運動與蛋白質(zhì)和氨基酸代謝

運動與蛋白質(zhì)和氨基酸代謝第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)是組成人體結(jié)構(gòu)成分和酶等特殊的功能性物質(zhì)，并在幾乎所有生命活動過程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。在運動過程中，骨骼肌收縮活動影響蛋白質(zhì)和氨基酸代謝，這種運動的影響還延續(xù)到運動后。第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)運動和恢復(fù)期蛋白質(zhì)代謝一、概述在正常的情況下機體的蛋白質(zhì)攝入量與排出量處于動態(tài)平衡。短時間激烈運動時蛋白質(zhì)基本不參與供能；長時間耐力運動時，能量需求的失去平衡，為了補充骨骼肌和大腦正常活動對糖的需求，蛋白質(zhì)和氨基酸分解代謝增強，氨基酸的糖異生作用加強。長期接受力量性運動訓(xùn)練可以明顯促進蛋白質(zhì)合成代謝，引起運動肌壯大。第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二運動與蛋白質(zhì)代謝二、運動時蛋白質(zhì)代謝耐力運動時機體的蛋白質(zhì)分解速率超過合成速率，存在凈降解的現(xiàn)象。安靜、運動、運動后人體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換（mg/KgBW·hr）

合成速率分解速率

安靜33.02.026.52.1

運動28.41.6（14%）40.92.6（54%）運動后40.31.9（22%）35.41.2（34%）注：以50%VO2max強度跑臺運動3.75小時，n=6

引自倫尼（Rennie），1981（一）運動時蛋白質(zhì)凈降解第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（二）判斷肌肉蛋白質(zhì)分解代謝的強度指標(biāo)評價運動時體內(nèi)蛋白質(zhì)分解代謝的常用指標(biāo)是尿素氮；尿中3-甲基組氨酸。內(nèi)源性3-甲基組氨酸的來源主要是肌原纖維的肌動蛋白和肌球蛋白，這些肌纖維進行分解代謝時釋放出3-甲基組氨酸。第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二3-甲基組氨酸既不能用于體內(nèi)蛋白質(zhì)合成，也不能被氧化分解，所以，尿3-甲基組氨酸總排泄量可作為人體肌蛋白質(zhì)分解代謝的強度指標(biāo)。測定尿3-甲基組氨酸是檢測肌蛋白質(zhì)降解的有效、無損傷技術(shù)。在實際應(yīng)用時，經(jīng)常用3-甲基組氨酸／肌酐比值表示。第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（三）運動使蛋白質(zhì)分解代謝增強的原因1.訓(xùn)練狀態(tài)運動員在激烈運動訓(xùn)練初期，由于細胞破壞增多，肌細胞和紅細胞再生等合成代謝亢進，以及運動應(yīng)激時激素和神經(jīng)調(diào)節(jié)等，使蛋白質(zhì)凈降解。2.訓(xùn)練的類型、強度及頻率長時間激烈的耐力運動訓(xùn)練，使肌肉中能量物質(zhì)大量消耗，導(dǎo)致膜的正常功能失調(diào)，細胞酶外泄，蛋白質(zhì)分解代謝加強。第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二3.激素變化運動時血胰島素、睪酮濃度下降，胰高血糖素、兒茶酚胺和皮質(zhì)醇濃度上升，促進蛋白質(zhì)分解代謝。4.酶活性變化運動引起細胞內(nèi)組織蛋白酶D、溶酶體酶的活性升高；酶活性增強可以持續(xù)到運動后3-5天。第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二三、運動后蛋白質(zhì)代謝（一）運動后蛋白質(zhì)凈合成運動后骨骼肌內(nèi)蛋白質(zhì)代謝改變，大多數(shù)研究結(jié)果是蛋白質(zhì)合成代謝增強。(1)運動后恢復(fù)1小時內(nèi)，骨骼肌內(nèi)蛋白質(zhì)合成明顯減弱；(2)運動后第2小時內(nèi)蛋白質(zhì)合成速率上升，并在尚未確定的時間內(nèi)持續(xù)上升。第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二(二)影響運動后肌肉蛋白質(zhì)合成的因素(1)運動時細胞受到牽拉變形或多胺含量增加，促使肌細胞膜通透性增大，進入細胞內(nèi)的游離氨基酸數(shù)量增加，為合成蛋白質(zhì)提供了基本原料。(2)在運動后30分鐘內(nèi)肌細胞內(nèi)ATP、CP迅速恢復(fù)到正常水平。(3)肌漿中Ca2+濃度升高，可誘導(dǎo)氧化酶活性升高。第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二(4)因運動引起的內(nèi)環(huán)境酸化和體溫上升，在運動后逐漸恢復(fù)正常，使對蛋白質(zhì)合成過程的阻遏作用解除。(5)由運動中ATP濃度暫時下降誘導(dǎo)的多胺含量增加，它的作用之一是直接促進氨酰tRNA合成酶和氨酰tRNA轉(zhuǎn)移酶活性，從核糖體水平提高蛋白質(zhì)合成速率。(6)激素濃度改變，加速復(fù)制轉(zhuǎn)錄mRNA。第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二(三)運動訓(xùn)練對蛋白質(zhì)代謝的影響1．耐力訓(xùn)練的作用：耐力訓(xùn)練使骨骼肌線粒體的數(shù)目增多，體積增大，線粒體蛋白質(zhì)量和組成酶活性提高。例如，耐力訓(xùn)練使鼠腓腸肌每千克肌肉內(nèi)細胞漿中谷—丙轉(zhuǎn)氨酶的活性升高50％，線粒體中谷—丙轉(zhuǎn)氨酶活性升高80％；訓(xùn)練后肌肉中氧化支鏈氨基酸的酶活性提高，代謝利用支鏈氨基酸的供能能力提高；第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二肌肉內(nèi)肌紅蛋白量提高80％，使肌肉轉(zhuǎn)運氧的能力提高。又如，人骨骼肌經(jīng)耐力訓(xùn)練谷-丙轉(zhuǎn)氨酶活性提高兩倍。耐力訓(xùn)練使機體葡萄糖-丙氨酸循環(huán)加速，使生成三羧酸循環(huán)中間代謝產(chǎn)物的回補作用增強，從而提高有氧代謝供能能力。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二2．力量訓(xùn)練的作用力量訓(xùn)練使訓(xùn)練肌的體積增大，肌纖維增粗，力量增強，這種適應(yīng)性變化出現(xiàn)在快收縮肌纖維。肌肉粗大的原因是肌蛋白數(shù)量增多，包括收縮蛋白總量增多。此外，肌纖維周圍的結(jié)締組織、肌腱、韌帶組織數(shù)量和力量增長。第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)運動與氨基酸代謝

長時間劇烈運動時，人體對氨基酸的利用加強，某些氨基酸氧化成二氧化碳和水直接參與供能，或者參與糖異生維持運動中血糖水平。第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（一）游離氨基酸庫人體各組織含有少量游離氨基酸，骨骼肌和肝臟是重要的游離氨基酸庫。大約80％游離氨基酸存在骨骼肌內(nèi)，肝臟內(nèi)約含10％，腎臟約含4％，血漿游離氨基酸僅占0．2％-6％。運動改變氨基酸、蛋白質(zhì)代謝時，游離氨基酸的組成、分布和數(shù)量相應(yīng)改變。一、氨基酸代謝庫第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（二）運動時代謝利用的氨基酸

運動時人體可利用的氨基酸有三方面來源：(1)血漿和組織內(nèi)游離氨基酸；(2)組織蛋白降解時釋出的氨基酸；(3)非氨基酸類物質(zhì)，主要是糖分解的中間代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)變生成的氨基酸。組織蛋白質(zhì)分解釋出或生成的氨基酸是運動可利用的主要部分，而游離氨基酸庫在運動中的供能作用不大。血液氨基酸濃度的變化可以反映游離氨基酸庫動態(tài)平衡的改變。第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二二、運動與氨基酸供能參與氧化供能的氨基酸主要是：丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和支鏈氨基酸。第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二耐力運動時谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷氨酸脫氫酶活性增高，嘌呤核苷酸循環(huán)速率加快，表現(xiàn)出長時間運動期間肌內(nèi)丙氨酸和谷氨酸氧化脫氨基作用加快，含量下降。（一）丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸代謝第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（二）支鏈氨基酸代謝

支鏈氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸三種必需氨基酸。肌肉是氧化支鏈氨基酸的主要組織。每分子亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸完全氧化分別產(chǎn)生42、43、32分子ATP。安靜時，人骨骼肌總能量消耗的14％由支鏈氨基酸氧化過程提供，屬于非糖的能量來源。第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（三）影響氨基酸供能的因素1、耐力訓(xùn)練：能提高運動肌內(nèi)谷·丙轉(zhuǎn)氨酶活性，使轉(zhuǎn)氨基作用增強，丙氨酸生成增多；能使蘋果酸脫氫酶活性提高，促進三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)換成丙酮酸的能力，從而提高氨基酸氧化。2、運動強度：運動強度與支鏈氨基酸的氧化、葡萄糖—丙氨酸循環(huán)的速率成正比。肌糖原的利用率下降時，氨基酸氧化增強。第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二3、激素的變化：運動時血漿胰島素、睪酮濃度下降，胰高血糖素、兒茶酚胺和皮質(zhì)醇濃度上升，這些激素的變化會促進氨基酸氧化。在長時間耐力運動時，糖皮質(zhì)激素具有增加肌原纖維蛋白酶的活性、促進骨骼肌合成丙氨酸的作用。第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二三、運動與氨基酸的糖異生作用耐力運動期間，氨基酸的另一代謝途徑是合成葡萄糖。在耐力運動早期(<1小時)，肝糖原是血糖的基本來源，但在更長時間的運動中，糖異生代謝逐漸起更重要的作用，其中氨基酸的糖異生作用也在加強。在各種生糖氨基酸中，以丙氨酸為主，約占糖異生生成葡萄糖總量的20％-25％，占肝臟葡萄糖輸出量的5％—8％。第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二（一）葡萄糖-丙氨酸循環(huán)的代謝途徑運動時，骨骼肌丙氨酸釋放量增加50％—500％，且與運動強度成正比關(guān)系。由肌內(nèi)葡萄糖、肌糖原分解生成的丙酮酸，它與氨基酸之間經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成丙氨酸，以及丙氨酸在肝內(nèi)異生為葡萄糖，并回到肌肉中的代謝過程，稱為葡萄糖-丙氨酸循環(huán)。第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二(二)運動時葡萄糖—丙氨酸循環(huán)的生物學(xué)意義(1)將運動肌中糖酵解的產(chǎn)物丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙氨酸，可以減少乳酸生成量，起著緩解肌肉內(nèi)環(huán)境酸化和保障分解代謝暢通的作用；(2)肌內(nèi)氨基酸的α-氨基轉(zhuǎn)移給丙酮酸合成丙氨酸，促進氨基酸的氧化代謝；(3)丙氨酸在肌內(nèi)生成和轉(zhuǎn)移到肝臟代謝的過程，以無毒的形式轉(zhuǎn)運氨基，避免血氨過度升高；(4)肝內(nèi)丙氨酸異生成葡萄糖，有利于維持血糖濃度和供中樞、運動肌吸收利用，對維持運動能力、抗疲勞有重要意義。第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二四、運動時氨代謝(一)血氨在正常情況下，血氨濃度為6—35微摩爾／升。1．來源外源性氨：在腸道中細菌作用引起蛋白質(zhì)腐敗內(nèi)源性氨：主要來自以下代謝途徑：(1)谷氨酰胺脫氨基作用；(2)谷氨酸在谷氨酸脫氫酶催化下，氧化脫氨；(3)嘌呤核苷酸循環(huán)中AMP脫氨；(4)其他氨基酸在代謝過程中脫氨；(5)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，如兒茶酚胺、5—羥色胺等，在單胺氧化酶催化下脫氨。第33頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二2．去路：氨的去路有三條：

(1)在肝臟，通過鳥氨酸循環(huán)合成尿素，這是氨的主要去路。正常人體內(nèi)80％—90％的氨以尿素形式排出；

(2)在腦、肝臟和骨骼肌等組織合成谷氨酰胺。合成的谷氨酰胺可透過細胞膜到血液中，所以谷氨酰胺是氨的運輸形式，谷氨酰胺生成是解除氨毒的