆
14、游离氨基酸仅占，血浆游离氨基酸仅占 0.20.2-6-6。o运动改变氨基酸、蛋白质代谢时，游离氨运动改变氨基酸、蛋白质代谢时，游离氨基酸的组成、分布和数量相应改变。基酸的组成、分布和数量相应改变。一、氨基酸代谢库一、氨基酸代谢库（二）运动时代谢利用的氨基酸（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：运动时人体可利用的氨基酸有三方面来源：o(1)(1)血浆和组织内游离氨基酸；血浆和组织内游离氨基酸；o(2)(2)组织蛋白降解时释出的氨基酸；组织蛋白降解时释出的氨基酸；o(3)(3)非氨基酸类物质，主要是糖分解的中间非氨基酸类物质，主要是糖分解的中间代谢产物转变生成的氨基酸
15、。代谢产物转变生成的氨基酸。o 组织蛋白质分解释出或生成的氨基酸是运动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。可以反映游离氨基酸库动态平衡的改变。二、运动与氨基酸供能二、运动与氨基酸供能o参与氧化供能的氨基酸主要是：丙氨酸、参与氧化供能的氨基酸主要是：丙氨酸、谷氨酸、门冬氨酸和支链氨基酸。谷氨酸、门冬氨酸和支链氨基酸。o 耐力运动时谷丙转氨酶、谷氨酸脱氢酶活性耐力运动时谷丙转氨酶、谷氨酸脱氢酶活性增高，嘌呤核苷
16、酸循环速率加快，表现出长增高，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。基作用加快，含量下降。（一）丙氨酸、谷氨酸、门冬氨酸代谢（一）丙氨酸、谷氨酸、门冬氨酸代谢（二）支链氨基酸代谢（二）支链氨基酸代谢 o 支链氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸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酸完全氧化分别产生4242、4343、3232分子分子AT
17、PATP。安静时，人骨骼肌总能量消耗的安静时，人骨骼肌总能量消耗的1414由支链由支链氨基酸氧化过程提供，属于非糖的能量来源。氨基酸氧化过程提供，属于非糖的能量来源。（三）影响氨基酸供能的因素（三）影响氨基酸供能的因素o 1 1、耐力训练：能提高运动肌内谷、耐力训练：能提高运动肌内谷丙转氨酶丙转氨酶活性，使转氨基作用增强，丙氨酸生成增多；活性，使转氨基作用增强，丙氨酸生成增多；能使苹果酸脱氢酶活性提高，促进三羧酸循能使苹果酸脱氢酶活性提高，促进三羧酸循环中间产物转换成丙酮酸的能力，从而提高环中间产物转换成丙酮酸的能力，从而提高氨基酸氧化。氨基酸氧化。o 2 2、运动强度：运动强度与支链氨基酸的
18、氧、运动强度：运动强度与支链氨基酸的氧化、葡萄糖化、葡萄糖丙氨酸循环的速率成正比。肌丙氨酸循环的速率成正比。肌糖原的利用率下降时，氨基酸氧化增强。糖原的利用率下降时，氨基酸氧化增强。o 3 3、激素的变化：运动时血浆胰岛素、睾酮、激素的变化：运动时血浆胰岛素、睾酮浓度下降，胰高血糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度下降，胰高血糖素、儿茶酚胺和皮质醇浓度上升，这些激素的变化会促进氨基酸氧浓度上升，这些激素的变化会促进氨基酸氧化。在长时间耐力运动时，糖皮质激素具有化。在长时间耐力运动时，糖皮质激素具有增加肌原纤维蛋白酶的活性、促进骨骼肌合增加肌原纤维蛋白酶的活性、促进骨骼肌合成丙氨酸的作用。成丙氨酸的作用。
19、三、运动与氨基酸的糖异生作用三、运动与氨基酸的糖异生作用o 耐力运动期间，氨基酸的另一代谢途径是合耐力运动期间，氨基酸的另一代谢途径是合成葡萄糖。在耐力运动早期成葡萄糖。在耐力运动早期(1(1小时小时)，肝糖，肝糖原是血糖的基本来源，但在更长时间的运动原是血糖的基本来源，但在更长时间的运动中，糖异生代谢逐渐起更重要的作用，其中中，糖异生代谢逐渐起更重要的作用，其中氨基酸的糖异生作用也在加强。在各种生糖氨基酸的糖异生作用也在加强。在各种生糖氨基酸中，以丙氨酸为主，约占糖异生生成氨基酸中，以丙氨酸为主，约占糖异生生成葡萄糖总量的葡萄糖总量的2020-25-25，占肝脏葡萄糖输，占肝脏葡萄糖输出量的
20、出量的5 58 8。（一）葡萄糖（一）葡萄糖-丙氨酸循环的代谢途径丙氨酸循环的代谢途径o 运动时，骨骼肌丙氨酸释放量增加运动时，骨骼肌丙氨酸释放量增加5050500500，且与运动强度成正比关系。由肌内，且与运动强度成正比关系。由肌内葡萄糖、肌糖原分解生成的丙酮酸，它与氨葡萄糖、肌糖原分解生成的丙酮酸，它与氨基酸之间经转氨基作用生成丙氨酸，以及丙基酸之间经转氨基作用生成丙氨酸，以及丙氨酸在肝内异生为葡萄糖，并回到肌肉中的氨酸在肝内异生为葡萄糖，并回到肌肉中的代谢过程，称为葡萄糖代谢过程，称为葡萄糖-丙氨酸循环。丙氨酸循环。(二二)运动时葡萄糖运动时葡萄糖丙氨酸循环的生物学意义丙氨酸循环的生物学
21、意义o(1)(1)将运动肌中糖酵解的产物丙酮酸转变成丙氨酸，可将运动肌中糖酵解的产物丙酮酸转变成丙氨酸，可以减少乳酸生成量，起着缓解肌肉内环境酸化和保障以减少乳酸生成量，起着缓解肌肉内环境酸化和保障分解代谢畅通的作用；分解代谢畅通的作用；o(2)(2)肌内氨基酸的肌内氨基酸的-氨基转移给丙酮酸合成丙氨酸，氨基转移给丙酮酸合成丙氨酸，促进氨基酸的氧化代谢；促进氨基酸的氧化代谢；o(3)(3)丙氨酸在肌内生成和转移到肝脏代谢的过程，以无丙氨酸在肌内生成和转移到肝脏代谢的过程，以无毒的形式转运氨基，避免血氨过度升高；毒的形式转运氨基，避免血氨过度升高；o(4)(4)肝内丙氨酸异生成葡萄糖，有利于维持
22、血糖浓度和肝内丙氨酸异生成葡萄糖，有利于维持血糖浓度和供中枢、运动肌吸收利用，对维持运动能力、抗疲劳供中枢、运动肌吸收利用，对维持运动能力、抗疲劳有重要意义。有重要意义。四、运动时氨代谢四、运动时氨代谢(一一)血氨血氨o 在正常情况下，血氨浓度为在正常情况下，血氨浓度为6 63535微摩尔升。微摩尔升。1 1来源来源o 外源性氨：在肠道中细菌作用引起蛋白质腐败外源性氨：在肠道中细菌作用引起蛋白质腐败o 内源性氨：主要来自以下代谢途径：内源性氨：主要来自以下代谢途径：(1)(1)谷氨酰胺谷氨酰胺脱氨基作用；脱氨基作用；(2)(2)谷氨酸在谷氨酸脱氢酶催化下，谷氨酸在谷氨酸脱氢酶催化下，氧化脱氨；
23、氧化脱氨；(3)(3)嘌呤核苷酸循环中嘌呤核苷酸循环中AMPAMP脱氨；脱氨；(4)(4)其他氨基酸在代谢过程中脱氨；其他氨基酸在代谢过程中脱氨；(5)(5)单胺类神经递单胺类神经递质，如儿茶酚胺、质，如儿茶酚胺、5 5羟色胺等，在单胺氧化酶催羟色胺等，在单胺氧化酶催化下脱氨。化下脱氨。2 2去路：去路：氨的去路有三条：氨的去路有三条：o (1)(1)在肝脏，通过鸟氨酸循环合成尿素，这是在肝脏，通过鸟氨酸循环合成尿素，这是氨的主要去路。正常人体内氨的主要去路。正常人体内80809090的氨以尿素的氨以尿素形式排出；形式排出；o (2)(2)在脑、肝脏和骨骼肌等组织合成谷氨酰胺。在脑、肝脏和骨骼
24、肌等组织合成谷氨酰胺。合成的谷氨酰胺可透过细胞膜到血液中，所以谷氨合成的谷氨酰胺可透过细胞膜到血液中，所以谷氨酰胺是氨的运输形式，谷氨酰胺生成是解除氨毒的酰胺是氨的运输形式，谷氨酰胺生成是解除氨毒的一条重要途径；一条重要途径；o (3)(3)合成氨基酸或一些含氮化合物。合成氨基酸或一些含氮化合物。3 3氨对运动能力的影响氨对运动能力的影响o 激烈运动和持续、重复性运动均可以引起高血氨。激烈运动和持续、重复性运动均可以引起高血氨。运动时高血氨浓度是中枢产生疲劳的因素之一。较运动时高血氨浓度是中枢产生疲劳的因素之一。较严重的高血氨症明显影响中枢神经系统，使运动的严重的高血氨症明显影响中枢神经系统，
25、使运动的控制能力下降，思维连贯性差，最后失去意识。氨控制能力下降，思维连贯性差，最后失去意识。氨对许多生化反应起不良作用。如氨的增加可降低丙对许多生化反应起不良作用。如氨的增加可降低丙酮酸的利用和减少摄氧量。氨的增加也抑制丙酮酸酮酸的利用和减少摄氧量。氨的增加也抑制丙酮酸的羧化作用和线粒体的呼吸作用，从而危及三羧酸的羧化作用和线粒体的呼吸作用，从而危及三羧酸循环。循环。(二二)血尿素血尿素o 血尿素是蛋白质代谢终产物，在正常生理情血尿素是蛋白质代谢终产物，在正常生理情况下，蛋白质和氨基酸等含氮物质在分解代况下，蛋白质和氨基酸等含氮物质在分解代谢中，先脱下氨基，氨在肝脏中经鸟氨酸循谢中，先脱下氨
26、基，氨在肝脏中经鸟氨酸循环转变为尿素。环转变为尿素。o 安静正常值为安静正常值为3 32-72-70 0毫摩尔升。一般毫摩尔升。一般来说，来说，3030分钟以内的运动，血尿素变化较小，分钟以内的运动，血尿素变化较小，只有在长时间较大强度运动时，血尿素的变只有在长时间较大强度运动时，血尿素的变化范围明显。化范围明显。运动引起血尿素浓度升高的机理包括以下四方面运动引起血尿素浓度升高的机理包括以下四方面o (1)(1)丙氨酸丙氨酸葡萄糖循环加强。转运进肝脏的葡萄糖循环加强。转运进肝脏的丙氨酸增多，使尿素生成增多；丙氨酸增多，使尿素生成增多；o (2)(2)运动加速肌肉中酶老化，其分解代谢的最运动加速肌肉中酶老化，其分解代谢的最终产物尿素也增多；终产物尿素也增多；o (3)(3)长时间激烈运动时，当肌肉能量平衡遭到长时间激烈运动时，当肌肉能量平衡遭到破坏、破坏、ATPATP不能迅速合成时，生成的不能迅速合成时，生成的AMPAMP在肌肉中在肌肉中脱氨基也会转变为尿素，使血尿素增加；脱氨基也会转变为尿素，使血尿素增加；o (4)(4)运动使肾脏缺血时，血尿素廓清速度减慢，运动使肾脏缺血时，血尿素廓清速度减慢，使血尿素潴留。使血尿素潴留。
