第一篇：生化教案第五章

第五章 核酸化學 第一節 概述

一、染色體、基因和DNA

1、染色體和基因----遺傳的基本單位

染色體是細胞核內能被堿性染料著色的物質的螺旋集縮體，由核酸、組蛋白、非組蛋白等組成。

經典遺傳學認為，染色體和基因間有平行現象，基因存在于染色體上，基因在遺傳中具有完整性和獨立性，隨染色體的分離、配對而進行獨立的分配。

2、核酸---遺傳信息的載體

基因位于核酸分子上，所以核酸是遺傳變異的物質基礎，是遺傳信息的載體，在蛋白質生物合成中起十分重要的作用。

二、核酸的化學組成

1、分類---核酸分為RNA（mRNA、tRNA、rRNA）和DNA

2、核酸中的糖---核糖和脫氧核糖

3、含氮堿基---嘌呤和嘧啶衍生物

4、核苷酸---核酸的基本結構單位,由堿基、戊糖和磷酸組成。

5、核苷酸的衍生物（1）ATP和GTP ATP：腺嘌呤核糖核苷三磷酸；GTP：鳥嘌呤核糖核苷三磷酸

（2）cAMP和cGMP 主要功能是作為細胞之間傳遞信息的信使。

6、核苷酸的重要作用

（1）核苷酸是合成DNA和RNA的前體

（2）在多糖合成中尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）是葡萄糖的活性形式，是合成糖原葡萄糖基的直接供體

（3）ATP是生物體內生物能生成、儲藏、轉運的中心

（4）各種代謝反應中所需要的NAD（H)、NADP（H）等都是腺苷酸的衍生物

（5）cAMP為3‘，5`-環腺苷酸，它是由ATP轉變而來的，在生物體細胞內具有傳遞生理信息的重要作用，被稱為第二信使。

（6）鳥嘌呤-5‘-三磷酸（GTP）是生物大分子移位反應的主要動力來源。

第二節 核酸的結構

一、核酸的一級結構

指核苷酸的排列順序，包括核苷酸間的連接鍵

1、磷酸二酯鍵----核苷酸間的基本連接 核苷酸之間通過3`，5 `-磷酸二酯鍵連接

2、一級結構----核苷酸的排列順序

二、核酸的高級結構

1、DNA的二級結構----雙螺旋結構模型（1）DNA雙螺旋結構模型提出的依據

主要依賴于20世紀40年代X射線衍射技術的應用，不少人 得到了

大量核酸X的衍射圖譜。

（2）DNA雙螺旋結構模型的特征

主鏈:兩鏈均為右手螺旋，磷酸二酯鍵方向相反。

堿基配對

堿基參數：雙螺旋直徑2nm，相鄰堿基對之間的高度即堿基垂直堆積距離為0.34nm.螺旋表面（形成大溝和小溝）（3）DNA雙螺旋結構的穩定因素 氫鍵（AT間兩個，GC間3個氫鍵）堿基堆積力（兩個平行的堿基環之間）

離子鍵（磷酸基團的解離，使DNA成為一種多電荷陰離子，有利于與帶正電荷的組蛋白或介質中的陽離子形成靜電作用，利于雙螺旋的穩定）

2、tRNA二級結構---三葉草結構模型 四臂四環 氨基酸接受區 反密碼子區 二氫尿嘧啶區

TΨC區（一臂一環）可變區

3、DNA的三級結構---超螺旋

DNA的三級結構是指雙螺旋基礎上分子的進一步扭曲或再次螺旋所形成的構象。其中，超螺旋是最常見并且研究最多的DNA三級結構。

第三節 核酸的性質及純度測定

一、核酸的溶解性

1、溶解性—堿基、核苷酸和核酸具有不同的溶解性

DNA和RNA都是極性化合物，一般都微溶入水，不溶于乙醇、乙醚。核酸、核苷酸、堿基在水中的溶解度依次減小。2、0.14摩爾法---分離DNA蛋白質和RNA蛋白質

DNA蛋白的溶解度在低濃度鹽溶液中隨鹽濃度的增加而增加，在1mol/LNaCI溶液中的溶解度比純水中高2倍，但在0.14mol/的NaCl溶液中溶解度最低（幾乎不溶），而RNA蛋白在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度較大，故可以在此鹽濃度條件下分離DNA蛋白和RNA蛋白。

二、核酸的分離

1、多價解離—體內DNA呈多陰離子態（磷酸可解離成多價陰離子）。磷酸多級解離，多元酸；另外還含有含氮堿基，又呈堿性，所以核酸為兩性電解質。

2、帶電性—核酸和核苷酸可用離子交換分離

由于核酸、核苷酸是兩性電解質，在一定pH條件下，如果核酸、核苷酸帶正電荷，可用陽離子交換樹脂進行分離，帶電荷越多的核酸結合越牢固，最后被洗脫下來。

三、紫外吸收

1、紫外吸收—由堿基的共軛體系決定

由于嘌呤堿和嘧啶堿、核苷、核苷酸、核酸都在240-290nm范圍內有特征吸收。通常選用260nm處測定

2、定量測定—核酸和核苷酸測定的基本方法

定性測定的幾個數據判斷：最大吸收波長、最小吸收波長、在兩個吸收波長下吸光度比值(250/260、260/280>2.0，表示RNA樣品中蛋白質含量低，>1.9表示DNA樣品中蛋白質含量低。290/260）。

定量測定公式：核苷酸%=[(Mr×A260)/(ξ260×C)]×100 Mr為核苷酸相對分子質量； ξ260為在260nm處的吸收系數，C為樣品濃度，mg/mL，A260為樣品在260nm波長下的吸光度值。

對于大分子核酸的測定，常用比吸收系數法或摩爾磷原子吸收系數法。

比吸收系數ε是指一定濃度（mg/mL或ug/mL）的核酸溶液在260nm處的吸光度值。摩爾磷原子吸收系數ε（P）是指含磷濃度為1mol/L時的核酸水溶液在260nm處的吸光度值。

四、變性與復性

1、DNA變性---DNA生物功能實現所必需

變性：氫鍵、堿基堆積力等被破壞，雙鏈成為單鏈的過程，但一級結構沒有被破壞。變性因素：加熱、極端的pH 條件、有機溶劑、尿素、甲酰胺等。

變性后的表現：由一定剛性變為無規則線團，DNA溶液的黏度降低，沉降速度加快，藏在內部的堿基全部暴露出來，DNA的A260增大，即增色效應。

2、DNA復性—核酸研究中的常用手段 復性的概念：

復性應用：變成單鏈再形成雙鏈，用于DNA-DNA雜交。

五、核酸的含量與純度測定

1、定磷法、定糖法—測定核酸含量

利用純的核酸含磷元素的量為9.5%左右。用強酸消化核酸成無機磷酸，然后磷酸與定磷試劑中的鉬酸銨反應生成磷鉬酸銨，它在還原劑作用下被還原成鉬藍復合物，最后在650-660nm下比色測定，得出總含磷量，再減去無機磷（即不經硝化直接測定）的量即為核酸磷的真實含量，此值乘以系數10.5即為核酸含量。（2）定糖法

核酸分子含有核糖或脫氧核糖，這兩種糖具有特殊的呈色反應。

RNA 在濃鹽酸或濃硫酸作用下，RNA受熱發生降解，生成的核糖進而脫水轉化成糖醛，糖醛與3，5-二羥甲苯(苔黑酚)反應生成綠色物質，最后在670nm-680nm下比色測定。

DNA DNA受熱酸解釋放出脫氧核糖，后者在濃硫酸或冰醋酸存在下可與二苯胺反應生成藍色物質，在595-620nm波長下進行比色測定。

定糖法的測定范圍

苔黑酚法為20-250ugRNA，二苯胺法為40-400ugDNA.2、凝膠電泳---DNA純度鑒定（1）紫外吸收法測定核酸純度

利用測定260nm處和280nm處吸光度的比值來確定，純DNA比值為1.8，純RNA比值為2.0，在純化DNA時，通常用比值在1.8-2.0之間作為純度標準，大于此值表示有RNA污染，如果小于此值，則有蛋白質或酚等污染。（2）凝膠電泳法鑒定DNA純度

瓊脂糖凝膠電泳，目前分離純化和鑒定核酸特別是DNA的標準方法。

DNA在瓊脂糖凝膠中泳動率取決于：DNA分子大小、瓊脂糖濃度、DNA構象及電流強度。

六、核酸堿基序列的測定

1、DNA堿基序列測定方法

（1）DNA堿基序列測定的基本步驟

DNA片段的制備（利用限制性內切酶和PCR方法）

DNA堿基序列測定

（2）Maxam-Gilbert（化學降解法）

原理是應用一定化學試劑，選擇性的切斷某種特定核苷酸（A、G、T、C）所形成的磷酸二酯鍵，得到不同鏈長的DNA小片段,包括兩步：堿基選擇性水解；對水解產物DNA小片段進行電泳分析和堿基序列的推測。（3）Sanger法（末端終止法）

原理是以DNA的酶促合成為基礎，以被測DNA單鏈為模板，通過特殊設計的“末端終止技術合成出一系列相差一個核苷酸長度的互補鏈，然后利用凝膠電泳分離這些不同長度的DNA小片段，據此推測確定待測DNA鏈的堿基序列。（4）DNA的自動測序法

原理是以Sanger法為基礎，主要改進是以熒光標記物代替同位素標記，即以不同顏色的熒光分別代表A、T、G、C四種堿基，電泳結果經激光束激發后，其最大的發射波長被轉換成四種堿基含義的電信號，再由儀器的檢測系統識別和記錄。

2、RNA堿基序列測定方法 應用逆轉錄法，以待測的RNA鏈為模板，在逆轉錄酶催化下，合成DNA，然后用Maxam-Gilbert 法或Sanger法測定DNA堿基序列，再得出RNA的堿基序列。第四節

核酸的生物功能

一、DNA的復制與生物遺傳信息的儲存

DNA復制是保持生物種群遺傳性狀穩定的基本分子機制。

DNA復制理論為現代分子分子生物技術、如基因重組、聚合酶鏈式反應和基因突變技術等的發展奠定了理論基礎和實驗基礎。

二、RNA是生物遺傳信息表達的媒介

1、基因的轉錄—mRNA的合成

是以DNA為模板合成與其堿基序列互補的mRNA的過程

2、tRNA和rRNA的功能

tRNA是將mRNA攜帶的遺傳密碼翻譯氨基酸信息，并將相應的氨基酸活化后，帶到核糖體上進行蛋白質合成。

rRNA是組成核糖體的主要組成，目前的作用機制還不清楚

3、核酸與蛋白質的生物合成關系

（1）tRNA對氨基酸的識別、結合和活化

tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的作用下，能識別相應的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂3‘-羥基與氨基酸的羧基形成活化酯-----氨基酰-tRNA（2）氨酰-tRNA在mRNA模板指導下組裝成蛋白質

氨基酰-tRNA通過反密碼子臂上的三聯體反密碼子識別mRNA上相應的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置上，最后在核糖體中合成肽鏈。

三、生物遺傳變異的化學本質—DNA結構變化

堿基序列顛倒，某個堿基被調換，少了或多了一對或幾對堿基

四、核酸的催化性質

1、核酶的組成和結構

核酶是具有特殊結構的RNA，RNA是核酶的功能部分，有些核酶除含有RNA外，還含有蛋白質等成分。

2、核酶的催化作用

核酶的催化反應包括水解反應、連接反應和轉核苷酰反應等。

如核酶RNaseP在tRNA前體的5‘端部分水解切除一個特殊序列，生成tRNA.3、核酶的研究現狀與展望

研究發現，核酶在翻譯、表達和核糖體功能的實現中可能具有重要作用。

存在的問題：核酶的催化效率太低；由于核酶本身是RNA，很容易被核酸水解酶所破壞。展望：定向分子進化技術、PCR技術等的應用為篩選特殊性質的新型核酶開辟了新的途徑。

第五節 核酸化學中的幾種重要技術

一、核酸的分子雜交技術

原理：利用核酸（DNA）的變性和復性的性質。

二、PCR技術 聚合酶鏈反應的簡稱

三、基因定點突變技術

是應用人工的方法，合成在某一點或某幾點上堿基序列改變的突變DNA，然后再通過突變DNA的轉錄、翻譯和表達，獲得突變蛋白質的技術。基因定點突變技術的關鍵是合成一種特殊的引物DNA。

四、定向分子進化

主要是通過DNA或RNA的突變、篩選和擴增的不斷循環，從而獲得具有優良性能的新品種分子。

第五章

重點

1、聚合酶鏈反應（PCR）技術的原理和操作步驟

2、從tRNA的結構上，如何理解它在蛋白質翻譯過程中的作用？

3、核酸的含量與純度測定的方法和原理如何？

4、紫外吸收法測定核酸的原理是什么？

第二篇：運動生化教案

運動生物化學

緒 論

1.運動與身體化學組成（蛋白質、核酸、糖、脂類、無機鹽和水）之間的相互適應規律。

2.運動過程中機體內物質和能量代謝及調節的規律。

3.為增強體質、提高競技運動能力提供理論基礎和科學方法運動性疲勞的消除和恢復，機能監控和評定，制定運動處方。

一、運動生物化學當前的任務

（一）運動與生物分子結構和功能

受體構型變化與激素的調節能力；葡萄糖、脂肪酸和某些氨基酸吸收轉運與載體蛋白的關系等。

（二）運動時物質代謝的動力學研究 物質代謝和能量代謝體系：

無氧代謝過程磷酸原系統（ATP,CP）；糖酵解系統；有氧氧化系統

（三）運動時代謝調控與運動能力 1.激素調節

（1）運動與下丘腦-垂體-腎上腺軸（2）運動與下丘腦-垂體-性腺軸 反饋調節

下丘腦—垂體—腎上腺軸（HPA軸）下丘腦—垂體—甲狀腺軸（HPT軸）下丘腦—垂體—性腺軸（HPG軸）2.神經調節 神經遞質的作用 3.酶調節

（1）激活或抑制細胞內酶活性

（2）影響酶分子的合成或降解，改變酶分子的含量 4.分子生物學與運動生物化學

二、運動生物化學的發展及其與相關學科的關系

（一）運動生物化學與運動生理學的關系

（二）運動生物化學和運動醫學的關系

（三）運動生物化學和運動營養學的關系

（四）運動生物化學和運動心理學的關系

（五）運動生物化學和運動訓練學的關系

第一篇

生物分子概論

第一章

糖類、脂類、蛋白質、核酸的生物化學

第一節

糖

類

一、概述

(一)定義：糖類是一類含多羥基的醛類或酮類化合物的總稱。多羥基醛：葡萄糖

多羥基酮：果糖

（二）存在和分布

碳水化合物是地球上最豐富的生物分子，每年全球植物和藻類光合作用可轉換1000億噸CO2和H2O成為纖維素和其他植物產物。

如：?植物體85-90%的干重是糖。細菌、酵母的細胞壁糖 結締組織中的糖：肝素、透明質酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等 核酸的糖、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖 細胞膜及其他細胞結構中的糖 血型糖

食用糖：蔗糖

醫療用糖：葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸的鈉、鉀、鈣、鋅鹽等 綠色植物的皮、桿等多糖：纖維素 糧食及塊根、塊莖中的多糖：淀粉。動物體內的貯藏多糖：糖元

昆蟲、蟹、蝦等外骨骼糖：幾丁質

食用菌中的糖：香菇多糖、茯苓多糖、靈芝多糖、昆布多糖等。

（三）糖的化學組成

?主要由C、H、O三種元素組成，有些還有N、S、P等。? 單糖多符合結構通式：（CH2O）n，?符合通式的不一定是糖：CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）

?是糖的不一定都符合通式：如C5H10O4（脫氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）。

二、糖的分類

（一）單糖：凡不能被水解為更小分子糖的糖。

丙糖：甘油醛；

丁糖：赤蘚糖

戊糖：木酮糖、核酮糖、核糖等

己糖：葡萄糖、果糖、半乳糖等。

（二）寡糖（低聚糖）

可以水解為其他糖的糖。一般由2~10個單糖分子縮合形成的糖

二糖：

蔗糖+水=葡萄糖+果糖；

乳糖+水=葡萄糖+半乳糖；

麥牙糖+水=葡萄糖+葡萄糖 三糖：棉籽糖

（三）多糖：可水解為多個其他單糖或其衍生物的糖。

淀粉、糖元、纖維素等。

三、糖的生物學功能

（一）概述

?供給能量:有氧氧化和無氧酵解

?機體的重要能源：糖代謝中間產物可轉化為氨基酸、脂肪酸、核苷 ?機體結構的重要組分：蛋白聚糖和糖蛋白為結締組織、軟骨和骨的基質的物質基礎，糖蛋白和糖脂組成細胞膜

?細胞間的信息傳遞：膜糖蛋白與細胞的免疫、識別作用有關 ?特殊生理功能的物質：激素、酶、血型物質為糖蛋白 ?保護與潤滑：粘膜與分泌物中含蛋白聚糖

（二）運動中糖的生物學功能 1.糖可儲存和提供機體所需的能量 2.糖具有降低蛋白質分解的作用 3.糖可調節脂肪代謝 第二節

脂 類

一、脂類概述

生物脂類是一類范圍很廣的化合物，化學成分及結構差異極大，脂類定義的特點就是水不溶性(water insoluble)（即脂溶性，fat-soluble），因此，多數脂類都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有機溶劑，而不溶于水。

（一）存在與分布

脂類廣泛存在于動植物體內。脂肪廣泛分布于皮下組織、腸系膜、大網膜以及內臟周圍和肌間組織中。類脂是生物膜的組成成分。

（二）化學組成

主要由碳、氫、氧組成，有些還含有氮和磷。

二、脂類分類

（一）單純脂：指由脂肪酸和醇類所形成的酯；包括脂肪、油和蠟。脂肪酸（Fatty acids）：碳鏈為4-36碳的羧酸，這些碳鏈在一些脂肪酸中為飽和脂肪酸，而其他的則含有一個或多個雙鍵。必需脂肪酸：維持人體正常生長所需而體內又不能合成的脂肪酸。其中的亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸為人體必需脂肪酸。

脂肪和油（Fats and Oils）：含不飽和脂肪酸較多的甘油酯室溫下為液體，被稱為油（oil），多見于植物體，含飽和脂肪酸較多的甘油酯室溫下為固體，被稱為脂肪（fat），多見于動物體。

（二）復合脂類：由脂肪酸、醇類和其它物質組成的脂類物質。包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（腦苷脂和神經節苷脂）和脂蛋白等。

磷脂：為一類含磷的復合脂，廣泛存在于動物的肝、腦、神經組織和植物的種子里。磷脂是細胞膜的組成成分。

糖脂：是糖、脂肪酸、含氮醇的復合脂，常與磷脂共存。是細胞膜及神經髓鞘的組成成分，也是構成血型物質和細胞膜抗原的重要組分。

脂蛋白：由蛋白質、脂肪、膽固醇、鱗脂等組成。是血液中脂類物質的轉運形式。

（三）類脂：指一些理化性質與脂肪相似，不含結合脂肪酸的脂類物質。包括膽固醇、維生素D、類固醇激素等。

膽固醇是動物組織中最主要的固醇，神經組織及腎上腺中豐富，占腦固體物質的17%，人體發現的膽石幾乎全是膽固醇，肝、腎、表面組織含量也相當多；植物中發現有類似固醇物豆固醇真菌中有麥角甾醇，細菌中極少含有膽固醇；一些激素和幾乎所有的性激素都是固醇衍生物。

膽固醇的作用：（1）細胞膜的組成成分

（2）特殊生物活性物質的前體: 膽汁酸在腸道內作為乳化劑使食物脂肪易于被脂肪酶所作用；各種類固醇激素是通過膽固醇C17側鏈的氧化形成的；維生素D由膽固醇轉化而來；固醇類物質還有一定的抗炎癥作用；固醇的衍生物強心苷有治療心臟病的作用。（3）維持生物膜的正常透過能力；（4）組成神經髓鞘絕緣物質（5）解毒

三、脂類的生物學功能

（一）概述.類脂是機體組織的組成成分

生物膜中類脂占30~50%。主要是磷脂、膽固醇和糖脂。2.脂肪是人體能量的主要來源和最大儲能庫

產能量為糖或蛋白質的兩倍。儲存時所占體積為糖原的1/4。3.防震和隔熱保溫作用：水上運動。

4.脂溶性維生素的載體：控體重時補充維生素。5.甘油三酯貯存能量和保溫

（二）運動中脂肪的生物學功能

1.提供長時間低強度運動（馬拉松）機體所需大部分能量。

脂肪酸氧化時產生相同能量時耗氧量要比糖高出11%。2.脂肪氧化供能具有降低蛋白質和糖消耗的作用

高水平耐力性運動員對脂肪氧化分解的能力也高，運動時機體增大脂肪功能的比例，同樣可降低糖的消耗，有效的提高運動成績。第三節

蛋白質、核酸

一、蛋白質

（一）蛋白質的化學組成

碳、氫、氧、氮和少量的硫。氮的平均含量為16%。蛋白質含量=含氮量* 6.25(二)蛋白質的基本結構單位：氨基酸

必需氨基酸：人體不能自行合成，必需從外界攝取以完成營養需要的氨基酸。

（三）蛋白質的分子結構 1.蛋白質的一級結構

指構成蛋白質的氨基酸種類、數量、排列順序和連接方式。肽鍵：由一個氨基酸的α-氨基與相鄰氨基酸的α-羧基脫去1分子水縮合而成的化學鍵。

二、肽鍵與肽鏈

1.概念: 肽鍵： 一個氨基酸的α-羧基與另一氨基酸的α-氨基脫水縮

合形成的化學鍵

肽：氨基酸通過肽鍵相連而形成的化合物 2 蛋白質的空間結構

蛋白質二級結構：指多肽鏈本身有規則的繞曲折疊，形成的重復性結構（螺旋 折疊）。維持二級結構的化學鍵為氫鍵。

氫鍵：是非共價鍵中鍵能最弱，但卻是數目最多最重要的鍵。蛋白質三級結構：在二級結構基礎上，蛋白質多肽鏈借助各種次級鍵（氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華引力、二硫鍵）的相互作用，進一步繞曲折疊，形成具有一定立體形狀的三級結構。系指一條多肽鏈內所有原子的空間排布，包括主鏈、側鏈構象內容，即整條多肽鏈的三維結構。穩定維系三級結構的作用有：氫鍵、離子鍵、疏水鍵、二硫鍵和配位鍵。

疏水鍵：非極性基團為避開水相而聚集在一起的作用力。鹽鍵：即離子鍵，生理情況下，Asp 和 Lys 間可形成鹽鍵。

此外, 二硫鍵、配位鍵也是維持蛋白質空間結構的化學鍵由于多肽鏈中的各氨基酸殘基的性質和排列順序不同, 天然蛋白質可折疊、盤繞成一定的空間結構。蛋白質的四級結構：兩條以上具有獨立三級結構的肽鏈通過非共價鍵聚合而成，每一條肽鏈稱為一個亞基或亞單位，各亞基在蛋白質分子內的空間排布及相互關系稱為蛋白質的四級結構。亞基可相同或不同，其聚合或解聚可有調節活性的作用。蛋白質三維結構

?初級結構或一級結構——排列順序（蛋白和DNA）

?二級結構——折疊和盤旋（氫鍵作用）蛋白質有兩種二級結構：alpha螺旋和beta折疊；DNA為雙螺旋

?三級結構——DNA為超螺旋；蛋白質則是形成3D結構（由側鏈決定）——大多數蛋白質或多或少都是球形

（四）蛋白質在生命活動中的作用 ?1 酶的催化作用

?2 組成有機體的結構成分 ?3 運載和儲存 ?4 激素的調節作用 ?5 免役保護作用 ?6 作為受體傳遞信息 ?7 調節基因的表達 ?8 參與能量代謝

運輸蛋白不是酶，但有活性位點，大部分在膜上，單細胞生物中，把營養運入，把廢物運出；多細胞生物中，攜帶物質到處跑

二、核酸

（一）核酸概述 1.核酸的分布和含量

存在于動植物和微生物細胞內。核酸占細胞干重的5~15%。2.核酸的元素組成

除碳、氫、氧、氮外，還有大量的磷。磷平均約為9~10%。可用于測定核酸的含量。3.核酸的基本結構單位

一、堿基（base）

腺嘌呤

(adenine, A)，鳥嘌呤

(guanine, G)，胞嘧啶

(cytosine, C)，胸腺嘧啶(thymine,T)，尿嘧啶

(uracil,U)

二、戊糖

兩類核酸的基本成分

（二）核酸在生命活動中的作用

1.DNA

是遺傳信息的載體，在DNA分子上有很多基因，每個基因是決定是決定一個蛋白質或RNA的DNA片段，DNA結構上任一堿基的改變，都會導致蛋白質結構的改變，從而引起生物遺傳的變異。所以，一切生物突變和進化都可以說是由于DNA結構改變而引起蛋白質改變的結果。2.RNA

第二章

水、無機鹽和維生素的生物化學

第一節

水

一、概述

水是地球上最豐富的無機化合物，也是生物組織中含量最多的成分。

二、水平衡 水的攝入(來源)①

飲水:

1200ml/d ②

食物:

1000ml/d ③

代謝水:

300 ml/d

（總量:

2500ml/d）水的排出

⑴ 呼吸蒸發: 350 ml/d ⑵ 皮膚蒸發: 500 ml/d(非顯性)⑶ 糞便排出: 150 ml/d ⑷ 由腎排出: 1500ml/d

（總量:

2500ml/d）一次大強度、大運動量的訓練的排汗量可高達2000~7000毫升，------所以，要特別注意運動員的水平衡問題。三 水的生物學功能

（一）構成體液

體液（體重60%），細胞外液（20%），細胞內液（40%），血漿（5%）

組織間液（15%）

（含量與性別、胖瘦、年齡有關）

（二）維持電解質平衡

分布和組成，滲透壓，酸堿平衡及電荷平衡。

（三）促進體內化學反應

良好溶劑，促進電離，營養物質和代謝物的運輸。

（四）調節和維持體溫的恒定

比熱、蒸發熱和流動性

（五）潤滑作用

關節（滑液）、食管和腸道（唾液），眼球（眼房液）。

（六）水與運動能力 第二節 無機鹽

一、概述

無機鹽約占體重的5%。

常量元素：鈣、磷、鉀、硫、氯、鈉、鎂。十分之幾克到幾克。微量元素：鉻、銅、氟、碘、鐵、錳、鋁、硒、硅、和鋅等14種。微克到毫克。

無機鹽的主要生物學功能 構成機體組織的重要材料，如牙齒、骨骼； 2 維持機體的滲透壓平衡，維持細胞內外物質交流； 3 維持體液的酸堿平衡，維護內環境穩定； 維持神經肌肉的興奮性，保持其正常的應激能力； 5 調節酶和激素的活性，維持機體正常代謝。

二、人體無機鹽的分布和組成

細胞內外液中無機鹽的含量與分布有顯著差別(P39.表2-2)，其特點如下：

1、細胞內外液中陰陽離子總量相等，呈電中性。

2、細胞內外液電解質分布差異大：

外液：陽離子：Na+最多，陰離子CI-、HCO3-最多

內液：陽離子K+最多，陰離子Pro-、HPO42-最多

3、細胞內液電解質總量多于外液，但蛋白質含量高，故細胞內外液滲透壓相當。

4、細胞外液中，細胞間液與血漿的總離子濃度及電解質含量很接近，差別在于血漿中蛋白含量高于細胞間液。

三、酸堿平衡

酸堿平衡：機體不斷地代謝產生并食入酸性和堿性物質，通過一系列的調節機制將多余的酸性或堿性物質排出體外，使體液pH維持在恒定范圍內的過程。

血漿pH：7.35-7.45，平均7.4,體液略低。調節有三：

1、血液的緩沖作用

2、肺呼出CO2的調節

3、腎排尿的酸度

（一）體內酸、堿性物質的來源 1.酸性物質的來源

（1）揮發性酸（H2CO3）：體內物質生物氧化產生CO2，經肺排出,每日300-400L，相當于15mol H2CO3，為體內產生的最多的酸性物質。（2）非揮發性酸（固定酸）：體內的硫酸、磷酸、乳酸、酮體等。

（3）成酸食物—糖、脂肪、蛋白質

2、堿性物質的來源

體內代謝產堿較少、多為食物（成堿食物：蔬菜、瓜果）中獲得的，外源性堿性物質（蘋果酸鹽和檸檬酸鹽中的Na+、K+形成的碳酸氫鹽）。

（二）緩沖系統在調節酸堿平衡中的作用

1、血漿中主要的緩沖體系：

2、紅細胞中主要的緩沖體系：

其中，碳酸氫鹽緩沖系統含量最多，能力最強。在維持體液酸堿平衡中起著重要作用。血漿的酸堿度也直接取決于NaHCO3與H2CO3的濃度比值。正常情況下，NaHCO3與H2CO3的比例為20：1，此時血液PH為7.4,若比值改變，則pH隨之改變。另外，比值還說明：機體對酸的緩沖力較強。機體調節酸堿平衡的過程就是通過對血液緩沖系統、肺部和腎臟的調節而實現的。其中，血液緩沖系統作用最快，但不能持續作用；呼吸系統較快，但只能調節碳酸的濃度而且影響因素較多；腎臟作用反應慢，但效能高、時間長，是最重要的緩沖系統。

四、幾種重要的無機鹽

（一）鈣

占無機鹽總量40%，99%以磷酸鈣和碳酸鈣形式存在于骨骼和牙齒。成人含鈣總量約為1200克。

1、調節肌肉的收縮和舒張

2、維持神經沖動的傳遞

3、參與血液凝固

4、調節酶的活性

5、作為第二信使

甲狀旁腺激素、維生素D使其上升；降鈣素使其下降。運動員（尤其控體重的女運動員）每日補充的鈣量應比正常人略多。

（二）鐵

成人體內含鐵量為3.5-4.0克，其中70%以血紅素形式存在于血紅蛋白、肌紅蛋白及細胞色素中，其余大部分以鐵蛋白的形式儲存在肝臟、脾臟和骨髓中。參與氧和二氧化碳的運輸及酸堿平衡的調節。2 為過氧化氫酶和過氧化物酶等的組成部分。運動員劇烈運動使鐵丟失量增加，故需注意補充鐵(三)氯和鈉

成人體內鈉總含量為克/每千克體重，機體對氯的需要量為鈉的一半。成人每天有1.1~3.3克食鹽即可滿足需要。鈉離子是胰液、膽汁、汗液和眼淚的組成成分，與肌肉收縮和神經功能關系密切；氯離子被用于產生胃中鹽酸，有助于維生素B12和鐵的正常吸收。參與淀粉酶的激活，抑制微生物的生長。

運動員運動時大量出汗，鹽分丟失較多，可致軟弱無力，易疲勞，嚴重時會發生肌肉痙攣、惡心、頭痛等。

（四）鉀

約占無機鹽總量的5%，2g/Kg BW；其中：98%在細胞內液，2%在細胞外液。2-4g/天。維持細胞內適宜的滲透壓、酸堿平衡和營養素出入細胞；參與糖原和蛋白質代謝，維持細胞內某些酶的活性。運動員在高溫下運動時，大量出汗可增加鉀的丟失，但正常膳食可滿足這一需求。第三節

維生素

一、概述

脂溶性： A、D、E、K 水溶性： 維生素C、B1（硫胺素）、B2（核黃素）、PP（煙酸）B6（吡哆醇）、B12（鈷胺素）、生物素、泛酸、葉酸 水溶性維生素與輔酶

維生素

輔酶形式

B1

B2

PP

TPP FMN、FAD NAD、NADP

輔酶的主要作用

參與遞氫

參與遞氫

轉氨基等

參與羧化反應

B6

磷酸吡哆醛

生物素

與酶蛋白結合

泛 酸

HSCoA

轉移酰基

葉 酸

FH4

一碳基團轉移

B12

甲基--B12

轉甲基酶的輔酶

二、與運動關系密切的維生素

（一）維生素B1 作用機制：為糖代謝中丙酮酸脫氫酶的輔酶組成成分。參與已酰膽堿的合成與分解

與運動的關系：當充足時，可促進運動時糖原有氧代謝，提高速度和耐力，加速運動后血乳酸消除。

缺乏后果：運動時乳酸堆積增多，機體容易疲勞，并可能影響心臟功能。

（二）維生素B2（FMN，FAD）

作用機制：構成體內氧化還原酶輔基，為氫傳遞體。與細胞內呼吸功能關系密切。

與運動的關系：運動員缺乏此維生素時，直接影響骨骼肌代謝能力，引起肌收縮無力，耐久力下降。

（三）維生素PP（NAD+，NADP+）

作用機制：構成體內脫氫酶的輔酶，在生物氧化過程中起著傳遞氫的作用。參與有氧代謝和無氧代謝供能。

與運動的關系：與運動員的有氧和無氧耐力有關，在運動后參與合成代謝，與恢復能力有關。

（四）維生素B6（磷酸吡哆醛）

作用機制：氨基酸脫羧酶的輔酶，參與蛋白質的合成和分解代謝。與運動的關系：與運動員的力量素質有關。

（五）維生素C 18 作用機制：維生素具有很強的還原性，有可逆的氧化還原作用，參與肌酸和蛋白質的代謝。

與運動的關系：長時間運動后，引起組織維生素C降低，并可能引起白細胞吞噬能力下降。維生素C有提高耐力，消除疲勞和促進創傷愈合的作用。

（六）維生素A

作用機制：是形成眼視網膜中視紫質的原料，具有保護角膜上皮，防止角質化的作用。

與運動的關系：缺乏時，腎上腺皮質發生萎縮和性功能紊亂，因此，要求視力集中的運動員適當補充。否則會影響運動能力。

（七）維生素E 具有抗氧化，防止肌肉萎縮等生物學作用，從而提高肌肉耐力。

第三章

生物化學過程的調節物質

第一節

酶

一、概述

概念：酶是由生物細胞所產生的具有催化功能的蛋白質。(一)

酶催化反應的特點 1.酶的高度催化效率 2.高度專一性

（1）定義：酶只能催化一種或一類底物，發生一定的化學變化, 生成一定的產物。（2）類型：

絕對特異性：作用于一種底物進行專一反應，生成一種特定產物。相對特異性：作用于一類化合物或一種化學鍵。如脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解酶等。

立體異構特異性：只能催化一種立體異構體進行反應，或產物是一種立體異構體。3.不穩定性

強酸、強堿、重金屬鹽、有機溶劑、高溫、紫外線 4.酶的可調控性（1）激素的調節作用

（2）底物與代謝產物的調節作用。

酶活性的調節：抑制和激活。

酶含量的調節：誘導、阻遏和降解

二、酶的化學組成和活性

（一）酶的化學組成 單純酶：僅由氨基酸組成 結合酶：蛋白部分，輔助因子

（二）酶活性

? 酶活性：酶催化底物反應的能力，以酶促反應速度來衡量。? 酶活性單位：在酶作用的最適條件下，25C，1分鐘內催化1.0微摩爾底物發生變化所需的酶量。

? 長期接受運動訓練后，體內某些酶的活性可隨之發生適應性的變化，使代謝能力改善，運動能力得以提高。

三、同工酶和限速酶

（一）同工酶

指催化同一個化學反應，但酶分子本身的結構、組成有所不同的一組酶。

（二）限速酶

?在代謝體系中活性最低，又易受某些特殊因素調控，造成整個代謝體系受影響的酶。

四、人體的主要代謝酶系

（一）物質代謝和能量代謝的主要酶系 胞液：糖酵解酶系； 脂肪酸合成酶系

胞液和線粒體內：糖異生酶系； 尿素合成酶系 線粒體內膜：呼吸鏈酶系

線粒體基質內：三羧酸循環酶系； 脂肪酸氧化酶系；酮體生成酶系

（二）血清酶 1.血清酶的來源

功能性酶：脂蛋白脂肪酶、凝血酶等，在血液中發揮重要催化功能。非功能性酶：來源于機體各組織器官，在血液中不發揮催化功能，但可反映有關臟器細胞被破壞的情況。

由于運動引起內環境的急劇變化時，血清中多種酶的活性表現出相對提高。2.運動對血清酶的影響

超長時間運動時血清酶升高，最明顯的是CK，可達正常值的5~10倍，訓練水平較高者，峰值出現在運動后24~36小時。3.運動引起血清酶活性升高的機理

（1）肌纖維收縮產生的牽拉能提高細胞膜的通透性；

（2）運動時肌肉缺氧、鉀離子升高、乳酸增多，血糖含量下降和ATP水平降低均能加速細胞內酶的代謝，促使酶分子入血。

（三）酶對運動的適應 1.酶催化功能的適應

受激素、底物或產物調節，可在極短的時間內完成，但維持時間較短。

2.酶含量的適應

受激素、底物或產物可誘導酶的合成，所以，在運動后較晚出現，但持續時間較長。第二節 激素

一、概述：激素是內分泌細胞合成的一類化學物質，這些物質隨血液循環于全身，并對一定的組織或細胞發揮特有的效應。激素發揮作用的時效性： 快速反應類型：去甲腎上腺素和腎上腺素等。2 慢反應類型：醛固酮、甲狀腺素、抗利尿激素等。3 滯后反應類型：生長激素、胰高血糖素等。

二、激素對運動時的代謝調節

（一）腎上腺素和去甲腎上腺素 1.促進心輸出量

2.促進肝糖原分解釋放葡萄糖入血，升高血糖。（1）對肌糖原分解的影響大于對肝糖原的影響；（2）抑制肌細胞吸收血糖，有利于肌細胞利用脂肪酸；（3）刺激胰高血糖素分泌，抑制胰島素分泌。

（二）胰高血糖素

（1）激活糖原分解和抑制糖原合成（2）抑制脂肪酸合成（3）激活糖異生

（三）胰島素

（1）促進血糖進入肌細胞，激活肌糖原合成代謝（2）抑制肝糖異生作用，促進脂肪酸合成

（3）促進肌細胞吸收氨基酸和蛋白質合成，抑制細胞內蛋白質降解。

（四）生長激素（1）促使RNA合成；（2）促進糖異生作用；

（3）促進氨基酸進入肌細胞，加速蛋白質合成。

第二篇 運動時物質代謝和能量代謝及其調節

本篇主要介紹糖、脂肪和蛋白質三大能源物質氧化分解的一般途徑，人體內能量代謝的基本規律，運動過程中骨骼肌內供能系統的供 能特點及其相互間的關系，以及糖、脂肪、蛋白質在運動中的代謝特點、供能地位和生物學作用及代謝調節。

第四章 運動時物質代謝和能量代謝

?人體生命活動過程是一個消耗能量的過程，物質代謝和能量代謝是維持生命活動、保證運動供能的前提。

?運動時人體內尤其是骨骼肌能量消耗增多，而骨骼肌的直接能源物質是ATP。

?糖、脂肪和蛋白質是人體的三大細胞燃料，經生物氧化將儲存的能量釋放出來，轉換成三磷酸腺苷ATP，以保證ATP供能的連續性。?本章著重闡述骨骼肌利用ATP和合成ATP的代謝過程。第一節 能量代謝概述

生物體的重要特征之一是不斷進行新陳代謝活動。物質代謝是指生物體內進行的各種化學反應過程的總稱。能量代謝是指伴隨物質代謝過程發生的能量吸收、儲存、轉移、釋放和利用的過程。?能量代謝的核心物質是ATP。幾個重要基本概念的介紹：

一、高能化合物：一般將水解時釋放的標準自由能高于20.92KJ/mol（5千卡/摩爾）的化合物稱為高能化合物。舉例：ATP、CP、ADP、磷酸烯醇式丙酮酸、1，3－二磷酸甘油酸、琥珀酰輔酶A等。

二、生物氧化

（一）概念

營養物質在生物體內氧化成水和二氧化碳并釋放能量的過程稱為生物氧化。

特點：1.40％的能量用于合成ATP，60％的能量以熱能的形式散發。

2.主要在細胞的線粒體上進行。3.能量逐級釋放。4.需要適宜的反應條件。

（二）生物氧化的途徑

由許多酶促反應有組織、有秩序、依次銜接起來的連續化學反應。各種營養物質進行生物氧化都有共同的規律，大體可分為三個階段： ? 第一階段：釋放能量很少，僅為其蘊藏能量的1％以下，且以熱能形式散失，不能儲存。

? 第二階段：能量釋放占總能量的1/3，且可以生成ATP。? 第三階段：是氧化分解代謝的最后通路，2/3的能量在此階段釋放，是生成ATP最多的環節。?1.生物氧化中水的生成

? 生物氧化中水的生成是通過呼吸鏈完成的。呼吸鏈指在線粒體內膜上一系列遞氫、遞電子體按一定順序排列，構成的一條連鎖反應體系。此反應體系與細胞攝取氧的呼吸過程有關。代謝物脫下的氫經呼吸鏈與被激活的氧結合成水，在此過程中有能量的釋放。線粒體內重要的呼吸鏈有兩條：NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈。?2.生物氧化中ATP的生成

?

生物氧化過程中ATP的生成有兩種方式：底物水平磷酸化和氧化磷酸化。

底物水平磷酸化指直接由代謝物分子的高能磷酸鍵轉移給ADP生成ATP 的方式。如1，3二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、琥珀酰輔酶A。

氧化磷酸化指代謝物脫下的氫經呼吸鏈過程氧化最后生成水同時伴有能量的釋放，使ADP生成ATP的過程。

氧化磷酸化反應中生成ATP的數量及氧化磷酸化的偶聯部位可由P/O比值來確定。P/O比值指在形成ATP時每消耗1摩爾氧原子所消耗無機磷的摩爾數。?NADH的P/O值是3，即生成3分子ATP，FADH2的P/O值是2，即生成2分子ATP。3.生物氧化中二氧化碳的生成

生物氧化中二氧化碳由有機酸脫羧反應生成。第二節 三磷酸腺苷ATP 骨骼肌收縮時其能量來自ATP分子的分解反應，ATP是骨骼肌收縮的直接能源物質。

一、ATP的分子結構生物學功能

（一）ATP的分子組成和結構

ATP分子由一個腺嘌呤、一個核糖和三個磷酸基團組成，其末端的兩個磷酸酯鍵為高能磷酸鍵。(二)ATP的生物學功能 1.生命活動的直接能源

ATP－ADP循環是人體內能量轉換的基本方式，它維系著能量的釋放、儲存和利用。2.合成磷酸肌酸

ATP＋C→ADP+CP 3.參與構成一些重要輔酶 4.提供物質代謝時需要的能量

二、運動時ATP的利用和再合成途徑

（一）運動時肌肉ATP的利用途徑 運動時肌肉ATP利用的部位和作用：

（1）肌動球蛋白ATP酶消耗ATP，引起肌絲相對滑動和肌肉收縮做功；

（2）肌質網膜上鈣泵消耗ATP轉運Ca2+，調節肌肉松弛；（3）肌膜上鈉泵消耗ATP轉運Na+/K+，調節膜電位。

（二）ATP再合成途徑

肌細胞有三條供能系統，構成運動肌能量供應體系：（1）高能磷酸鹽如磷酸肌酸分解構成磷酸原供能系統；（2）糖無氧分解構成糖酵解供能系統；

（3）糖、脂肪、蛋白質有氧氧化構成有氧代謝供能系統。第三節 運動時骨骼肌供能系統一、磷酸原供能系統

?

ATP、CP分子內均含有高能磷酸鍵，在代謝中均能通過轉移磷酸基團的過程釋放能量，故將ATP、CP合稱磷酸原。由ATP、CP分解反應組成的供能系統稱為磷酸原供能系統。

（一）磷酸肌酸的分子結構與功能 1.磷酸肌酸的分子結構

磷酸肌酸CP是肌酸C的磷酸化形式。2.磷酸肌酸的功能

高能磷酸鍵的儲存庫。?CP+ADP→C+ATP 組成肌酸-磷酸肌酸穿梭系統。

將線粒體內有氧代謝釋放的部分能量轉移到細胞質內，即將能量從產能部位轉運到利用能量的部位。

（二）運動時磷酸肌酸供能 1.磷酸原系統供能過程

ATP+H2O→ADP+Pi+能量

ADP+ＡDP→AMP+ATP

CP+ADP→C+ATP ２.磷酸原系統供能特點

? 最早被啟動，最快被利用，具有快速供能和最高功率輸出的特點；最大功率輸出可達.6-3.0mmol/kg干肌/s，可維持最大強度運動６－８秒，在短時間最大強度或最大用力運動中主要供能；與速度或爆發力運動關系密切，如短跑，投擲，柔道，舉重等運動項目 ３.不同強度運動時磷酸原儲量的變化 ?

極量強度運動至力竭時ＣＰ儲量接近耗盡，達安靜時的３％以下，ＡＴＰ儲量不會低于安靜值的６０％。７５％最大攝氧量持續運動至疲勞時，ＣＰ儲量可降到安靜值的２０％左右，ＡＴＰ的儲量略低于安靜值。低于６０％最大攝氧量強度運動時，ＣＰ儲量幾乎不下降。

４.運動訓練對磷酸原系統的影響

運動訓練可明顯提高ＡＴＰ酶的活性，可加快ＡＴＰ的利用和再合成的速度。速度訓練可提高ＣＫ酶的活性，提高ＡＴＰ的轉換速率和肌肉的最大功率輸出，有利于運動員提高速度素質和恢復期ＣＰ的重新合成。運動訓練可使骨骼肌ＣＰ儲量明顯增多，提高磷酸原供能時間。運動訓練對骨骼肌內ＡＴＰ儲量影響不明顯。

二、糖酵解供能系統

糖原或葡萄糖無氧分解生成乳酸的過程，并合成ＡTP的過程稱為糖的無氧代謝，又稱為糖酵解。糖酵解供能的基本過程見下圖。糖酵解反應在細胞質內進行，由１２步連續的化學反應組成。糖酵解中ＡＴＰ的生成 有兩個部位。

ＡＴＰ生成方式：底物水平磷酸化?

ＡＴＰ生成數量：每分子葡萄糖經糖酵解凈生成２分子ＡＴＰ，每個葡萄糖單位肌糖原經糖酵解凈獲３分子ＡＴＰ。* 運動時糖酵解供能

在以最大強度運動６－８秒時ＣＰ成為主要的供能物質，同時糖酵解被激活，肌糖原迅速分解參與供能。在全力運動３０－６０秒時 糖酵解可達最大速率，其輸出功率為１毫摩爾～Ｐ/千克干肌/秒，約是磷酸原的一半。糖酵解的主要基質是肌糖原，當以最大速率進行短跑至力竭時肌糖原儲量消耗不足一半。糖酵解供能系統在運動中可維持的運動時間較長，是３０秒至２分鐘以內最大強度運動的主要供能系統。在速度和速度耐力項目中起主要供能作用。

三、有氧代謝供能系統

在氧氣的參與下，糖，脂肪和蛋白質氧化生成ＣO2和Ｈ2O的過程稱為有氧代謝。糖有氧氧化供能指在氧存在的情況下，糖原，葡萄糖和乳酸的有氧氧化，終產物是二氧化碳和水。* 糖有氧氧化的基本過程 ?（1）細胞質內反應階段

?與糖酵解生成丙酮酸的完全相同。?（2）線粒體內反應階段

丙酮酸→乙酰輔酶Ａ（在丙酮酸脫氫酶系的作用下氧化脫羧）?

乙酰輔酶Ａ與草酸乙酸縮合成檸檬酸進入三羧酸循環。三羧酸循環運轉一周的凈結果是氧化１分子的乙酰輔酶Ａ生成１２分子的ＡＴＰ。每分子葡萄糖有氧氧化可凈獲得３６或３８分子ＡＴＰ

（二）脂肪酸氧化供能 1.脂肪水解

?１分子ＴＧ→甘油＋３分子脂肪酸 2.甘油的分解代謝

?

甘油只在腎臟，肝臟等少數組織被氧化利用，直接為肌肉供能的意義不大。

3.脂肪酸的分解代謝 ?（１）脂肪酸活化

?在線粒體外膜脂肪酸與輔酶Ａ結合生成脂肪酰輔酶Ａ。?（２）脂肪輔酶Ａ進入線粒體

?借助于線粒體內膜上肉堿轉運機制被轉運至線粒體內。?（３）脂肪酰輔酶Ａ的β－氧化

每一次β－氧化，包括脫氫，水化，再脫氫，硫解四步連續的反應過程，最終將β－碳原子氧化成一個新的羧基。脂肪酸氧化的ＡＴＰ生成數，以硬脂酸為例ＡＴＰ的生成數是147。

（三）蛋白質氧化供能

蛋白質首先分解成氨基酸，氨基酸再脫去氨基生成相應的酮酸。脫去氨基的方式是轉氨基和氧化脫氨基作用。

轉氨基作用：由某一氨基酸與α－酮戊二酸進行氨基轉移反應，生成相應的α－酮酸和谷氨酸，催化轉氨基作用的酶是轉氨酶。?

氧化脫氨基作用：由轉氨基作用生成的谷氨酸在谷氨酸脫氫酶的作用下經脫氫，水化反應生成氨和α－酮戊二酸的過程。

聯合脫氨基作用：當轉氨基作用與谷氨酸氧化脫氨基作用聯合進行時，使氨基酸脫掉氨基生成相應的α－酮酸和氨稱為聯合脫氨基作用。生成的α－酮酸可經不同環節加入三羧酸循環，進而徹底氧化生成二氧化碳和水，同時生成ＡＴＰ，這是氨基酸氧化分解中可提供能

量的部分。聯合脫氨基作用主要在肝，腎組織中進行。α－酮酸還可重新合成非必需氨基酸，并可轉變為糖和脂肪。骨骼肌，心肌內存在嘌呤核苷酸循環的脫氨基方式。

（四）三大細胞燃料代謝的相互關系 1.分解代謝中的關系

?末端循環的共同途徑是三羧酸循環 2.三者之間的相互轉化

在體內糖極易轉化為脂，脂肪分子中僅甘油部分可經糖異生作用轉換為糖。

糖可經氨基化合成非必需氨基酸，生糖氨基酸可轉變為糖。?

生酮氨基酸可合成脂肪酸，機體幾乎不利用脂肪合成蛋白質。

（五）運動時的有氧代謝供能

糖的有氧代謝供能特點為最大輸出功率約為糖酵解的一半，可滿足１－２小時的大強度運動。脂肪氧化的最大功率輸出僅為糖有氧氧化的一半，儲量豐富，可供運動的時間理論上不受限制，是中低強度運動時的主要基質。蛋白質在長于３０分鐘的激烈運動中參與供能，但最多不超過總供能的１８％。

有氧代謝供能是數分鐘以上耐力性運動項目的基本供能系統，同時提高有氧代謝能力對改善運動肌代謝環境和加速疲勞消除起著重要作用，對速度和力量型項目運動員同樣重要。第四節 運動時能量的釋放和利用

一、運動時供能系統的動用特點

（一）人體骨骼肌細胞的能量儲備

表 人骨骼肌細胞的能量儲備（70kg體重）

供能物質

儲量（mmol/kg干肌）可利用的能量

ATP

24.6

9.8

CP

76.8

61.4

Gn

365

100/14200

TG

48.6

24520

（二）供能系統的輸出功率

各種能源產生高能磷酸基團的最大速率

能源利用

最大輸出功率(mmol~p/kg干肌/秒)

可供運動時間 CP

1.6～3.0

6～8秒

Gn糖酵解

1.0

30～60秒達最大速率

可維持運動2～3分鐘

Gn有氧氧化

0.1.5～2小時 FFA有氧氧化

0.25

不限時間

（三）供能系統的相互關系

運動中基本不存在一種能量單獨供能的情況，肌肉可以利用所有能量物質，只是時間，順序和相對比例隨運動狀況而異，不是同步利用。最大功率輸出的順序，由大到小是：?磷酸原系統＞糖酵解系統＞糖有氧氧化＞脂肪酸有氧氧化，且分別以近５０％的速率依次遞減。當以最大輸出功率運動時，各系統能維持的運動時間是磷酸原供極量強度運動６－８秒，糖酵解系統供最大強度運動３０－９０秒，33 可維持２分鐘以內，３分鐘以上的運動能量需求主要依賴于有氧代途徑。在超過３０分鐘的激烈運動中蛋白質也參與供能，但供能量不超過總能量的１８％。運動時間越長強度越小，脂肪氧化供能的比例越大。

運動后ＡＴＰ，ＣＰ的恢復和乳酸的清除要依靠有氧代謝系統才能完成，有氧代謝供能是運動后機體恢復的基本代謝方式。

二、不同活動狀態下供能系統的相互關系 ?

（一）安靜時

骨骼肌內能量消耗較少，ＡＴＰ保持高水平，肌細胞內以游離脂肪酸和葡萄糖的有氧氧化供能，且線粒體內氧化脂肪酸的能力大于糖的氧化能力。

（二）短時間激烈運動

骨骼肌以無氧代謝供能為主，在極量運動時以ＡＴＰ，ＣＰ供能為主，在超過１０秒的運動中糖酵解供能的比例增加。?

（三）大強度運動

機體總體上基本依靠有氧代謝供能，部分骨骼肌由糖酵解合成ＡＴＰ。

（四）長時間低強度運動

以脂肪酸供能為主，但運動開始時ＣＰ和糖酵解供能直到有氧代謝能力充分調動起來為止。

總之，短時間激烈運動時（１０秒以內）基本上依賴ＡＴＰ，ＣＰ儲備供能，長時間中低強度運動時以糖和脂肪酸有氧代謝供能為

主，運動時間在１０秒－１０分鐘以內執行全力運動時，所有的能源儲備都被動用，運動開始時ＡＴＰ，ＣＰ被動用，然后糖酵解供能，最后糖原，脂肪酸和蛋白質有氧代謝也參與供能。運動結束后的一段時間內，骨骼肌等組織細胞內有氧代謝速率仍高于安靜時水平，它所產生的能量用于運動時消耗的能源物質的恢復。

第五章

運動與糖代謝

第一節 肌糖原與運動能力

一、影響肌糖原儲量的因素

肌肉部位：不同個體同一部位肌糖原儲量相同，同一個體不同部位肌糖原儲量不同。

肌纖維類型：快肌略高于慢肌

運動訓練水平：訓練水平越高，通常肌糖原也越高。飲食狀況：正常糖原含量的肌肉對飲食糖的敏感性較低。

二、影響運動時肌糖原利用的因素

運動強度、持續時間與肌糖原利用：運動強度增大，肌糖原消耗速率相應增大

1、在90%~95%最大攝氧量以上強度運動時，肌糖原消耗速率最大。

2、在65%~85%最大攝氧量強度長時間運動時，肌糖原消耗總量最大。

3、以30%最大攝氧量強度運動時，肌糖原很少利用。訓練水平：

耐力訓練水平可以提高肌肉氧化糖和脂肪酸的能力。高訓練水平的人，執行定量負荷運動時，肌糖原氧化速率減慢。在進行大強度亞極量運動時，肌糖原分解速率相對較快。肌纖維類型：

I

有氧化氧化型：肌糖原利用隨強度增大而減少 IIa 酵解氧化型：肌糖原利用隨強度增大而增大 IIb 酵解型：肌糖原利用隨強度增大而增大 飲食：

賽前適量補糖：減少肌糖原的消耗，賽前增加脂肪酸的利用：節省肌糖原的消耗 環境溫度的影響：

氣溫影響人體的代謝速率和代謝底物的選擇 低氧分壓：

缺氧——糖酵解供能比例增加，高原訓練初期，肌糖原利用增加

三、肌糖原與運動能力的關系

有氧運動能力與肌糖原儲量 無氧運動能力與肌糖原儲量

第二節

血糖與運動能力

一、概述

（一）血糖濃度

血液中的葡萄糖含量稱為血糖。

正常空腹血糖濃度為3.89～6.11mmol/L

低血糖范圍：<3.8 mmol/L

高血糖范圍：>7.2 mmol/L

二、血糖的來源與去路

三、血糖的生物學作用

?中樞神經系統的主要供能物質。?血糖是紅細胞的唯一能源。?血糖是運動肌的肌外燃料。

四、血糖與運動能力的關系

短時間激烈運動時，血糖在運動時供能的地位很小；長時間運動時，血糖可能成為重要的限制運動能力的因素；中樞神經系統因血糖供能缺乏而出現中樞疲勞；影響紅細胞能量代謝，使氧的運輸能力下降；由于運動肌外源性糖供應不足導致外周疲勞而使運動能力下降。第三節

肝臟釋放葡萄糖與運動能力

一、安靜時肝葡萄糖釋放

（一）安靜時肝糖原分解：占肝葡萄糖釋放的70%

（二）安靜時糖異生作用：占肝葡萄糖釋放的25~30% 糖異生：在肝臟中，有非糖物質轉變成葡萄糖和糖原的過程。區別糖異生和糖酵解

二、運動時肝葡萄糖釋放

（一）短時間大強度運動：以肝糖原分解為主，約占肝葡萄糖釋放的90%左右。

（二）長時間大強度運動時：肝糖原分解速率增加，但時間越長，糖

異生的比率逐漸增加。

（三）運動時糖異生作用：不同時間糖異生基質成分的變化：40分鐘以內：以乳酸為主；40分鐘左右：以生糖氨基酸為主；40分鐘以后：以甘油為主

三、膳食對肝糖原貯備量的影響因素

肝糖原主要受飲食糖含量的影響，一天低糖飲食，肝糖原含量可降到最低水平；而高糖飲食可使肝糖含量達大最高水平。攝取果糖在肝內合成糖原的能力比葡萄糖高3~4倍。第四節

乳酸與運動

一、運動時乳酸生成的機理 1.安靜時乳酸的生成

2.短時間極量運動乳酸的生成 3.亞極量運動時乳酸的生成

4.中、低強度運動開始時乳酸的生成

二、乳酸的消除

（一）乳酸消除的基本途徑

（二）運動時乳酸代謝 氧化占55％～70％ 糖異生：Gn<20％ 蛋白質成分：5％～10％ 其它：<10％

（三）乳酸消除的生物學意義

§提供氧化底物。

§通過糖異生維持血糖濃度。

§改善肌細胞內環境，維持糖酵解反應繼續繼續。

三、乳酸與運動能力的關系 ?乳酸生成與運動能力 ?乳酸消除與運動能力

第六章 運動與脂肪代謝

運動時脂肪可以參加能量代謝，脂肪的供能地位主要與血漿游離脂肪酸的作用分不開。血漿游離脂肪酸可以為多種器官和組織供能，也是安靜與運動時骨骼肌的主要供能物質之一。第一節 運動與脂肪代謝

一、概述

（一）長時間運動時骨骼肌細胞燃料的選擇 糖原的優缺點：

耗氧量少，缺氧時可進行無氧代謝 分解速度快，輸出功率較高

相同量的糖原釋放能量可合成的ＡＴＰ比脂肪少 在體內儲存時所占體積較大，儲量較少

長時間運動時可維持運動時間受肌糖原儲量的影響 脂肪的優缺點：

耗氧量高，分解速度慢，輸出功率低

可合成ＡＴＰ的量多

在體內儲存時所占體積較小，儲量豐富

長時間運動時可維持運動時間理論上不受脂肪儲量的影響

（二）運動時脂肪的供能作用

§短時間激烈運動時：肌肉基本不利用脂肪酸，磷酸肌酸和肌糖原是肌肉的主要供能物質。

§當大于６０％－６５％最大攝氧量強度少于６０分鐘的運動中：機體以糖的有氧和無氧代謝為運動肌的主要供能物質。

§當低于６０％－６５％最大攝氧量強度的長時間運動中：機體以脂肪為運動肌的主要供能物質。

（三）運動時脂肪參與供能的形式和來源 運動時脂肪參與供能的形式主要有三種：

完全氧化：在心肌，骨骼肌等組織中，脂肪酸完全氧化生成二氧化碳和水，這是脂肪供能的主要形式。

不完全氧化：在肝臟中脂肪酸不完全氧化生成中間產物酮體，參與脂肪組織脂解的調節。

糖異生：在肝，腎細胞中甘油作為非糖物質經過糖異生途徑轉變成葡萄糖，對維持血糖水平起重要作用。* 參與骨骼肌供能的脂肪酸來源

有三個部位的脂肪經水解途徑產生脂肪酸，并提供給運動肌氧化供能（１）脂肪組織儲存的脂肪

（２）循環系統即血漿脂蛋白含有的脂肪

40（３）肌細胞中的脂肪

運動時人體基本上不利用肝臟內儲存的脂肪

二、運動時脂肪分解代謝

（一）脂肪組織中脂肪分解 1.脂肪酸動員

脂肪細胞內儲存的脂肪經脂肪酶水解釋放出脂肪酸，供給全身各組織攝取利用。2.脂肪分解

脂肪細胞內ＴＧ受一系列脂肪酶催化水解最終生成甘油和脂肪酸。甘油三酯脂肪酶所催化的過程是調節脂肪酸動員的限速步驟。３.脂肪組織釋放脂肪酸和甘油

在脂肪細胞中脂肪水解所產生的甘油基本上全部被釋釋放入血，經血液循環運輸到肝臟等組織進一步代謝。脂肪酸只有部分被釋放入血，大部分在脂肪細胞內直接參與再酯化過程，稱為甘油三酯－脂肪酸循環。釋放入血的脂肪酸水溶性較差，立即與血漿清蛋白結結合以增加水溶性。每分子清蛋白可結合１０分子脂肪酸。

（二）血漿甘油三酯分解 １.血漿脂蛋白與甘油三酯

血漿中的ＴＧ是與磷脂，膽固醇，膽固醇酯和載脂蛋白以不同比例結合而存在，共同構成脂蛋白。按密度可將脂蛋白分為四類：

它們分別是乳糜微粒ＣＭ，極低密度脂蛋白ＶＬＤＬ，低密度脂蛋白ＬＤＬ和高密度脂蛋白ＨＤＬ。nＣＭ中含ＴＧ比例最高，含蛋

白質量最少，nＨＤＬ中含蛋白質含量最高，ＴＧ含量最少。２.血漿脂蛋白中ＴＧ的分解

在ＬＰＬ的催化作用下，血漿脂蛋白中的ＴＧ水解為脂肪酸和甘油，水解出的脂肪酸立即以血漿清蛋白為載體生成游離脂肪酸，被各組織器官攝取和利用。３.血漿甘油三酯的供能作用

血漿甘油三酯的供能作用很小，訓練可使人體血漿甘油三酯濃度降低。

（三）肌細胞內ＴＧ分解 １.肌內ＴＧ含量

主要分布在慢肌纖維中，以中性脂滴形式分三在線粒體附近，數量與線粒體容積成正相關。其含量可因肌纖維類型，營養和身體活動而改變。

２.肌內ＴＧ分解

受骨骼肌內ＬＰＬ催化，受多種激素調節。訓練可影響骨骼肌ＬＰＬ活性。

３.肌內ＴＧ的供能作用

長時間運動可引起肌內脂肪含量明顯下降，且運動時肌內ＴＧ的脂解強度比脂肪組織大得多。第二節 運動時脂肪酸的利用

運動時骨骼肌氧化的脂肪酸依靠肌內ＴＧ水解和攝取血漿ＦＦＡ，隨運動時間延長，血漿ＦＦＡ供能起主要作用。

一、血漿游離脂肪酸濃度及其轉運率

安靜空腹時血漿ＦＦＡ相對較低，只有０.1毫摩爾每升左右，但血漿ＦＦＡ的轉運率較快，半衰期大約為４分鐘。

運動過程中血漿ＦＦＡ的濃度升高，可以上升２０倍，到接近２毫摩爾每升，且轉運率加快，并與運動強度的增大密切相關，反映出血漿ＦＦＡ無論在靜息狀態，還是低，中強度運動時都能積極參與各組織器官的氧化供能。

二、骨骼肌利用血漿游離脂肪酸

（一）血漿ＦＦＡ在骨骼肌內的供能地位 １.安靜時的供能地位

動脈血ＦＦＡ是安靜肌的基本燃料，大約５０％的血漿ＦＦＡ在流經肌肉的過程中被吸收利用。２.運動時的供能地位

短時間極量或高強度運動中血漿ＦＦＡ供能的意義不大；長時間運動開始的數分鐘內，血漿ＦＦＡ會出現暫時下降，然后逐漸升高。原因：

運動時肌肉吸收血漿ＦＦＡ增多，但脂肪組織分解及脂肪酸釋放入血的量相對不足。進入脂肪組織的血流量暫時下降，造成肌肉吸收血漿ＦＦＡ速率與組織向循環系統釋放脂肪酸的速率之間暫時的不平衡。通過逐漸增強脂肪組織的脂肪酸動員速率，血漿ＦＦＡ濃度逐漸上升到基礎水平或超過基礎水平。大約在運動后３－４小時達到最高值，接近２毫摩爾每升。運動終止時骨骼肌利用脂肪酸立即減弱，43 而脂肪組織內由于代謝活動使肢解仍保持較高速率，運動后血漿ＦＦＡ濃度將上升。大約經過１０－１５分鐘血漿ＦＦＡ達到最高水平然后下降，逐漸恢復到安靜時水平。

（二）影響肌細胞內血漿ＦＦＡ供能的因素 運動強度和持續時間

運動強度下降到６０％－７０％最大攝氧量，超過２０－３０分鐘的長時間運動中肌細胞吸收血漿ＦＦＡ供能比例增大。血漿脂肪酸濃度

運動肌攝取和利用血漿ＦＦＡ與其濃度存在正比關系。飲食

吃糖抑制脂肪組織的脂肪分解，服用咖啡因可促進脂肪組織的脂解。耐力訓練水平

高水平耐力運動員運動時脂肪酸氧化供能比例相對較高，有利于運動時節省糖儲備。肌內局部因素

肌肉肉堿含量可影響脂肪酸的利用。環境溫度

寒冷溫度消耗脂肪酸的數量增多。

（三）不同組織利用血漿ＦＦＡ供能的差異 心肌和肝臟具有較強的脂肪酸氧化能力。Ｉ型肌纖維具有高氧化脂肪酸的能力。

ⅡＢ型肌纖維氧化脂肪酸的能力較差。

（四）骨骼肌脂肪酸氧化與運動能力關系示例 １.促進脂肪酸供能與最大耐力 ２.抑制脂肪酸供能與大強度耐力

（五）訓練對骨骼肌脂肪酸氧化的影響

每分心輸出量增大，ＨＢ，ＭＢ含量增多，骨骼肌毛細血管密度增大，對骨骼肌的供氧能力提高。使訓練肌的細胞內線粒體數目增多和體積增大，線粒體內酶活性提高，骨骼肌代謝利用氧的能力提高。第三節 運動與甘油、酮體代謝

一、運動與甘油代謝

（一）甘油代謝

甘油由相應組織分解進入血液直接運送到肝臟，腎臟和小腸等組織，主要在肝臟中進一步代謝，因為肝臟有較高活性的甘油激酶。

甘油生成α－磷酸甘油，然后脫氫生成磷酸二羥丙酮。根據肝臟內供氧情況的不同，有三條可能代謝去路：徹底氧化為二氧化碳和水，每分子甘油產生２２分子ＡＴＰ；轉變成乳酸；n糖異生作用轉變為糖。

腎，小腸一定程度上可以利用甘油。

（二）運動時甘油代謝的意義

甘油糖異生生成葡萄糖，對長時間有氧運動中維持血糖的濃度有重要作用。甘油直接為骨骼肌供能的意義不大。當肌糖原儲量充足時甘油氧化供能更少。

二、運動與酮體代謝

（一）酮體的生成

在肝細胞內脂肪酸氧化極不完全，生成乙酰乙酸，β－羥丁酸和丙酮，總稱為酮體。肝細胞線粒體內含有合成酮體的酶類，但缺乏利用酮體的酶類。酮體生成后進入血液成為血酮體運輸到肝外的一些組織，被進一步氧化和利用。

（二）酮體的氧化

主要在心肌，骨骼肌，神經系統和腎臟，可以將乙酰乙酸，β－羥丁酸轉變成乙酰輔酶Ａ，然后通過三羧酸循環氧化成二氧化碳和水。

(三)運動時血酮體動力學變化

短時間激烈運動時血酮體濃度沒有明顯變化。長時間運動時，尤其是糖儲備低的運動過程中血酮體濃度明顯升高。在血酮體濃度低下時，隨著運動強度上升，血酮體代謝加快。在高血酮體水平時，酮體代謝清除速率不再加快。

（四）酮體生成的意義

酮體是聯系肝臟與肝外組織的一種能量特殊運輸形式 參與腦組織和肌肉能量代謝 參與脂肪酸動員的調節

血、尿酮體濃度升高評定體內糖儲備狀況 第七章 運動與蛋白質和氨基酸代謝 蛋白質的功能：

構成機體細胞組成的重要物質。組織細胞的修復作用。調節各種生理功能。供能作用。

第一節 運動和恢復期蛋白質代謝

一、概述

氮平衡：在正常情況下，機體的蛋白質攝入量和排出量 處于動態平衡。

短時間激烈運動對蛋白質代謝影響較小，蛋白質基本不參與供能。長時間耐力運動時蛋白質和氨基酸分解代謝加強。

二、運動時蛋白質代謝

（一）運動時蛋白質凈降解 由組織蛋白質釋放或者轉換提供。

長時間運動肝臟、肌肉非收縮蛋白分解代謝速率加快，肌肉收縮蛋白的分解速率減慢，整體蛋白質代謝表現為分解代謝加強。

（二）判斷機體蛋白質分解代謝的強度指標 尿素氮可反映整體蛋白質的代謝情況。

尿3-甲基組氨酸反映肌肉收縮蛋白分解代謝的情況。血清氨基酸濃度的變化。

（三）運動使蛋白質分解代謝增強的原因 訓練狀態

訓練的類型，強度，頻率

激素變化 酶活性變化

三、運動后蛋白質代謝

（一）運動后蛋白質凈合成

運動后恢復1小時內，骨骼肌蛋白質合成減弱。

運動后第2小時內蛋白質合成速率上升，并在尚未明確的時間內持續上升。

（二）影響運動后肌肉蛋白質合成的因素

運動使細胞膜通透性增加，使進入細胞內的游離氨基酸數量增加，為蛋白質合成提供了基本原料。

在運動后30分鐘內肌細胞內ATP，CP迅速恢復到正常水平。機體內對蛋白質合成的阻遏作用解除。

多胺含量增加，可從核糖體水平提高蛋白質合成速率。激素濃度改變。

（三）運動訓練對蛋白質代謝的影響

耐力訓練的作用：

使骨骼肌線粒體的數目增多，體積增大，線粒體蛋白質量和組成酶活性提高。

力量訓練的作用：

使訓練肌的體積增大，肌纖維增粗，力量增強，這種適應性變化出現在快收縮肌纖維。

肌肉粗大的主要原因是肌蛋白數量增多，包括收縮蛋白總量增多。

此外肌纖維周圍的結締組織，肌腱，韌帶組織數量增長。第二節 運動與氨基酸代謝

長時間運動時機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。

一、氨基酸代謝庫

（一）游離氨基酸庫

骨骼肌和肝臟是重要的游離氨基酸庫。大約80%的游離氨基酸分布在骨骼肌內。大約10%分布在肝臟內。腎臟約含4%。

血漿游離氨基酸比例較低。

骨骼肌和肝臟是蛋白質和氨基酸代謝旺盛的部位，血漿游離氨基酸的變化反映肌肉，肝臟蛋白質代謝和氨基酸的變化。

（二）運動時代謝利用的氨基酸 三個來源

血漿和組織內游離氨基酸。

組織蛋白質降解時釋放出的氨基酸。

非氨基酸類物質，主要是糖分解的中間代謝產物轉變生成。組織蛋白質分解釋放出的或生成的氨基酸是運動時可利用的主要部分，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平衡的改變，但不提供氨基酸代謝流通的情況。

二、運動與氨基酸供能

長時間的大強度運動時氨基酸氧化增強，參與氧化供能的氨基酸主要是丙氨酸，谷氨酸，門冬氨酸和支鏈氨基酸。

（一）丙氨酸，谷氨酸，門冬氨酸

在相應轉氨酶的作用下，上述氨基酸直接轉變為丙酮酸，α-酮戊二酸和草酰乙酸，從不同途徑進入三羧酸循環。

（二）支鏈氨基酸

支鏈氨基酸包括亮氨酸，異亮氨酸和纈氨酸。

組織內支鏈酮酸脫氫酶分布不均勻，肌肉內含量約占總量的60%，其次是肝組織，所以肌肉是氧化支鏈氨基酸的主要組織。

每分子亮氨酸，異亮氨酸和纈氨酸完全氧化分別產生42，43和32分子ATP。

安靜時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。

（三）影響氨基酸供能的因素

耐力訓練能提高運動肌內谷-丙轉氨酶活性。

三、運動與氨基酸的糖異生作用

在耐力運動期間，氨基酸的另一代謝途徑是合成葡萄糖。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%。

（一）葡萄糖-丙氨酸循環的代謝途徑

由肌內葡萄糖，肌糖原分解生成的丙酮酸，與氨基酸之間經轉氨

第三篇：生化實驗教案

生命科學與技術學院生化實驗（下）

生 物 化 學 實 驗（下）

實驗三 離子交換柱層析法分離氨基酸

生命科學與技術學院生化實驗（下）

華中科技大學生命科學與技術學院 2012級生物化學小老師

第三組

離子交換柱層析法分離氨基酸

【實驗目的】

1.學習離子交換樹脂分離氨基酸的基本原理。2.掌握離子交換柱層析的基本操作。3.掌握氨基酸和茚三酮顯色機理。

【實驗原理】

1.離子交換層析原理

離子交換法是通過帶電的溶質分子與離子交換劑中可交換的離子進行交換而達到分離目的的方法。

有些高分子物質含有一些可以解離的基團，例如-SO3H，-COOH等，因此可以和溶液中的離子產生交換反應，如：

或

這類高分子物質統稱為離子交換劑，離子交換劑是一類具有離子交換功能的高分子材料。功能基團由固定在骨架上的帶電基團與可進行交換的能移動離子兩部分組成，二者所帶電荷相反，以靜電作用結合。可進行交換的離子稱為反離子或抗衡離子，這種反離子可與溶液中帶

生命科學與技術學院生化實驗（下）

同種電荷的離子進行交換反應。因離子交換反應是可逆的，在一定條件下被交換的離子也可以“解吸”，使離子交換劑又恢復到原來的離子形式，所以離子交換劑通過交換和再生可以反復使用。其中使用的最普遍的是離子交換樹脂。由于一定離子交換劑對于不同離子的靜電引力不同，因此在洗脫過程中，不同的離子在離子交換柱上的遷移速度也不同，最后完全分離。

選擇適當的條件，可使一些溶質分子變成離子態，通過靜電作用結合到離子交換劑上，而另一些物質則不能被交換，這兩類物質即被分離。帶同種電荷的不同離子都可以結合到同一介質上，但由于各自所帶電量不同，與介質的結合牢度不同，可改變洗脫條件使它們依次先后被洗脫，從而達到分離目的。

離子交換層析是一種基于氨基酸電荷行為的層析方法。本實驗采用磺酸型陽離子交換樹脂（732型）分離酸性氨基酸天冬氨酸（Asp，pI2.97）和堿性氨基酸賴氨酸（Lys，pI9.74）的混合液。氨基酸是兩性電解質，分子上所帶的凈電荷取決于氨基酸的等電點和溶液的pH值。在pH5.3條件下，因為pH值低于Lys的PI值，Lys可解離成陽離子結合在樹脂上；Asp可解離成陰離子，不被樹脂吸附而流出層析柱。在pH12條件下，因pH值高于Lys的pI值Lys可解離成陰離子從樹脂上被交換下來。這樣通過改變洗脫液的pH值可使它們被分別洗脫而達到分離的目的。2.茚三酮反應機理

茚三酮反應是指在加熱條件下，氨基酸或肽與茚三酮反應生成紫色（與羥脯氨酸或脯氨酸反應生成（亮黃色）化合物的反應。

該紫色化合物在570nm處有最大光吸收，所以可以利用分光光度計測量其含量。

由于該反應靈敏度高，目前已經廣泛應用于氨基酸定性和定量的分析，國內的大部分教材認為其反應機理為：

生命科學與技術學院生化實驗（下）

但是大量實驗表明而且大部分的學者認為茚三酮顯色反應生成的有色物質是混合物而不是單一組分。

茚三酮顯色反應受pH，茚三酮試劑的配制方法和濃度，氨基酸種類和濃度，反應溫度，反應時間，冷卻時間，離子強度等都有較大影響。特別要注意的是pH對顯色反應的影響特別大，且該反應在一個小時內穩定。

【實驗器材和試劑】

一、實驗器材

層析柱（20cm*1cm）；鐵架臺；恒流泵；部分收集器；分光光度計；移液槍；恒溫水浴鍋；試管；玻璃棒；燒杯；試管架。

二、實驗試劑

①732型陽離子交換樹脂（100-200目）

生命科學與技術學院生化實驗（下）

②2mol/L氫氧化鈉溶液，1mol/L氫氧化鈉溶液； ③2mol/L鹽酸溶液，0.1mol/L鹽酸溶液； ④標準氨基酸溶液

天冬氨酸、賴氨酸均配制成2mg/mL的0.1mol/L鹽酸溶液； ⑤洗脫液

檸檬酸-氫氧化鈉-鹽酸緩沖溶液（pH5.3）

取檸檬酸14.25g，氫氧化鈉9.30g和濃鹽酸5.25mL溶于少量水后，定容至500mL，冰箱保存

注：在檸檬酸緩沖液中加入0.1%酚溶液可防止長霉。在室溫較高的夏季，配制緩沖溶液用的蒸餾水必須是新鮮蒸餾水，配前煮沸，配好后在4℃保存。0.01mol/LNaOH溶液（pH12）

取0.4gNaOH固體用適量蒸餾水溶解后，定容至1L ⑥顯色劑

取0.5g茚三酮溶于75mL乙二醇單甲醚中，加水定容至100mL。待測樣品

混合氨基酸溶液：將2mg/mL天冬氨酸、賴氨酸溶液按1:2.5的比例混合，混合后再以1:1的比例用0.1mol/L鹽酸溶液稀釋。

【操作步驟】

1.樹脂的處理

對于市售干樹脂，先是經水充分溶脹后，經浮選得到顆粒大小合適的樹脂，然后加4倍量的2mol/LHCl溶液浸泡1小時，傾去酸液，用蒸餾水洗至中性，然后用2mol/LNaOH溶液處理，做法同上。以1mol/LNaOH溶液浸泡樹脂一小時轉化為鈉型，用蒸餾水洗至中性，最后用欲使用的檸檬酸緩沖液浸泡，過剩的樹脂浸入1mol/LNaOH溶液中保存，以防細菌生長。2 裝柱

取層析柱一支，垂直固定在鐵架臺上，(實驗前需進行檢漏，小老師會在實驗過程中進行演示)用夾子夾緊柱底出口處橡膠管，在柱內加2~3cm高的檸檬酸緩沖液。將攪拌成懸浮狀的樹脂沿柱內壁緩慢倒入。待樹脂在柱底部逐漸沉降時，慢慢打開柱底出口處鐵夾，繼續加入樹脂懸浮液，直至樹脂高度到層析柱高度的3/4處。

生命科學與技術學院生化實驗（下）

注意：要注意裝柱過程的連續性，裝好的層析柱應均勻，防止產生氣泡，節痕或界面，否則會對實驗有較大的影響，必須重新裝柱。3平衡

層析柱裝好后，再緩慢沿管壁加入 適量緩沖液至樹脂床面以上2~3cm處，接上橫流泵，用檸檬酸緩沖液以0.5mL/min的流速進行平衡，用pH試紙測量流出液pH，直至流出液的pH與緩沖液的pH相等。

注意：調節流速前要排除恒流泵與柱間連接管內所有氣泡，以免影響流速，影響實驗效果。調節流速時統一將流速調節為10滴/min,平衡時間一般為15分鐘。4加樣

關閉恒流泵，打開層析柱上端管口，緩慢打開柱底出口，小心放出層析柱內的液體至柱內液體的凹液面恰好與樹脂上液面相齊，立即關閉下端出口（注意：不要使液面下降至樹脂表面以下）。用移液槍吸取氨基酸混合樣品0.5ml，沿靠近樹脂表面的管壁緩慢加入，注意不要沖壞樹脂表面。加樣后打開柱底止水夾，使液體盡可能緩慢地流下至液體凹液面恰與樹脂表面相平，立即關閉止水夾。再用膠頭滴管吸取0.5ml緩沖液清洗柱內壁，打開止水夾放出液體，使液體下表面與樹脂表面相平，按照此法清洗2次。然后小心加入緩沖液離柱頂部1cm為止，并將層析柱與恒流泵和部分收集器相連。

注意：樣品體積不要過大，樣品的含量不能超過層析柱內離子交換能力，否則影響分離效果。5.洗脫

① 緩沖液洗脫：用檸檬酸緩沖液（pH5.3）以6s/滴的流速開始洗脫，用試管收集洗脫液，每管收集1ml，收集1-10號管。(② 0.01mol/L NaOH溶液（pH12）洗脫：關閉恒流泵和止水夾，將檸檬酸緩沖液更換為0.01mol/L的NaOH溶液，打開止水夾進行洗脫，同法收集11-40管。收集完畢后，關閉止水夾和恒流泵。

注意：在整個實驗過程中要多注意層析柱，避免使柱內液體流干，否則實驗即為失敗。6.測定

分別向60管收集液中加入1.5ml檸檬酸緩沖液，混勻后再加入1ml茚三酮顯色劑，混勻。沸水浴15min后取出，冷卻至室溫，在1h內用分光光度計在570nm下以蒸餾水為空白管進行比色，測定各管的吸光度值。

注意：比色時盡量避免將液體沾在手上或衣服上。7.樹脂再生

生命科學與技術學院生化實驗（下）

層析柱使用幾次后，需將樹脂取出用1mol/LNaOH溶液洗滌，再用蒸餾水洗至中性后可反復使用。

注意：在本次實驗結束之后需將樹脂倒至指定燒杯中。

【結果與分析】

以吸光度值為縱坐標，收集的管數為橫坐標，繪制出洗脫曲線。以已知兩種氨基酸的純溶液樣品，按上述方法和條件分別操作，將得到的洗脫曲線與混合氨基酸的洗脫曲線對照，可確定2個峰的大致位置及各峰為何種氨基酸。

【思考題】

1.對于新樹脂我們做的處理是先用2mol/LHCl攪拌半小時，然后用蒸餾水洗至中性，再用2mol/LNaOH攪拌半小時，用蒸餾水洗至中性，最后用1mol/LHCl攪拌半小時，還用蒸餾水洗至中性。請分析原因。

2.所加樹脂的高度為層析柱高度的3/4，請思考樹脂過高或過低對實驗結果有何影響，試分析原因。

3.本實驗加的樣品為天冬氨酸和賴氨酸，若再加一個組氨酸，請估計其峰值的位置，說明理由。

第四篇：生化教案第十章 脂代謝

第十章 脂代謝

第一節 概述

類脂和脂肪總稱為脂肪。類脂是構成機體組織的結構成分，脂肪是動植物的重要能源，稱為儲存脂質。

一、脂肪的降解

1、胰脂肪酶---在人和動物體消化道中降解脂肪

胰脂肪酶分為酯酶和脂酶兩類。酯酶主要水解脂肪酸和一元醇構成的酯。脂酶包括脂肪酶和磷脂酶，脂肪酶水解三酰甘油，產生甘油和脂肪酸。磷脂酶作用于磷脂，可產生甘油、脂肪酸、磷酸、膽堿等。

2、微生物脂肪酶---具有雙向催化特性

細菌的脂肪酶降解活性一般不高，但真菌的脂肪酶活性較高。脂肪酶能將脂肪降解生成脂肪酸和甘油。

脂肪酶也能在一定條件下催化醇與酸縮合成酯。

二、脂肪酸的吸收與轉運

1、脂肪的吸收---吸收形態的多樣性 被吸收的形態

一是完全水解成甘油和脂肪酸，脂肪酸再與膽汁鹽按比例結合成可溶于水的復合物，與甘油一起被小腸上皮細胞吸收并進入血液。

二是不完全水解，脂肪部分水解成脂肪酸、單酰甘油、二酰甘油，而被吸收。

三是完全不水解，經膽汁高度乳化成脂肪微粒，同樣能被小腸粘膜細胞吸收，經淋巴系統再進入血液循環。

2、血脂---油脂的轉運

血漿中的脂質統稱為血脂。

血脂與蛋白結合形成脂蛋白，根據密度，脂蛋白分為高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白、乳糜顆粒等，脂蛋白具有較強的親水性，便于隨血液循環被轉運至各器官組織。

三、油脂的中間代謝概況

第二節

脂肪的代謝

一、甘油代謝

1、甘油的分解---從磷酸丙糖插入EMP

2、甘油的合成---分解代謝的逆行

二、脂肪酸的分解代謝

1、β-氧化---分解代謝的主要途徑

脂肪酸通過酶催化α碳原子與β碳原子間的斷裂、β碳原子上的氧化，相繼切下二碳單位而降解的方式稱為β氧化（是在線粒體中進行的）。

脂肪酸β氧化前必須活化形成脂酰輔酶A，然后才能進一步分解。

在線粒體基質中進行的脂肪酸β-氧化包括氧化、水化、再氧化、硫解4步化學反應。

（1）氧化

進入線粒體的脂酰輔酶A被脂酰輔酶A脫氫酶催化，脫去α、β碳兩個碳原子上的氫，生成FADH2和烯脂酰輔酶A。

2、水化

3、再氧化

（4）硫解

三、脂肪酸的合成代謝 1胞漿合成---全程合成途徑 全程合成途徑是指從二碳單位開始的脂肪酸合成過程。2 酰基轉換

合成過程的中間產物都連接在一個酰基載體蛋白（ACP）分子上，并與其—SH以共價鍵相連。

第三節 磷脂代謝和固醇代謝

二、固醇代謝

1、膽固醇的合成---關鍵酶是羥甲基戊二酰CoA還原酶

第四節 脂質代謝在工業上的應用

一、脂質代謝在食品工業中的應用

1、脂酶水解食品中的脂肪----影響食品的風味

脂酶作用于食品材料中的油脂，產生游離脂肪酸，后者很容易進一步氧化而產生一系列短碳鏈的脂肪酸、脂肪醛等，從而影響食品的風味。

2、脂酶催化的酯交換—生產新產品的一種手段

脂酶作用于油和脂肪時，同時發生甘油酯的水解和再合成反應，于是酰基在甘油酯分子間移動和發生酯交換反應。

酯交換反應從廉價的原料生產有價值的可可奶油。第十章 重點

1、解釋β-脂肪酸氧化

2、脂肪被吸收的形態有哪三種？分別解釋之。

第五篇：生化教案第九章 糖代謝

第九章

糖代謝 第一節 概述

一、多糖及寡糖的降解

1、胞外降解---核苷酶的水解方式

? α-淀粉酶 水解淀粉的α（1，4）糖苷鍵，產物為麥芽糖、麥芽三糖和α糊精酶或消化酶

? β淀粉酶 水解淀粉的α（1，4）糖苷鍵，從水解淀粉的非還原性末端殘基開始，依次切下兩個葡萄糖單位，產物為麥芽糖，作用于支鏈淀粉。

? γ淀粉酶水解淀粉的α（1，4）糖苷鍵和α（1，6）糖苷鍵,終產物均為葡萄糖。? R酶能特異性作用于淀粉的α（1，6）糖苷鍵，將支鏈淀粉的分支切下 ? 纖維素酶水解纖維素的β（1，4）糖苷鍵，產物為纖維二糖和葡萄糖。

2、胞內降解---糖原的磷酸解

? 磷酸解：糖原在細胞內的降解稱為磷酸解，即加磷酸分解。? 細胞內糖原降解需要脫支酶和糖原磷酸化酶的催化。? 脫支酶水解糖原的α（1，6）糖苷鍵，切下糖原分支

? 糖原磷酸化催化的反應不需水而需要磷酸參與磷酸解作用，從糖原的非還原末端依次切下葡萄糖殘基，產物為1-磷酸葡萄糖和少一個葡萄糖殘基的糖原。?

二、糖的吸收與轉運

?

1、糖的吸收---單糖同Na離子的同向協同運輸

? 葡萄糖跨膜運輸所需要的能量來自細胞兩側Na離子濃度梯度，小腸上皮細胞能吸收葡萄糖等單糖。

2、糖的轉運---血糖的來源與去路

? 血糖：血液中的糖稱為血糖 ? 4.4—6.7mmol/L為正常范圍、高于8.8mmol/L為高血糖、低于3.8mmol/L為低血糖。? 正常機體可通過肝糖原或肌糖原的合成或降解來維持血糖恒定。?

三、糖的中間代謝概念

?

1、中間代謝---糖在細胞內的分解與合成

? 從小腸吸收的甘露糖、果糖、半乳糖、葡萄糖可在各種酶的催化下，轉化成6-磷酸葡萄糖。

2、糖的分解代謝類型----需氧分解占主導地位（1）不需氧分解

? 分解不完全，產生能量少于糖的有氧分解；

? 糖類物質在細胞內進行無氧呼吸生成乳酸的過程稱為酵解。? 糖經酵母菌無氧呼吸作用產生乙醇的過程稱為發酵。（2）需氧分解

將糖在有氧存在下徹底分解成CO2和H2O，同時釋放出能量的過程稱為有氧氧化或有氧呼吸。

糖的有氧氧化與無氧氧化的區別：有氧氧化是以氧作為最終受氫體；糖的無氧分解，是以中間產物丙酮酸為受氫體，在發酵過程中以乙醛為受氫體。有氧呼吸在糖的分解過程中占主導地位，產生能量較多。

第二節 糖的分解代謝

一、糖酵解（EMP）---糖的無氧分解

發酵與酵解起始物質都是葡萄糖，從葡萄糖到丙酮酸的生成，二者相同。發酵和酵解都在細胞漿中進行。

1、糖的裂解---糖酵解的第一階段是耗能的

2、醛氧化成酸---糖酵解的第二階段是產能的

3、丙酮酸的去向---有氧和無氧條件下轉變成不同產物（1）丙酮酸轉變為乙醇

第一步：丙酮酸脫羧酶催化下，脫去羧基并產生乙醛。

第二步：在醇脫氫酶催化下，由NADH+H提供氫，使乙醛還原為乙醇。（2）丙酮酸轉變為乳酸（無氧條件下）（3）丙酮酸轉變為乙酰輔酶A

在有氧存在的條件下，丙酮酸轉變為乙酰輔酶A，再進入三羧酸循環，被徹底氧化成CO2、H2O并釋放出能量。二、三羧酸循環（TCA）---糖的需氧分解

3、生理意義-----糖的無氧分解和需氧分解的能量轉換效率（1）為機體提供能量

經計算，葡萄糖的產能效率是40%，比發酵高12%，比酵解高9%，所以，糖的有氧氧化時生物機體獲取能量的主要途徑。

（2）糖的需氧代謝是物質代謝的總樞紐 在糖、脂肪、蛋白質代謝中的作用如下圖（3）草酰乙酸在TCA循環中的作用

草酰乙酸的濃度影響TCA循環的速度，必需保持一定的濃度，草酰乙酸可由下列3種途徑生成。

三、磷酸己糖途徑（HMS）---糖需氧分解的代謝旁路

2、生理意義---產生的NADPH為重要的還原力 HMS和ＥＭＰ都存在于細胞漿中。從圖９－８可見：

每１分子６－磷酸葡萄糖進入ＨＭＳ循環一次，可產生３分子ＣＯ２，6分子NADPH和1分子3-P-甘油醛。2分子3-P-甘油醛經過EMP逆行，又可合成1分子6-P酸葡萄糖，因此，1分子6-磷酸葡萄糖經HMS完全氧化，需循環2次，可產生12分子NADPH。此外，NADPH也可通過穿梭作用進入呼吸鏈進行氧化磷酸化產生ATP，若以每分子NADPH產生3分子ATP計算，每分子6-磷酸葡萄糖經HMS可產生36分子ATP。

第三節 糖的合成代謝

一、光合作用

1、概念---光合作用是合成糖的主要途徑

2、能量轉換---光合作用分兩個階段進行

光反應：利用光能合成ATP，還原NADP，并釋放氧氣。

暗反應：利用光反應產生的NADP和ATP，通過1，5-二磷酸核酮糖固定CO2，生成3-磷酸甘油酸，然后在多種酶作用下生成3-磷酸甘油醛，最后通過3-磷酸甘油醛轉變成葡萄糖。

二、糖原合成

人和動物體內合成糖原的過程包括糖原生成作用和糖異生作用

1、糖原生成作用---由葡萄糖合成糖原

2、糖異生作用---由非糖物質合成糖原

在EMP中，由激酶催化的反應是不可逆的，需其他酶的參與丙酮酸羧化支路

在EMP中，由磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸是不可逆的，所以，在糖異生過程中，丙酮酸先轉化為草酰乙酸后，再轉化成磷酸烯醇式丙酮酸。如圖 糖異生作用的3種主要原料是乳酸、甘油和某些氨基酸。乳酸在乳酸脫氫酶催化下生成丙酮酸，經EMP逆行合成糖 氨基酸通過多種方式轉變成EMP的中間產物，再生成糖。糖氧化與糖異生作用的關系如圖9-11

第九章 糖代謝

重點

1、敘述磷酸己糖途徑（HMS）的生理意義

2、糖的需氧代謝是物質代謝的總樞紐？ 3、1分子葡萄糖徹底氧化分解后產生的ATP數目是多少？ATP產生的部位是