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运用生物化学原理揭示人体肌肉运动的主要能量来源

[摘要]文章运用了生物化学及运动生物化学原理，论述了人体在运动中，供

能的物质来源糖类和脂类。它们通过生物氧化过程，提供人体运动所需的能量

——三磷酸腺苷(ATP)。

[关键词]运动糖类脂类能量来源

生物化学是用化学的方法和理论研究物质的组成、结构以及化学变化的一门

科学。运动生物化学是体育科学的一门重要基础学科。它是在生物化学和生物学

的基础上发展起来的，运动生物化学是认识运动时生理机能的锐利机器。用生化

原理、手段揭示和阐明人体运动时的生化机制，也是运动生物化学的重要任务之

一。

众所周知，生命在于运动，然而，最明显、最常见的应该是肌肉运动。那么，

肌肉运动收缩时的能量从何而来?一般说来，肌肉活动时的能量直接来源于三磷

酸腺苷——ATP，从ATP裂解成ADP和磷酸同时释放能量，就是肌肉收缩的能

量来源。ATP在肌肉中的储存和连续再合成成为维持肌肉收缩，保证肌肉运动进

行的重要条件。然而，ATP又是怎样产生的呢?能量供应是人体生命的基础，所

以列宁说“把能量理解为物质的运动”。

人的机体内一切能量都是通过一定的物质形态变化而实现的。这些物质主要

是糖类、脂类。

一、糖类

糖类是一大类有机化合物，其化学本质为多羟醛多羟酮及其衍生物或多聚

物。糖类是自然界最丰富的物质之一，广泛分布于几手所有生物体内，其中以植

物中含量最多，约为80%～95%。糖在生命活动中的主要作用是提供能量和碳源。

人体所需能量的50%～70%来自于糖。食物中的糖类主要是淀粉。淀粉被消化成

基本组成单位葡萄糖后，以主动方式被消化入血。在机体的糖代谢中，葡萄糖居

于主要地位，它的多聚体糖原是糖在体内的储存形式，血液运输的也是葡萄糖。

lmol葡萄糖彻底氧化成二氧化碳和水可释放2840KJ的能量。其中约40%转化为

ATP，以供机体生理活动所需的能量。

现在让我们看看葡萄糖产能的基本过程：葡萄糖入血后，在体内首先需进细

胞。这是依赖葡萄糖转运体实现的。现已发现有五种葡萄糖转运体(GLUTl-5)，

它们分别在不同的细胞中起作用。如GLUTl主要在红细胞中起作用，GLUT4主

要在脂肪和肌组织起作用。糖代谢主要是指葡萄糖在体内的一系列化学反应。它

在不同类细胞中的代谢途径有所不同，其分解代谢方式还在很大程度上受氧供状

态的影响。在缺氧时，葡萄糖进入无氧代谢也称糖酵解。基本反应过程：第一阶

段是由葡萄糖分解成丙酮酸；第二阶段丙酮酸转化为乳酸。全部过程产生两个

ATP，这对肌肉收缩更重要。因为，肌肉中的能量ATP含量很低，仅5-7μmol／

L新鲜组织，只要肌肉收缩几秒钟即耗尽。这时，即使氧不缺乏，但因葡萄糖有

氧氧化的反应过程比无氧氧化(糖酵解)长，来不及满足需要，而通过糖酵解则可

迅速得到能量。人在安静时，肌肉的能量消耗率小，ATP分解率低，只需维持正

常的代谢需要。由于人体的最大摄氧量一般为每分钟2～4升，故人在安静时，

ATP来源或合成反应完全来自有氧代谢，当人体进入大强度的肌肉活动时，以及

人体由安静转入活动状态时，或由活动较慢状态转入活动更快的状态时，糖的分

解率显著提高。由于内脏器官的惰性较大，氧气供应不可能立即达到最高的水平，

即使达到最高的供氧水平，由于有氧代谢生成ATP的速率较慢也不可能满足大

强度的活动需要。如优秀的运动员最大摄氧量每分钟可达4～6升，而短跑时每

分钟40升。即使是短跑一开始组织得到的氧气数量就达到4～6升(实际不可能)，

也远远不能满足短跑的需要。在这种情况下，糖酵解产生ATP太重要了。肌肉

有了无氧代谢这一重要能源途径，才能进行各种极限强度的活动。由此可见，糖

无氧代谢的生理意义在于迅速为肌肉提供能量。这一功能是脂肪、蛋白质无法代

替的。

无氧代谢是生物发展史上一条十分古老的代谢途径，在进化道路上经历了漫

长的岁月一直保留到今天，但是，人体肌肉获得能量的主要方式是有氧代谢。有

氧代谢大致分三个阶段。第一阶段：一分子葡萄糖分解成丙酮酸。第二阶段：进

入线粒体，氧化脱羧生成乙酰辅酶A。第三阶段：乙酰辅酶A进入三羧酸循环

及氧化磷酸化。全部阶段共产能量38个ATP。人体安静时，ATP的代谢率低，

磷酸肌酸(CP，它是一种高能化合物，来自于ATP)，乳酸也不堆积，有氧代谢就

可以满足要求，故有氧代谢是人体安静时产生能源的方式。

当人们由静到动，由慢到快时，ATP的代谢率高，动用磷酸肌酸，糖酵解发

生，由于糖酵解和磷酸肌酸的供能有限，只能满足