生理學(xué)教學(xué)課件：第二十二章 能量代謝

1、第二十二章 能量代謝 Energy metabolism 能量代謝(energy metabolism) ：伴隨物質(zhì)代謝過程中的能量的 釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用。 攝取營養(yǎng)物質(zhì)來構(gòu)筑和更新自身 合成代謝新陳代謝 貯存能量 分解自身的部分物質(zhì) 分解代謝 釋放能量 能量代謝物質(zhì)代謝(metabolism) 第一節(jié) 機體能量的來源和去路來源：糖（glucose）：基本的供能物質(zhì),供能占70以上。通過 有 O2氧化和無氧酵解供能。脂肪（fat）：重要的貯能和供能物質(zhì)，氧化時釋放的能量 多。短期饑餓時供能。蛋白質(zhì)（protein）：特殊情況下供能，在體內(nèi)氧化不徹底。One joule equal to t

2、he energy expended (or work done) in applying a force of one newton through a distance of one meterOne newton is the amount of net force required to accelerate the mass of one kg at a rate of one meter per second squared.One calorie is the amount of energy to heat 1g of water by 1 centigrade.1 Joule

3、 is equal to. SI base units 1 kgm2/s2 CGS units 1107 erg kilocalories 2.39104 kcal1 Cal = 4.187 JDifferent energy unitsEnergy of Body Storesonly half of protein can be mobilized as a fuel source, the total yield is only 21,000 kcal.Glycogen is highly hydrophilic; 1 to 2 g of water is stored with eac

4、h gram of glycogen, thus providing a handy storage depot for glucose without affecting the osmotic pressure of the intracellular space. However, this packaging of glycogen with water makes glycogen a relatively inefficient means of storing energy because it yields only 1 to 2 kcal for each gram of h

5、ydrated glycogen instead of the theoretical 4.1 kcal/g of dry carbohydrate.Blood glucose3.89 - 6.11 mmoles/LDietary sugarNone sugar substancesLiver glycogenanaerobic glycolysisglycogen synthesisOther sugarsfat amino acidIntestinal absorptionglycogenolysisgluconeogenesisaerobic glycolysis oxidative p

6、hosphorylationCO2 and H2OLactic acidLiver glycogenpentose phosphate shuntLipid and amino acid metabolismGlycogen synthesis and glycogenolysis After entering a liver cell, glucose is phosphorylated to G6P.Three fates: glycolysis, breakdown through the pentose phosphate shunt, and glycogen synthesis.

7、Glycogenolysis directly yieldsG1P.Under anaerobic conditions, glycolysis-which takes place in the cytosol-yields two lactate molecules plus two ATP molecules per glucose moleculeUnder aerobic conditions, the metabolism of glucose does not proceed to lactate and thus yields a net gain of two NADH mol

8、ecules per glucose molecule. The oxidative phosphorylation of each NADH molecule will yield 1.5 or 2.5 ATP molecules, depending on which shuttle system the cell uses to transfer the reducing equivalents from the cytosol into the mitochondria. Therefore, under aerobic conditions, glycolysis of one gl

9、ucose molecule generates two ATP molecules directly plus three or five ATP molecules through the oxidative phosphorylation of the two NADH molecules, for a total of five or seven ATP molecules per glucose molecule.ATP：重要的貯能物質(zhì)和直接的供能物質(zhì) 1mol ATP可釋放52.3kJ 能量磷酸肌酸(creatine phosphate, CP)：由肌酸和磷酸合成， 主要存在肌肉和

10、腦組織中，是含高能磷酸鍵的化合 物，不能直接為細(xì)胞提供能量。 能量過剩能量不足ATPCPATP是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)化和利用的關(guān)鍵物質(zhì)能量平衡 (energy balance)在一定時期內(nèi)，攝入的能量與消耗的能量基本相等。 攝入的能量多于消耗的能量 能量的正平衡 生長發(fā)育 、肥胖 攝入的能量少于消耗的能量 能量的負(fù)平衡 消瘦 能量代謝的調(diào)節(jié)從整體來看，能量貯存和利用受神經(jīng)和多種體液因素的影響 。 精神緊張影響食欲；下丘腦攝食中樞和飽中樞調(diào)節(jié)攝食行為等。 影響三大營養(yǎng)素代謝的激素：胰島素、生長激素、甲狀腺激素和性激素 、胰高血糖素、糖皮質(zhì)激素和腎上腺素 等。M：能量代謝量；L：散熱量；S：貯熱量； 體溫變

11、化( h-1)體重(kg)人體比熱 (0.83 kcal kg-1）W：外功M=L+S+W測定原理：能量守恒定律；定比定律第二節(jié) 能量代謝的測定一、 直接測熱法 (direct calorimetry)收集在一定時間內(nèi)受試者散發(fā)的總熱量。 特點：測定原理簡單，所得數(shù)據(jù)精確。 所需的測試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣。 二、間接測熱法 (indirect calorimetry)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的定比定律，即在一般化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的量與產(chǎn)物量之間呈一定的比例關(guān)系。例如： C6H12O6+6O26CO2+6H2O+E幾個概念食物的熱價（thermal equivalent of food） 1g某種食物氧化

12、分解（或體外燃燒）時所釋放的熱量。食物的氧熱價（thermal equivalent of oxygen） 某種食物氧化時消耗1L O2所產(chǎn)生的熱量。 （氧熱價耗氧量=產(chǎn)熱量）呼吸商（respiratory quotient RQ）一定時間內(nèi)機體的CO2產(chǎn)量與耗氧量的比值 。RQ =CO2產(chǎn)生量（ml）耗氧量（ml） 糖、脂肪和蛋白質(zhì)氧化時的幾種數(shù)據(jù) 營養(yǎng) 產(chǎn)熱量（kJ/g） 氧熱價 呼吸商 物質(zhì) 物理熱價 生物熱價 ( kJ/L) 糖 17.15 17.15 20.66 1.00 脂肪 39.75 39.75 19.58 0.71 蛋白質(zhì) 23.43 17.99 18.93 0.80非蛋白呼

13、吸商(NPRQ)： 由糖和脂肪氧化時所產(chǎn)生的二氧化碳量及耗氧量的比值。通常將蛋白質(zhì)的代謝量忽略不計，進食混合膳食的非蛋白呼吸商約為0.82。非蛋白呼吸商和氧熱價 NPRQ 氧化的糖 (%) 氧化的脂肪 (%) 氧熱價 (kJ/L） 0.707 0.00 100.00 19.62 0.71 1.10 98.90 19.64 0.72 4.75 95.20 19.69 具體步驟如下：測定一定時間內(nèi)的耗氧量和CO2產(chǎn)生量，及尿氮排出量。推算出蛋白質(zhì)氧化量及蛋白質(zhì)食物的產(chǎn)熱量。計算出非蛋白呼吸商，算出非蛋白食物的產(chǎn)熱量。將蛋白質(zhì)食物產(chǎn)熱量與非蛋白質(zhì)食物產(chǎn)熱量相加，即得出 整個機體在該段時間內(nèi)的總產(chǎn)熱量

14、。耗氧量和和CO2產(chǎn)生量的測定：閉合式測定法：通常測定6分鐘的耗氧量開放式測定法：用氣量計測出呼出氣量 并進行氣體分析能量代謝率的簡便測算方法：1. 蛋白質(zhì)代謝量忽略不計，測定耗氧量和CO2產(chǎn)生量計算 出呼吸商(NPRQ)查表得出氧熱價產(chǎn)熱量=耗氧量氧熱價2. 混合食物NPRQ視為0.82; 則對應(yīng)的氧熱價是20.19kJ/L。 故只須測得一定時間的耗氧量，即可算出該 時間的產(chǎn)熱 量。第三節(jié) 影響能量代謝的主要因素1. 肌肉活動 顯著影響能量代謝，耗氧量同肌肉活動的強度呈正比關(guān)系，劇烈活動時可達安靜時的1020倍。2. 精神活動 精神處于緊張狀態(tài)時肌肉張力增強，促進機體代謝活動的激素釋放增多，

15、使能量代謝率升高。 但中樞神經(jīng)系統(tǒng)本身的代謝率增加并不明顯。 3. 食物的特殊動力作用 (specific dynamic effect of food ) 由食物引起機體額外增加產(chǎn)熱量的現(xiàn)象 。 進食后1小時左右開始增加，23小時增至最大，以后逐漸下降，可延續(xù)78小時。 各種營養(yǎng)物質(zhì)的特殊動力效應(yīng)：蛋白質(zhì)30。糖6%、脂肪4%?；旌闲允澄锛s為10。 可能主要由于在肝臟內(nèi)氨基酸的脫氨基反應(yīng)消耗能量 。4. 環(huán)境溫度 安靜狀態(tài)、環(huán)境溫度在2030時代謝最穩(wěn)定。 環(huán)境溫度 低于20以下時，由于肌肉緊張度增加、寒顫，使代謝率升高。 環(huán)境溫度高于30以上時，體內(nèi)生化反應(yīng)加速，代謝率也升高。第四節(jié) 基礎(chǔ)

16、代謝基礎(chǔ)代謝 (basal metabolism) ：指基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝。基礎(chǔ)代謝率 (basal metabolism rate, BMR)：在基礎(chǔ)狀態(tài) 下單位時間的能量代謝量（kJ/h/m2）?；A(chǔ)狀態(tài)：清晨、清醒、靜臥，未作肌肉活動，測定時無 精神緊張，測定前至少空腹12小時，室溫保持 在2025。Overall Energy RequirementsAn average man 70 kg and lies in bed all day uses about 1650 cals per day. The same man eating a reasonable diet needs

17、 1850 cals per day. If he sits in a chair all day without exercising, his total energy requirement reaches 2000 - 2250 cals.Therefore, the approximate daily energy requirement for a very sedentary man performing only essential functions is 2000 cals.A person performing heavy labor reach 6000 to 7000 cals.This minimum level of energy required to exist is called the basal metabolic rate (BMR) and accounts for about 50 to 7