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体育教案－人体运动时的能量供应
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体育教案－人体运动时的能量供应人体运动时的能量供应
（吉林体育学院& 长春& 130022）
摘& 要 本文对人体运动时的供能物质.供能系统及其特点进行了分析。为体育教师.教练员和运动员的科学训练提供了依据。
关键词 运动 能量 供应
前& 言 人体生命活动的运行需要消耗能量。在人们参加剧烈体育运动时，肌肉长时间地收缩和舒张，脏器的活动增强，以及神经系统能量消耗增加，将使运动时总的能量消耗比静息时增加几倍到几十倍，甚至百倍以上。从另一方面讲，长期科学训练将使人体运动时的能量供应与消耗得到改善，从而为提高人体运动能力奠定物质基础。因此，了解与研究人体运动时的能量供应是体育教师.教练员以及运动员必备的知识。
一 肌肉活动的能量及其能量的释放
人体运动需要大量能量。这些能量的来源是自食物中的六大营养素中的三大营养物质，即糖、脂肪和蛋白质。
（一）&& 糖及其分子中能量的释放与转移
糖是肌肉活动最主要的燃料。人体糖的存在形式有两种：第一种是以葡萄糖的形式存在于血液中；第二种是存在于肝脏和肌肉中的糖原（肝糖原和肌糖原）。人体运动所需的能量主要是由糖（或脂肪）的氧化分解过程释放出来的。糖的氧化分解主要有两个途径：（1）在无氧条件下进行的糖酵解；（2）在有氧条件下进行的有氧氧化。在一般条件下，糖主要以有氧氧化的途径分解供能。
糖的代谢方式
无氧糖酵解
有无O2参与反应
进& 行& 部& 位
线& 粒& 体
细& 胞& 液
最& 终& 产& 物
CO2&&& H2O
ATP& 生& 成& 量
&&&&&&&&&&&&& 表1：有氧氧化同无氧糖酵解的对比
&(二)& 脂肪及其燃烧（氧化）
脂肪是肌肉活动的另一主要原料。机体内储备的脂肪量是势能的最大来源。与其他营养物质比较，可作为能量的脂肪数几乎是无限的。来自储藏脂肪的实际燃料贮存量大约相当于9千卡左右。成年人体内贮存脂肪量的差别很大，且缺乏精确的正常值。一般成年男子的贮存脂肪量约占体重的15～20%，女子稍高。
脂肪氧化时,.体内首先由脂肪酶催化水解为甘油和脂肪酸。甘油随着血液循环至肝脏和其他组织进行再分解。而释出的脂肪酸进一步氧化释放能量，共全身各组织摄取利用。脂肪酸彻底氧化所释放的能量比糖多得多，且利用率也比糖高。
当脂肪酸大量分解时，会产生三种中间物质：乙酰乙酸、B- 羟丁酸和丙酮。我们将这三种中间产物合称为酮体。短时间剧烈运动后，血液中的酮体上升。这是由于运动时的糖供能不足，脂肪酸利用量增加而又氧化不足的缘故。运动员在运动后血液中酮体上升较无训练者少，这说明运动员能较多的利用脂肪酸供能，而且氧化比较完善。但运动结速后的恢复期中，无训练者在肝脏和肌肉中的酮体反而比有训练者高，这说明
运动能改善脂肪的代谢和调节
（三）蛋白质及其代谢
&&&& 蛋白质是体现生命活动的物质之一（另一物质是核酸）。其作为能源是非常有限的，仅当热量供应不足时才适当地动用以作为一种不得已的补充。当人体运动时有15%～20%的蛋白质可提供能量，共产生能量大约3千卡。
&&&& 运动训练可以影响机体的氮平衡。有人曾做这样的实验，受试者在参加训练前日机体处于正氮平衡状态，参加训练第一天就处于负氮平衡，第3～4天负氮平衡达到最高峰，以后逐渐减少，直至参加第11～12天的训练又接近于平衡。实验结果表明：机体对运动负荷不适应，体内蛋白质分解代谢加剧，蛋白质的需要量也增加，一直到对运动训练逐渐产生适应。耐力训练后肌肉氧化氨基酸酶类的活性升高，这是蛋白质代谢的酶类对训练所产生的适应性变化。
二 运动时的供能系统及其供能特点
人体运动时的供能系统，依其运动强度和运动持续时间的不同可分为ATP―CP（磷酸原）系统、无氧糖酵解（乳酸）系统和有氧氧化系统。
(一) ATP―CP（磷酸原）系统及其供能特点
&&& ATP―CP（磷酸原）系统又称非乳酸能系统。它是由肌肉内的ATP和CP这两种高能磷化物构成，ATP与CP同样都是通过分子内高能磷酸键裂解时释放能量，以实现快速供能。因此，在运动时供能系统中将CP一起称为磷酸原系统。
磷酸原系统供能不在其数量的多少，而在与其能量的快速可动用性。在三个供能系统中，其能量输出功率最高。凡是短时间极量运动（如：短跑、举重、冲刺、投掷等）时所需的能量几乎全部由ATP―CP系统供给。任何强度的运动，开始首先供能的都是ATP―CP系统，其特点是：①分解供能速度快，重新合成ATP速度最快。②不需要氧。③不产生乳酸。④ATP―CP供能系统最大输出功率为50W /Kg体重，是三个供能系统中输出功率最高者。⑤维持供能的时间短。例如一名70kg的人参加运动的肌肉以20kg计算，ATP―CP供能系统储备的能量，可供轻快走步运动的时间约为1分钟；或可维持最大强度运动时间约为6―8秒左右。30―60公尺疾速跑全靠ATP―CP供能系统保证；60―100公尺跑主要靠ATP―CP系统供能；200―400公尺跑大部分由ATP-CP系统供能（也靠乳酸系统提供部分能量）。可见，ATP―CP系统在短时间最大强度运动的供能体系中起着重要作用。
（二）&& 糖酵解系统及其供能特点
当人体剧烈运动时，骨骼肌能量消耗不仅量大且速度快，有氧供能不足。而ATP-CP大量消耗时，糖的无氧酵解便开始参与供能。当氧供应不足的程度为氧化供能需要量的2倍以及肌肉中ATP-CP被消耗的量约为原储备量50%左右时，为了迅速再合成ATP以保证持续运动的能力，骨骼肌中的糖原便大量无氧分解，乳酸开始生成。糖无氧酵解系统是400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳的主要供能系统。
糖无氧酵解系统供能的特点：①糖原酵解供能速度快，比有氧氧化供能来得及时，故称其为应急能源。②糖原酵解供能不需要氧，是脂肪酸、甘油、氨基酸等供能物质所不及的。③糖无氧酵解系统供能的最大输出功率为25W/kg体重，约为磷酸原系统的1/2。因此，利用以糖无氧酵解系统供能为主的运动，表现的速度与力量都不如磷酸原系统，但维持供能时间比较长。④糖酵解产生的能量有限，但可积少成多。⑤糖酵解的代谢产物为乳酸。乳酸在肌细胞中的大量增多，不仅对ATP的合成起抑制作用，且引起肌细胞代谢性酸中毒，工作能力降低，易发生疲劳。
（三）&& 有氧氧化系统及其供能特点
虽然在糖酵解作用中，能迅速释放能量并且不需要氧，可是在这种情况下再合成ATP的量是相当少的。糖、脂肪和蛋白质在氧供应充足的条件下，氧化为二氧化碳和水，同时释放大量能量，使ADP再合成ATP。这种有氧氧化供能过程，称为有氧氧化系统。
有氧氧化系统供能的特点：（1）体内95%的ATP均来自线粒体内的氧化磷酸化作用，是ATP生成的主要途径，是人体能量消耗的主要供能系统。（2）糖的有氧氧化释放的能量比糖酵解生成的ATP数量大19倍，因此比糖酵解产生的能量多，且比脂肪消耗的能量少，是体内最经济的能量供应系统。（3） 有氧供能系统的能量物质来源广阔、种类多、储备量大，是取之不尽的能量来源。（4）有氧氧化过程复杂、供能速度慢，脂肪的氧化供能因耗氧量大，受氧利用率的影响，只有在运动强度低.氧供应充足的条件下才能被大量利用。所以有氧供能系统是耐力运动项目的主要供能来源。（5）糖和脂肪的有氧氧化时，最大输出功率比其他两个系统均低。
ATP－CP系统
糖无氧酵解系统
有氧氧化系统
化学能源：CP
ATP生成很少肌中少量少
用于短跑或任何高功率、短时间的活动
食物能源：糖原
有限的ATP生成
副产品乳酸可导致肌肉疲劳
用于1～3min的活动
食物能源糖、脂肪、蛋白质
ATP生成很多
没有导致疲劳的副产品
勇于耐力或长时间的活动
&&&&&&&&&&&&&&&&&& 表2：三种能量供应系统的供能特点的对比@
能量容量（每千克\体重）
能量产生速度
（功\体重）
能量持续时间
ATP－CP非乳酸能
乳酸能（糖原-乳酸）
100\13=7.7S
糖原－CO2+H2O
氧充分时100000卡\K
3.6卡\K\秒
1.5～2小时
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 表3：人体肌肉供给能量的能力（男青年）&&&& 玛格里亚（1968）
三 不同项目中的供能系统
ATP－CP供能
无氧糖酵解供能
10”～15”
22”～35”
1’～1’30”
10’～16’
15’～25’
30’～50’
135’～180
表4田径项目有氧供能系统与无氧供能系统供能百分比（%）
如上表所示，有些项目主要由ATP－CP系统供能(如：100m)；有些项目几乎全部由有氧氧化系统供能（如：马拉松）；有些项目主要依靠糖酵解系统生成ATP供能（如：400m和800m）；有的则需要无氧代谢与有氧代谢混合供能（如：1500m）。这说明运动项目的能量供应之间是紧密相连的，形成一个连续统一体，称为“能量连续统一体”
人体运动时的能量供应主要是以三大营养物质为基础，在不同的运动项目中由肌体的三大能源系统相互协调而完成的。教练员和运动员如在实际训练中已此为指导，采取有针对性的训练手段，将大大提高运动员的成绩。
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　　（1）主动运输　自由扩散
　　（2）甲→乙
　　（3）肝脏　减少能量的浪费　稳定内环境的pH
　　（4）肌肉疲劳前的收缩不一定需氧，疲劳后恢复收缩必须有氧
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科目：高中生物
来源：2012年苏教版高中生物必修1 4.1ATP和酶练习卷（解析版）（解析版）
题型：综合题
如下图为三磷酸腺苷的一种表示方法，请据图回答下列问题。
(1)三磷酸腺苷又叫________，图中的“～”表示的是__________________。
(2)三个ATP含有________个高能磷酸键；如果一个ATP脱去两个磷酸基，形成AMP，AMP是________的基本组成单位之一。
(3)植物合成ATP的途径有________。动物肌肉收缩的能量来源是________________。
科目：高中生物
来源：2014届广东省高一上学期期中考试生物试卷
题型：综合题
分子马达是将ATP（一种高能磷酸化合物）水解释放出来的化学能转化为机械能的
一类蛋白质。天然的分子马达，如：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物体内参与了胞质运输、DNA转录、细胞分裂、肌肉收缩等一系列重要生命活动。
（1）根据上述材料可知，下列属于分子马达的是 &&&&&&&&&&&&。
&&&& A. DNA解旋酶&&&&&&&&
B．核苷酸&&&&&&&&
C．葡萄糖&&&&&&&&
D．水
（2）合成分子马达所需的原料是&&&&&&&&
，原料间结合的方式叫&&&&&&&&&&&&
。
（3）上述材料表明，分子马达是通过&&&&&&&&&&&&&
、&&&&&&&&&&&&&&
等功能而参与生物体的一系列生命活动。
（4）已知一种分子马达由m条肽链，n个基本单位组成，下图是这种分子马达部分结构示意图，请据图回答：
①上图中表示R基的有&&&&&&&&&&&&&&&
&（填序号）
②该分子马达中至少含有&&&&&&&&&& &个氧原子
③设该分子马达的基本组成单位的平均相对分子质量为b,则该分子马达的分子质量为&&&&&&&&& 。
科目：高中生物
来源：2010年吉林省高三上学期第一次模拟（理综）生物部分
题型：综合题
（6分）材料一　日，三鹿公司承认三鹿奶粉受三聚氰胺污染，并发布召回三鹿问题奶粉的声明。三聚氰胺，分子式为C3H6N6，是一种重要的氮杂环有机化工原料，低毒。动物长期摄入三聚氰胺会对生殖、泌尿系统造成损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。
材料二　食品工业中常常需要检测蛋白质的含量，但是直接测量蛋白质的含量在技术上比较复杂，成本较高，不适合大范围推广，所以业界常常使用一种叫做“凯氏定氮法”的方法，即通过测定食品中氮原子的含量来间接推算蛋白质的含量。
根据上述材料，回答下列问题：
（1）&&&& 从化学组成上看，三聚氰胺与蛋白质含有的共同元素有&&&&&
&&&&，后者的基本组成单位的结构通式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
。
（2）&&&& 材料二中所述的检测办法有个弱点，即只要在食品、饲料中添加一些含___________量高的化学物质，就可在检测中造成蛋白质含量达标的假象，这正是一些不法商家在食品、饲料中添加三聚氰胺的目的。
（3）&&&& 人和动物能把NH3的毒性解除掉（转化为其他物质），而不能把三聚氰胺分解掉或转化为无毒的物质，是由于人和动物体内________________________________。
（4）&&&& 在实验室中可以用&&&&&&&&&&&&&
试剂来定性检测待测物中有无蛋白质存在。
（5）&&&& 婴幼儿身体的肌肉主要由蛋白质构成，但平滑肌、心肌和骨骼肌的功能特性各不相同，这是因为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
。
A．肌细胞形状不同&&&&&&&&&&&&&&
B．在人体细胞内的合成部位不同
C．支配的神经不同&&&&&&&&&&&&&&
D．构成各种肌肉的蛋白质结构不同
科目：高中生物
3.(10分)材料一：继2008年三鹿奶粉受三聚氰胺污染之后，2010年8月又在某国产奶粉及其他奶制品中发现三聚氰胺。三聚氰胺，分子式为C3H6N6，是一种重要的氮杂环有机化工原料，低毒。动物长期摄入三聚氰胺会对生殖、泌尿系统造成损害，形成膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。
材料二：食品工业中常常需要检测蛋白质的含量，但是直接测量蛋白质的含量在技术上比较复杂，成本较高，不适合大范围推广，所以业界常常使用一种叫做“凯氏定氮法”的方法，即通过测定食品中氮原子的含量来间接推算蛋白质的含量。
根据上述材料，回答下列问题：
(1)从化学组成上看，三聚氰胺与蛋白质含有的共同元素有________________，后者的基本组成单位是________________，结构通式为________________。
(2)材料二中所述的检测办法有个弱点，即只要在食品、饲料中添加一些含________________量高的化学物质，就可在检测中造成蛋白质含量达标的假象，这正是一些不法商家在食品、饮料中添加三聚氰胺的目的。
(3)婴幼儿身体的肌肉主要由蛋白质构成，但平滑肌、心肌和骨骼肌的功能特性各不相同，这是因为________________。
A．肌细胞形状不同&&&&
B．在人体细胞内的合成部位不同
C．支配的神经不同&&&&
D．构成各种肌肉的蛋白质结构不同相关知识点：
下图表示人体在不同距离的跑步过程中，有氧呼吸和无氧呼吸供能的百分比（假设能量全部来自糖类的分解）。相关说法正确的是A．跑步距离越长，无氧呼吸供能所占比例越大B．400米跑时，所需能量主要由细胞质基质提供C．1500米跑时，两种呼吸方式消耗的葡萄糖的量相等D．马拉松赛时，腿部肌细胞的细胞质基质中可产生 [细胞质基质、无氧呼吸、葡萄糖、乳酸、肌细胞、细胞呼吸、糖类]
下图表示人体在不同距离的跑步过程中，有氧呼吸和无氧呼吸供能的百分比（假设能量全部来自糖类的分解）。相关说法正确的是 A．跑步距离越长，无氧呼吸供能所占比例越大 B．400米跑时，所需能量主要由细胞质基质提供 C．1500米跑时，两种呼吸方式消耗的葡萄糖的量相等 D．马拉松赛时，腿部肌细胞的细胞质基质中可产生乳酸和CO2
答案:B【解析】试题分析：根据图形可知跑步距离越长，有氧呼吸供能所占比例越大，A错；400米跑时，无氧呼吸占的比例是75%，所需能量主要由细胞质基质提供，B正确；1500米跑时，两种呼吸方式所占比例虽然相等，但是消耗的葡萄糖的量不相等，C错；马拉松赛时，腿部肌细胞的细胞质基质中可产生乳酸，没有CO2D错。考点：本题考查细胞呼吸的相关知识，意在考查考生理解所学知识的要点，把握知识运用的能力。
相关知识点：
[下图表示人体在不同距离的跑步过程中，有氧呼吸和无氧呼吸供能的百分比（假设能量全部来自糖类的分解）。相关说法正确的是A．跑步距离越长，无氧呼吸供能所占比例越大B．400米跑时，所需能量主要由细胞质基质提供C．1500米跑时，两种呼吸方式消耗的葡萄糖的量相等D．马拉松赛时，腿部肌细胞的细胞质基质中可产生 [细胞质基质、无氧呼吸、葡萄糖、乳酸、肌细胞、细胞呼吸、糖类]]相关内容：
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我的理解：葡萄糖的分解、蛋白质的水解都属于大分子有机物分解为小分子有机物或无机物的过程，在这一过程中要释放能量。蛋白质在体外或消化道的分解不消耗。大家请发表见解，谢谢！另外，大家再思考：乳酸的氧化分解能不能产生ATP？我的答案可以。大家也讨论一下我从百度里查到了一些资料，大家享受：最初的一些研究发现，蛋白质的降解不需要能量，这如同一幢大楼自然倒塌一样，并不需要炸药来爆破。科学家发现，同样的蛋白质在细胞外降解不需要能量，而在细胞内降解却需要能量。这成为困惑科学家很长时间的一个谜。70年代未80年代初，2004年诺贝尔化学奖得主阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和欧文·罗斯进行了一系列研究，终于揭开了这一谜底。原来，体内存在着两类蛋白质降解过程，一种是不需要能量的，比如发生在消化道中的降解，这一过程只需要蛋白质降解酶参与；另一种则需要能量，它是一种高效率、指向性很强的降解过程。这如同拆楼一样，如果大楼自然倒塌，并不需要能量，但如果要定时、定点、定向地拆除一幢大楼，则需要炸药进行爆破。这三位科学家发现，一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中扮演着重要角色。这种多肽由76个氨基酸组成，它最初是从小牛的胰脏中分离出来的。它就像标签一样，被贴上标签的蛋白质就会被运送到细胞内的“垃圾处理厂”，在那里被降解。这三位科学家进一步发现了这种蛋白质降解过程的机理。原来细胞中存在着E1、E2和E3三种酶，它们各有分工。E1负责激活泛素分子。泛素分子被激活后就被运送到E2上，E2负责把泛素分子绑在需要降解的蛋白质上。但E2并不认识指定的蛋白质，这就需要E3帮助。E3具有辨认指定蛋白质的功能。当E2携带着泛素分子在E3的指引下接近指定蛋白质时，E2就把泛素分子绑在指定蛋白质上。这一过程不断重复，指定蛋白质上就被绑了一批泛素分子。被绑的泛素分子达到一定数量后，指定蛋白质就被运送到细胞内的一种称为蛋白酶体的结构中。这种结构实际上是一种“垃圾处理厂”，它根据绑在指定蛋白质上的泛素分子这种标签决定接受并降解这种蛋白质。蛋白酶体是一个桶状结构，通常一个人体细胞中含有3万个蛋白酶体，经过它的处理，蛋白质就被切成由7至9个氨基酸组成的短链。这一过程如此复杂，自然需要消耗能量。后来很多科学家的大量研究证实，这种泛素调节的蛋白质降解过程在体中的作用非常重要。它如同一位重要的质量监督员，细胞中合成的蛋白质质量有高有低，通过它的严格把关，通常有30％新合成的蛋白质没有通过质检，而被销毁。但如果它把关不严，就会使一些不合格的蛋白质蒙混过关；如果把关过严，又会使合格的蛋白质供不应求。这都容易使生物体出现一系列问题。比如，一种称为“基因卫士”的P53蛋白质可以抑制细胞发生癌变，但如果对P53蛋白质的生产把关不严，就会导致人体抑制细胞癌变的能力下降，诱发癌症。事实上，在一半以上种类的人类癌细胞中，这种蛋白质都产生了变异。泛素调节的蛋白质降解在生物体中如此重要，因而对它的开创性研究也就具有了特殊意义。目前，在世界各地的很多实验室中，科学家不断发现和研究与这一降解过程相关的细胞新功能。这些研究对进一步揭示生物的奥秘，以及探索一些疾病的发生机理和治疗手段具有重要意义。三名科学家在研究细胞控制蛋白质运动方面做出了卓越的成就，他们的研究在修复和控制、治疗人类疾病方面具有重要意义。他们的主要工作——发现泛素调节的蛋白质降解，是在20世纪70年代到80年代间完成的。早在1942年，科学家们就已发现了蛋白质分子的降解现象，其中赫什科也属于早期探索者之一，但这个阶段他们一直把研究方向瞄准三磷酸腺苷(ATP)的作用。20世纪70年代至80年代间，切哈诺沃与赫什科曾在罗斯主持的福克斯·蔡斯癌症研究中心做访问学者。在这期间，他们联名发表了一系列论文，揭示了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向。三位科学家在日一期美国《全国科学院学报》上连续发表的两篇文章，被诺贝尔化学奖评选委员会称为“突破性成果”，并奠定了他们获得诺贝尔奖的基础。今年78岁高龄的美国科学家伊尔温-罗斯于1926年出生于纽约。1952年被美国芝加哥大学授予博士学位，现在是美国加州大学医学院生理学和生物物理学系资深专家。他曾经主持位于美国费城的福克斯·蔡斯癌症研究中心的工作，目前他在加利福尼亚大学欧文分校担任专家职务。参考资料：/bbs/dispbbs.asp?boardid=3&id=2706回复:1、乳酸的氧化分解能不能产生ATP？答：能。2、细胞中蛋白质水解需要能量吗？答：酶可以降低反应的活化能，细胞内蛋白质的水解都是有酶催化的，所以不需要能量。但没有酶催化的蛋白质降解，肯定是需要能量的。回复:lijinan1956:1、乳酸的氧化分解能不能产生ATP？答：能。2、细胞中蛋白质水解需要能量吗？答：酶可以降低反应的活化能，细胞内蛋白质的水解都是有酶催化的，所以不需要能量。但没有酶催化的蛋白质降解，肯定是需要能量的。回复:体内蛋白质的水解有的需要能量，有的不需要能量。好象与肽素有关，具体不太清楚了。有时间查一下资料。回复:我认为蛋白质水解是否需要能量应该是不同条件下不同。　　打比仿来说，顺水行船。单从让船向既定方向移动的角度看不需要能量，但这只能是按相等于水流速度来行驶。无论是想要以比水流快还是慢的速度来行驶，都要给船施加能量才行。回复:另外，我们还可以从另一角度来理解“蛋白质水解需要能量”。我们说一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸能释放能量合成两分子ATP，但如果分析其实际过程，这是一个释放能量合成4分子ATP的过程。这个过程需要不断由ATP提供能量。
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