醣類蛋白質與脂肪的能量代謝
人體所有能量的產生都發生在細胞內，
也就是我們所吃的食物 ( 蛋白質、脂 肪、醣類 ) 經消化後經血液循環進入到 細胞才被製造成能量。
所有的細胞都需要能量。
為了讓我們能從事跑、 跳 、游泳等運動 肌肉細胞必須能持續的從食物中獲得能 量。
新陳代謝
發生在人體內的所有化學反應
– 同化作用
• 分子的合成 ( 包括能量 ATP 的合成 )
– 異化作用
• 分子的分解 ( 包括跑、跳等能量的使用 )
生物能量學
– 將食物 (fats, proteins, carbohydrates) 轉化 成能量
細胞構造
細胞膜
– Protective barrier between interior of cell and extracellular fluid
細胞核
– 包含調節蛋白質合成的基因
細胞質液
– 細胞液體部分
– 包含胞器 ( 粒線體 )
生物能量的轉換
能量以不同的形式存在﹙如電能、機械 能、化學能等等…﹚且所有形式的能量 能夠互相轉換。例如，肌纖維將所攝取 醣類、脂肪，或蛋白質中的化學能轉換 成完成動作的機械能。
酵素
Catalysts that regulate the speed of reactions
– Lower the energy of activation
Factors that regulate enzyme activity
– Temperature – pH
Interact with specific substrates
– Lock and key model
改變酶活性的因素
溫度
ph 值
人體極度酸化是各種劇烈運動的重要限 制因素
運動燃料
碳水化合物
碳水化合物由碳、氫，和氧三種原子所組成
1:2:1
一克的醣約產生 4 卡的能量 碳水化合物以三種形式存在：
﹙1﹚ 單糖， monosaccharides
﹙2﹚ 雙糖， disaccharides
﹙3﹚ 多糖， polysaccharides
肝醣是用來指儲存在動物組織的多糖。
在細胞內將葡萄糖分子聚集而合成。
脂肪
一克的脂肪含有約 9 大卡的熱量
一般而言，脂肪可分為四大類：（ 1 ） 脂肪酸，（ 2 ）三酸甘油酯，（ 3 ）磷 脂，和（ 4 ）類固醇
– Primarily fatty acids
• Stored as triglycerides
蛋白質
– Not a primary energy source during exercise
– 蛋白質由許多稱為胺基酸（ amino acid ） 的小單位所組成。身體內至少需要 20 種不 同型態的胺基酸來形成不同的組織、酵素、
血蛋白等等
九種胺基酸被稱為必須胺基酸，無法被 人體合成，因此必須由食物中攝取
每公克蛋白質約含 4 大卡熱量
高能量磷酸
肌肉收縮的直接能量來源是高能磷酸化 合物 - 腺苷三磷酸（ adenosine
triphosphate, ATP ）
化學能
高能鍵 ~
ATP 可做下列幾項用途
一、肌肉收縮與其他細胞的運動
二、主動運輸
三、訊息傳遞過程
四、生合成反應
Adenosine triphosphate (ATP)
– ATP 的結構主要包含三個部分：（ 1 ）腺甘
（ adenine ），（ 2 ）核糖 (ribose) ，和
（ 3 ）三個磷酸結合
合成
分解
ADP + P
i ATP
ADP + P
i+ Energy
ATP ATPase
生物能量
細胞可藉由三種代謝路徑的其中一種或 綜合來製造 ATP
這三種路徑包含：（ 1 ）藉由分解磷酸 肌酸（ phosphocreatine ， PC ）形成 ATP ，（ 2 ）經由葡萄糖或肝醣分解形 成 ATP ，稱為糖解作用（ glycolysis ）
，（ 3 ）氧化形成 ATP 。
ATP 的形成
– （ 1 ）藉由分解磷酸肌酸
（ phosphocreatine ， PC ）形成 ATP – （ 2 ）經由葡萄糖或肝醣分解形成 ATP
，稱為糖酵解作用（ glycolysis ） – （ 3 ）氧化形成 ATP
無氧路徑
– Do not involve O2
– PC breakdown and glycolysis – Cytoplasm
有氧路徑
– Require O2 – Mitochondria
– Oxidative phosphorylation
Anaerobic ATP Production
ATP-PC system
– Immediate source of ATP
– ATP 與 PC 是兩種能量 – PC 用來合成 ATP
PC + ADP ATP + C
Creatine kinase
Glycolysis
– Energy investment phase
• Requires 2 ATP
– Energy generation phase
• Produces ATP, NADH (carrier molecule), and pyruvate or lactate
肌酸增補能否改善運動表現？
磷酸肌酸（ phosphocreatine, PC ）的耗盡 可能限制短時間、高強度運動（ 100 至
200 衝刺）的運動表現，由於 PC 的耗盡造 成 ATP-PC 系統製造 ATP 的速率下降。
有研究指出連續服用大量肌酸水合物
（ creatine monohydrate ） (20 克 / 天 ) 超
過 5 天，會造成儲存在肌肉中的 PC 增加。
肌酸增補
肌酸增補可使在肌肉內的 肌酸增加 20﹪
延遲疲勞
延遲乳酸的產生
肌酸增補
潛在的負作用
Water vs. muscle weight gain
Muscle cramping
Nausea
Dehydration
Kidney abnormalities
Long term effects are unknown
肌酸增補
推 荐量劑
負荷期
負荷期 20-25 grams for 5-6 days, divided doses
維持期
維持期 2 grams/day
Comments Comments
Take in combination with a high-
carbohydrate food
Not intended for endurance athletes
糖酵解
只能使用 Clucose
作用在 Cytoplasma
產生少量的 ATP (net 2 ATP)
葡萄糖是一 6 碳分子，而丙酮酸或乳酸 為一 3 碳分子。這解釋了為何一分子的 葡萄糖會產生兩分子丙酮酸和乳酸
菸鹼酸 : 水溶性維生素一種輔酶， NAD(
受氫體 )
核黃素 : 水溶性維生素一種輔酶， FAD(
受氫體 )
氧化 - 還原 反應
氧化
– Molecule accepts electrons (along with H+)
還原
– Molecule donates electrons
Nicotinomide adenine dinucleotide (NAD)
Flavin adenine dinucleotide (FAD)
FAD + 2H
+ FADH
2NAD + 2H
+ NADH + H
+乳酸的產生
Normally, O 2 is available in the mitochondria to accept H + (and
electrons) from NADH produced in glycolysis
– In anaerobic pathways, O
2is not available
H + and electrons from NADH are
accepted by pyruvic acid to form lactic
acid
有氧代謝
蛋白質、脂肪、醣類
粒線體
產生大量的 ATP (38 ATP)
有氧 ATP 的產生
有氧製造 ATP 發生在粒腺體內且牽涉到 兩種代謝路徑 ：克勞伯環 、電子傳 遞鏈
克勞伯環 Krebs cycle
– H 離子 (H+) 移除形成 NADH and FADH 進入電子 傳遞鏈
電子傳遞鏈
– Oxidative phosphorylation
– Electrons removed from NADH and FADH are passed along a series of carriers to produce ATP – H+ from NADH and FADH are accepted by O2 to
form water
克勞伯環所牽涉到的化合物、酶，和反 應。注意到每一次循環會形成 3 分子的 NADH 和一分子的 FADH
除了製造 NADH 和 FADH ，克勞伯環直 接產生含能化合物鳥飄呤核甘三磷酸
(guanosine triphosphate, GTP) 的直接 產生。 GTP 是一種高能化合物可以轉移 期末端的磷團給 ADP 形成 ATP
脂肪代謝
β 氧化作用發生在粒腺體內且是將脂肪 酸 (fatty acid) 變成乙醯輔酶 A(acetyl- CoA) 的過程
蛋白質代謝
蛋白質不被認為是運動中主要的能量來 源，由於它只佔了運動中所利用能源的 2﹪ 至 15 ﹪
蛋白質 ٠ 脂肪和碳水化合物的代謝關係
在電子傳遞鏈形成 ATP
ATP 形成的化學滲透說
Electron transport chain results in pumping of H
+
ions across inner mitochondrial membrane– Results in H+ gradient across membrane
Energy released to form ATP as H
+
diffuse back across the membraneMetabolic Process High-Energy Products
ATP from Oxidative Phosphorylation
ATP Subtotal
Glycolysis 2 ATP
2 NADH
— 6
2 (if anaerobic) 8 (if aerobic) Pyruvic acid to acetyl-CoA 2 NADH 6 14
Krebs cycle 2 GTP
6 NADH 2 FADH
— 18 4
16 34 38
Grand Total 38
一分子葡萄醣分解所製造的 ATP
氧化磷酸化的效率
Aerobic metabolism of one molecule of glucose
– Yields 38 ATP
Aerobic metabolism of one molecule of glycogen
– Yields 39 ATP
Overall efficiency of aerobic respiration is 40%
– 60% of energy released as heat
當分解一莫爾﹙一莫爾為一公克的分子
量﹚ ATP 時產生 7.3 大卡。一莫爾的葡萄糖氧 化所放出的電位能為 686 大卡
呼吸效率 = ×100=40%
因此有氧呼吸的效率約為 40% ，其餘的 60%
的葡萄糖自由能以熱的形式釋放出來
38 莫爾 ATP/1 莫爾葡萄糖 ×7.3佧 / 莫爾 ATP 686佧 / 莫爾葡萄糖
強調經由有氧與無氧路徑製造 ATP 的交 互作用對於運動是很重要的。雖然經常 聽到某些人說有氧或無氧運動，實際上
，大部分的運動是結合有氧和無氧兩種 能量來源
了解運動所需的有氧及無氧能量供應，
對於教練及訓練者在設計運動員的訓練 計劃時是很有幫助的
