《運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)》第四章 蛋白質(zhì)代謝與運(yùn)動(dòng)

第四章

蛋白質(zhì)代謝與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握蛋白質(zhì)的概念、分子組成和基本代謝過程，以及運(yùn)動(dòng)時(shí)蛋白質(zhì)氨基酸代謝變化的一般規(guī)律；理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系；了解運(yùn)動(dòng)與蛋白質(zhì)代謝和氨基酸代謝的適應(yīng)；學(xué)會(huì)運(yùn)用本章所學(xué)知識(shí)分析運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中有關(guān)運(yùn)動(dòng)因素與蛋白質(zhì)代謝變化的關(guān)系。第一節(jié)蛋白質(zhì)概述一.蛋白質(zhì)的概念與功能（一）蛋白質(zhì)的概念蛋白質(zhì)是指(protein)一般用來指含氮的一類有機(jī)化合物，其中氨基酸是最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。FrederickSanger，1958年和1980年兩度獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Sanger的主要功績(jī)是對(duì)于蛋白質(zhì)和核酸的研究。（二）蛋白質(zhì)的分類（三）蛋白質(zhì)的功能1.機(jī)體最主要的結(jié)構(gòu)成分2.承擔(dān)多種重要的生理功能3.機(jī)體能源物質(zhì)之一吳憲1893-1959福建人，生物化學(xué)家和營(yíng)養(yǎng)學(xué)家。1924年提出蛋白質(zhì)的變性理論。這一理論被許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。二.蛋白質(zhì)的分子組成（一）蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸1.氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸是指含有氨基的羧酸。目前人們已經(jīng)在自然界中發(fā)現(xiàn)的氨基酸大約有180種。但是參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸只有20種，并且都是α-氨基酸。氨基酸通式示意圖2.氨基酸的分類氨基酸的差別主要源于“R”側(cè)鏈基團(tuán)的不同。在參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中，“R”側(cè)鏈基團(tuán)可以是很簡(jiǎn)單的“H”,也可以是比較復(fù)雜的“-CH2-CH2-S-CH3”等。不帶電荷的極性R側(cè)鏈基團(tuán)：甘氨酸，絲氨酸，蘇氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺和酪氨酸。帶正電荷的R側(cè)鏈基團(tuán)：賴氨酸，精氨酸和組氨酸非極性R側(cè)鏈基團(tuán)：丙氨酸，纈氨酸，亮氨酸，異亮氨酸，脯氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸和色氨酸帶負(fù)電荷的R側(cè)鏈基團(tuán)：天冬氨酸和谷氨酸目前，最常見的氨基酸分類方式是根據(jù)“R”側(cè)鏈基團(tuán)在pH=7的條件下顯示出的極性，把氨基酸分成了4種類型（如圖）。即非極性R測(cè)鏈基團(tuán)、不帶電荷的極性R測(cè)鏈基團(tuán)、帶負(fù)電荷的R測(cè)鏈基團(tuán)和帶正電荷的R測(cè)鏈基團(tuán)。

對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有特殊功效的氨基酸

氨基酸產(chǎn)物功能色氨酸5-羥色胺/褪黑素情緒、疼痛、食物攝入、警覺絡(luò)氨酸/苯丙氨酸多巴胺/去甲腎上腺素/腎上腺素運(yùn)動(dòng)控制、情緒、警覺、注意力、焦慮組氨酸組胺食物攝入、警覺、體溫調(diào)節(jié)精氨酸一氧化氮警覺、焦慮、記憶蘇氨酸甘氨酸運(yùn)動(dòng)控制3．必需氨基酸必需氨基酸（essentialaminoacid）是指機(jī)體無法自身合成或合成的數(shù)量不足以滿足機(jī)體需求，必須通過食物途徑獲得的一類氨基酸。8種必需氨基酸:賴氨酸、纈氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和蘇氨酸。組氨酸----半必需氨基酸。

（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一個(gè)α-氨基酸的氨基與另外一個(gè)α-氨基酸的羧基通過脫水縮合形成的化合物稱之為肽，連接著兩個(gè)氨基酸的化學(xué)鍵為肽鍵。HermannEmilFische（1852-1919）德國化學(xué)家，1902年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，貢獻(xiàn)之一是提出蛋白質(zhì)的肽鍵理論。

一級(jí)結(jié)構(gòu)指的是多肽鏈共價(jià)主鏈的氨基酸順序。二級(jí)結(jié)構(gòu)指的是多肽鏈借助氫鍵排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象，如纖維狀蛋白質(zhì)中的α—螺旋和β—折疊片。三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助各種次級(jí)鍵(非共價(jià)鍵)盤繞成具有特定肽鏈走向的緊密球狀構(gòu)象。三級(jí)結(jié)構(gòu)中，除了屬于二級(jí)結(jié)構(gòu)的α—螺旋和β—折疊片等有規(guī)則的構(gòu)象之外，還有無規(guī)則的松散肽段。四級(jí)結(jié)構(gòu)是指寡聚蛋白質(zhì)中各亞基之間在空間上的相互關(guān)系或結(jié)合方式。第二節(jié)蛋白質(zhì)和氨基酸的代謝過程一.蛋白質(zhì)的分解代謝正常情況下，機(jī)體蛋白質(zhì)處于動(dòng)態(tài)平衡，組織蛋白質(zhì)不斷分解與合成。食物攝取中的蛋白質(zhì)：在腸道中經(jīng)過消化酶水解為氨基酸吸收進(jìn)入體內(nèi)。組織中的蛋白質(zhì)：主要在溶酶體中降解，無蛋白質(zhì)選擇性。其酶的最適pH為5，泄漏到細(xì)胞質(zhì)中時(shí)無活性。泛素連接蛋白質(zhì)后攜帶降解標(biāo)記，根據(jù)N末端規(guī)則，降解半衰期從2-3分鐘至10小時(shí)以上。蛋白質(zhì)分解代謝的一般過程：蛋白質(zhì)

氨基酸 …… 運(yùn)動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)分解代謝的影響：運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度；運(yùn)動(dòng)時(shí)間；運(yùn)動(dòng)中能量代謝的平衡。

二.蛋白質(zhì)的合成代謝蛋白質(zhì)的合成代謝是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。DNA將遺傳信息“轉(zhuǎn)錄”成mRNA，然后,在細(xì)胞的核糖體上進(jìn)行“翻譯”，氨基酸按照一定的先后次序形成蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而進(jìn)一步形成更為復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)加工修飾：N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除；氨基酸修飾；二硫鍵形成；肽段的切除。高級(jí)結(jié)構(gòu)形成：構(gòu)象形成；亞基聚合；輔基連接。蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)：生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的速度，主要在轉(zhuǎn)錄水平上，其次在翻譯過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。它受性別、激素、細(xì)胞周期、生長(zhǎng)發(fā)育、健康狀況和生存環(huán)境等多種因素及參與蛋白質(zhì)合成的眾多的生化物質(zhì)變化的影響。蛋白質(zhì)的合成是蛋白質(zhì)代謝中的重要組成部分，特別是在運(yùn)動(dòng)刺激下，機(jī)體細(xì)胞的生長(zhǎng)和受損細(xì)胞的修復(fù)，肌肉的壯大等都與蛋白質(zhì)的合成有著直接或間接的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)蛋白質(zhì)促進(jìn)合成運(yùn)動(dòng)：間歇性、力量性練習(xí)、等等激素：睪酮、生長(zhǎng)激素、等等營(yíng)養(yǎng)：糖、乳清蛋白、等等信號(hào)通路：AMPK、IGF、mTOR、等等三.氨基酸代謝（一）氨基酸代謝庫

骨骼肌和肝臟是體內(nèi)主要的“氨基酸代謝庫”，而血漿中游離氨基酸的變化值則是觀察骨骼肌與肝臟之間蛋白質(zhì)參與代謝程度的重要“窗口”。通過這個(gè)窗口可以了解、推斷人體在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)體蛋白質(zhì)含量的改變狀況，以及這種改變對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響程度。

（二）氨基酸的分解代謝1.聯(lián)合脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用主要包括2個(gè)步驟：一是轉(zhuǎn)氨基作用（transamination），二是氧化脫氨基作用（deamination）。轉(zhuǎn)氨基的結(jié)果：某一氨基酸與α-酮戊二酸進(jìn)行氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成相應(yīng)的α-酮酸和谷氨酸。氧化脫氨基的結(jié)果：α-酮酸和NH32.嘌呤核苷酸循環(huán)肌肉中的氨基酸通過嘌呤核苷酸循環(huán)脫去氨基。對(duì)于運(yùn)動(dòng)中尤其是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)中蛋白質(zhì)參與供能有重要作用。維持機(jī)體內(nèi)部的ATP/ADP比值處于比較高的水平，滿足ATP利用的需要。3.氨的代謝氨基酸脫氨基后產(chǎn)生的氨是體內(nèi)氨的主要來源。氨是有毒物質(zhì)，人體內(nèi)雖然不斷產(chǎn)生氨，但血氨濃度很低，正常人不超過0.1mg/dl。氨的主要代謝途徑是合成尿素。

肝臟。鳥氨酸循環(huán)。尿素占排氨總量的80%-90%。鳥氨酸循環(huán)4．酮酸的代謝氨基酸通過上述兩種方式脫氨后生成α-酮酸可以進(jìn)一步代謝。主要去路：一是氧化供能。α-酮酸在體內(nèi)可通過不同中間代謝過程進(jìn)入三羧酸循環(huán)。主要途徑。二是經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸，其途徑即為聯(lián)合脫氨基的逆反應(yīng)。三是轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭惣捌浯x物?？赊D(zhuǎn)變?yōu)樘?、酮體。第三節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)蛋白質(zhì)代謝特點(diǎn)一.骨骼肌的氨基酸代謝與運(yùn)動(dòng)（一）骨骼肌的氨基酸代謝庫體內(nèi)80%的游離氨基酸存在于骨骼肌的氨基酸代謝庫中。氨基酸代謝庫的大小決定了氨基酸參與供能程度的大小。肌肉中氨基酸主要是通過脫氨基作用生成的α-酮酸作為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物而發(fā)揮供能作用的。（二）葡萄糖-丙氨酸循環(huán)概念：人體在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌和心肌中糖的分解代謝過程加強(qiáng)，生成大量的中間代謝產(chǎn)物——丙酮酸，丙酮酸的濃度逐漸增高，其中大部分丙酮酸進(jìn)入線粒體后被進(jìn)一步氧化掉，部分丙酮酸被還原成乳酸，還有一部分丙酮酸經(jīng)過谷丙轉(zhuǎn)氨酶的轉(zhuǎn)氨基作用生成丙氨酸。生成的丙氨酸會(huì)隨血液循環(huán)到肝臟，在肝內(nèi)作為糖異生的“原材料”，異生成為葡萄糖后再輸入到血液葡萄糖-丙氨酸循環(huán)的意義:一是丙氨酸在肝臟異生成為糖，有利于維持血糖的穩(wěn)定；二是可以防止在參與運(yùn)動(dòng)的肌肉中丙酮酸濃度過高而導(dǎo)致的乳酸增加；三是可以將肌肉中的NH3以無毒的形式運(yùn)輸?shù)礁闻K以避免血氨濃度過度升高，對(duì)保持健康及維持運(yùn)動(dòng)能力有利。二.個(gè)別氨基酸代謝與運(yùn)動(dòng)（一）谷氨酰胺的代謝與運(yùn)動(dòng)1．谷氨酰胺代謝2．運(yùn)動(dòng)對(duì)谷氨酰胺代謝的影響3．外源性谷氨酰胺的補(bǔ)充對(duì)機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力的影響（二）支鏈氨基酸的代謝與運(yùn)動(dòng)1．支鏈氨基酸代謝2．支鏈氨基酸與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞3．外源性支鏈氨基酸的補(bǔ)充對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響（三）芳香族氨基酸代謝與運(yùn)動(dòng)三、蛋白質(zhì)代謝與運(yùn)動(dòng)適應(yīng)

長(zhǎng)期進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練或體育鍛煉的個(gè)體，其骨骼肌