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运动和蛋白质代谢

本文的作者为3HFITACE课程讲师李聪—运动人体科学硕士在读,研究方向为:运动营养、运动与骨骼肌适应、肌少症的分子机制及预防。

正文

蛋白质的组成

蛋白质(protein)是生物体中含量最丰富的大分子物质,几乎所有的器官都含有蛋白质。

在元素组成上,蛋白质主要由C、H、O、N(氮)、S(硫)组成,其中蛋白质的含氮量比较接近,大约16%,因此测定生物样品中的含氮量,就可以推算出样品中蛋白质的大致含量。

氨基酸(aminoacid)是蛋白质的基本组成单位,自然界中氨基酸有多种,但构成蛋白质的氨基酸只有20多种。人体内20多种氨基酸从营养学角度出发,可分为两大类:必需氨基酸和非必须氨基酸。

必需氨基酸

指人体不能自身合成或合成速度不能满足机体需要,必须从食物中摄取。

必需氨基酸有8种,对于生长发育的婴儿,组氨酸也是必需氨基酸。

非必需氨基酸

这类氨基酸能在体内合成,不一定需要通过食物直接供给。

思考01

还记得臭名昭著的“三聚氰胺”添加奶粉吗?

奶粉中放三聚氰胺是为了提高奶粉的含氮量,从而冒充奶粉中有较高的蛋白质含量。

蛋白质平均含氮量为16%左右,三聚氰胺这一物质的含氮量为66%左右。而常用的蛋白质测试方法为“凯氏定氮法”,首先通过测出样品含氮量,进而估算蛋白质含量。

因此,添加三聚氰胺会使得食品的蛋白质测试含量虚高,正所谓上有政策下有对策,邪恶的化学家们在“利益最大化”的趋势下与各大资本家联手,想了一个可以低成本快速提高奶粉表观含氮量的办法,即是加入三聚氰胺!

思考02

严格素食主义者需要注意什么?

我们已经知道必需氨基酸摄入的重要性,而必需氨基酸主要在动物类蛋白质食物中含量较高,严格素食者可能缺乏完全蛋白质(包含所有必需氨基酸的蛋白质)的摄入补充。

但是大豆是植物蛋白中的一个例外,大豆是完全蛋白质,所以素食主义者可以考虑多吃大豆类食物。不仅如此,严格素食主义者还容易缺乏维生素B12及一些矿物质,如钙类等。所以对于素食主义者,复合维生素矿物质片的补充是一个可以考虑和探讨的选择。

蛋白质的生物学功能

构成机体的组成

如肌腱和软骨含有胶原蛋白,具有很高的抗张强度。韧带含有弹性蛋白,具有双向抗拉强度。

运载功能

如血红蛋白是转运氧气和二氧化碳的载体,转铁蛋白可以运载铁等。

绝大多数酶的组成成分

大多数酶都是具有催化功能的蛋白质,催化机体的代谢反应。

收缩与运动功能

如骨骼肌收缩需要肌动蛋白和肌球蛋白协助完成。

免疫防御作用

机体内起重要保护作用的蛋白质是抗体和免疫球蛋白。

调节代谢反应

调节糖代谢的胰岛素、与生长和生殖有关的促甲状腺素等是蛋白质类激素;促肾上腺皮质激素、胰高血糖素等是多肽类激素。

参与代谢供能

蛋白质是机体三大能源物质之一,1g的蛋白质完全氧化能产生约4kcal的能量。

一般情况下,只有在饥饿、长期低糖膳食或长时间大强度运动时,体内糖储备大量消耗,脂肪供能又受到限制时,蛋白质供能作用才会加强。

蛋白质的基本代谢过程

蛋白质作为生命的基础物质,无时无刻不在人体内发生着合成与分解的新陈代谢,那么构成人体组织的蛋白质的来源和去路是要明确的问题。

蛋白质的来源

人体生长发育、遗传和变异、衰老组织的更新、损伤后组织修复都需要蛋白质。蛋白质的来源主要有3种途径:

(1)通过直接利用、分解和消化食物中的蛋白质,这一途径为主要途径。

(2)由人体内组织细胞自身合成的蛋白质。

(3)体内的其他物质通过糖异生作用将糖的中间代谢产物转化生成蛋白质。

蛋白质的去路

氨基酸是组成蛋白质的基本单位。当蛋白质被消化分解成氨基酸进入细胞和体液后,加上游离部分氨基酸开始进行代谢过程。概括地讲蛋白质的去路主要有4种途径:

(1)一部分氨基酸用于再合成蛋白质,更新和修复在运动中受损的组织。

(2)一部分氨基酸通过转氨基作用合成新的氨基酸,转氨基作用是某一种氨基酸与α-酮酸进行氨基转移反应,生成相应的α-酮酸和另一种氨基酸,催化这一作用的酶称为转氨酶。

(3)一部分氨基酸在脱氨基作用下合成肽类激素、激酶及核酸碱基等含氮物质和尿素。

(4)还有部分氨基酸脱氨基后参与氧化供能或是转化合成糖及脂肪。

蛋白质的代谢必需先经过脱氨基作用,脱去氨基,然后才能被代谢掉。

体内的氨主要在肝脏转化为尿素,随尿液排出体外。

氨基酸脱氨基会生成α-酮酸,α-酮酸经联合加氨反应可生成相应的氨基酸,根据其进入渠道的位点,会将氨基酸定义为生糖氨基酸或生酮氨基酸。

生糖氨基酸可以转化为丙酮酸盐,通过糖异生重新生成葡萄糖。

但是生酮氨基酸只能转化为乙酰辅酶A进入克雷布斯循环,生成能量。

另外α-酮酸还可以沿转氨基作用的逆反应再氨基化合成非必需氨基酸,或是转变成脂肪和糖。

如果用一张图来提炼并总结蛋白质的代谢途径,包含来源和去路:

思考03

体检中,我们经常谈的“转氨酶”是什么?

前面有说到,氨基酸通过转氨基作用合成新的氨基酸需要一种催化此作用的酶叫“转氨酶”。

肝细胞是转氨酶的主要生存地,当肝细胞发生炎症、中毒、坏死等会造成肝细胞的受损,转氨酶便会释放到血液里,使血清转氨酶升高,因此转氨酶是肝脏的一个“晴雨表”。

思考04

运动中蛋白质供能占比大吗?“做有氧”真的容易“掉肌肉”吗?

蛋白质主要功能是构成和修复我们身体的组织结构,如果用来供能,就大材小用了。

从身体经济角度来讲,人体本身就更偏向于使用糖和脂肪供能,在糖和脂肪存在的情况下,蛋白质作为能量来源发挥的作用非常小。

但是在长时间耐力项目中(两小时以上)当糖原储备大量消耗时,氨基酸从母体蛋白质中分离,造成骨骼肌氨基酸库升高,从而小幅度增加氨基酸作为运动燃料的使用。

请注意,即使在这种极端情况下,也只是很小幅度的提高,所以适量中低强度心肺运动并不会导致肌肉分解,相反,因为血流量增加的原因,提升了营养物质的输送效率,在一定程度上反而有利于肌肉的合成。

蛋白质与糖异生

经上文我们已经知道,蛋白质作为能量来源发挥的作用不大,但尤其值得一提的是其在长时间训练中对糖异生的贡献。

丙氨酸是生糖氨基酸的一种,是糖异生的重要氨基酸,肌肉蛋白质中丙氨酸含量仅占5%~7%,但是运动时,骨骼肌中丙氨酸的释放量增加了50%~%,并且与运动强度成正比关系。

为了解释这一现象,有科学家提出了“葡萄糖-丙氨酸循环”理论,这个理论认为:人体在进行运动时,骨骼肌中糖的分解代谢过程加强,生成大量的中间代谢产物—丙酮酸,丙酮酸有一部分经过转氨基作用生成丙氨酸,生成的丙氨酸会随血液循环运输到肝脏,在肝脏作为糖异生的原材料,异生成葡萄糖后,再次输入到血液维持血糖浓度的稳定。

另外,肌肉中的葡萄糖基本被禁锢在其细胞中,无法释放进入循环。但是,在长时间或高强度运动中,存储在非运动肌肉中的葡萄糖可以通过进入“葡萄糖-丙氨酸循环”间接传输到运动肌肉,因此,这一通路还对于将葡萄糖传送到肌细胞具有重要作用。

关于一些补剂的讨论

支链氨基酸(branched-chainaminoacids)BCAA包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸,是人体内不能合成必须从食物中获取的必需氨基酸。

BCAA与能量代谢

支链氨基酸能够参与运动、尤其是长时间持续运动的供能。

在肌肉中,与其他氨基酸相比,BCAA能以相当快速的速度转氨基和完全氧化,其氧化产生ATP的效率高于其他氨基酸。

同时,支链氨基酸在体内也参与糖和脂肪的代谢,补充BCAA可以促进糖异生,并通过氨基酸的糖异生过程生成葡萄糖或糖原。

BCAA与运动性疲劳

色氨酸是一种芳香族氨基酸,其代谢产物5-羟色胺(血清素)是引起中枢疲劳的重要原因。

5-羟色胺是抑制性神经递质,是一种强血管收缩剂和平滑肌收缩刺激剂,5-羟色胺水平升高会抑制运动能力,大量研究表明其与抑郁症也有关系。

在我们体内的代谢过程中,支链氨基酸浓度下降会导致大脑内5-羟色胺浓度升高,因此,补充BCAA有利于降低5-羟色胺的生成,提升运动表现。

补充BCAA一定要吃补剂吗?

我们已经知道BCAA和我们的代谢及运动能力密切相关,但是补充BCAA一定要购买补剂吗?

其实,一个鸡蛋中大概就含有1.3g的BCAA,每g鸡胸肉中也含有约4g的BCAA,所以关于BCAA,其实和所有的补剂一样,关键是看基础饮食能否满足以及个人需求,并不是一定需要通过补剂摄入的。

谷氨酰胺(Glutamine,Gln)

谷氨酰胺是肌肉组织中含量最多的一种氨基酸,占肌肉氨基酸库的61%,它在人体内可由谷氨酸、缬氨酸、异亮氨酸合成。

谷氨酰胺一方面可以通过对免疫细胞的直接作用发挥它的免疫效应;另一方面也能通过维持肠道屏障功能或保护抗氧化剂谷胱甘肽来发挥它的间接效应。

研究发现,在超过2h的持续剧烈运动(如马拉松运动)后,Gln浓度会比安静水平明显下降,并且会一直持续到运动后2~4h甚至更长时间;相反,一次急性大强度短时间运动时,如抗阻训练,对血浆的Gln浓度影响很小。

还有研究发现,超长马拉松运动(跑45~75km以上时)可使血清免疫球蛋白呈持续抑制状态长达48小时。因此营养学家认为对于运动量非常大的人群,尤其是马拉松爱好者,补充Gln能有效防止运动水平和身体免疫水平的下降。

写在最后

经过《运动和糖代谢》、《运动和脂肪代谢》、《运动和蛋白质代谢》这一系列,共三篇文章的探讨,相信各位小伙伴已经对三大宏量营养素的代谢有了更深地了解。

首先,在这里我要为这相对缺少趣味性地表达方式和内容向各位读者说声抱歉,有些人可能根本不会选择去读。

但你可能得边读边想、不能读很快、可能你一边读的同时还需要搭配搜索引擎、你还可能读了三遍还是感觉很纠结。

不过,我们哪管它知识无穷?进一寸有一寸的欢喜。

接下来,我想分享的是,类似于《生物化学》这种繁冗的知识不会成为我们前进的障碍,相反,让它成为我们向上的阶梯。它是有一定的门槛,但是当我们走近它,通过自己的方式跨过它的时候,无论对于我们的知识储备还是学习能力都是极大提升。

最后,基础的学科知识是一个系统,在系统之中我们可以提炼出解决问题的方法,同时规避一些陷阱。回到知识层面,经过三篇文章的探讨,尤其作为ACE学员,试试能不能清晰地概括和描述下面这张图:

特别感谢大家的阅读时间,祝身体康健、工作顺利。

种子先种下去,需要时间和耕耘才会结出果实。如果春天要来,大地就要使它一点一点地完成。

延伸

3HFIT作为国内顶尖的教练权威认证职业规划机构,着眼于私人教练未来的职业道路,开设了《3HFIT运动营养咨询师(3HFITSportsNutritionConsultantCertification》证照课程,旨在帮助更多学员把掌握的营养知识转化为职业储备!

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