運動的能量系統 (三) – 有氧系統

作者:Chris教練

「休息狀態」以及「低強度運動」的ATP來源,主要是使用有氧系統代謝「碳水化合物」、「脂肪」和「蛋白質」。

「休息」時,ATP的來源有70%來自「脂肪」,30%來自「碳水化合物」。
當「開始活動且運動強度逐漸增加」,會提高「碳水化合物」的使用比例。

進行「高強度有氧運動」時,「碳水化合物」的使用比例會接近100%,只有極小部分來自「脂肪」與「蛋白質」。隨著時間拉長,運動強度逐漸降低,使用比例會逐漸由「碳水化合物」再轉回「脂肪」,但使用「蛋白質」作為能量來源的比例仍然很低。

雖然「蛋白質」並非主要的能量來源,但若「長時間飢餓」或「運動超過90分鐘以上」,會動用到蛋白質產生能量。


一、「葡萄糖與肝醣」氧化:

(1)當細胞氧氣充足時,醣解系統產生的「丙酮酸」不會變成「乳酸鹽」,而是被運送到「粒線體」轉換成「乙醯輔酶A(acetyl-CoA)」,接著進入「克氏循環(Krebs Cycle,又稱檸檬酸循環)」。

圖. 克氏循環(Krebs cycle)
(圖片來源:Essentials of Strength Training and Conditioning 4th ed.)

(2)「1分子葡萄糖」會產生「2分子丙酮酸」,伴隨生成「6分子NADH」和「2分子FADH2(黃素腺嘌呤二核苷酸)」。
其中NADH和FADH2會釋出「氫原子(H)」被「電子傳遞鏈」使用,將ADP變成ATP。
這些氫原子穿過「電子傳遞鏈」,形成「質子梯度」,提供「生成ATP的能量」,而「氧氣」做為最後氫原子的接受者,形成「水分子」。

(3)因為NADH和FADH2進入電子傳遞鏈的「時間點不同(NADH較早)」,1分子NADH產生3分子ATP,1分子FADH2產生2分子ATP。

(4)上述一系列生成ATP的過程,稱為「氧化磷酸化作用(Oxidative Phosphorylation)」。

(5)醣解作用的整個氧化過程,「1分子的血糖」可以生成38個ATP;「1分子的肝醣」可以生成39個ATP。(考試必考)
造成生成ATP的數量差異,是因為「肌肝醣」在分解過程「不需要六碳糖激酶(Hexokinase)的參與」

(詳細請回顧運動的能量系統() – 醣解系統)


二、「脂肪」氧化:

(1)儲存在脂肪細胞的「三酸甘油脂」被分解為「游離脂肪酸」和「甘油」,其中「游離脂肪酸」經由血液進入肌肉細胞中的「粒線體」進行「β氧化作用(beta oxidation)」。

(2)「β氧化作用(beta oxidation)」 分解游離脂肪酸形成「乙醯輔酶A」和「氫」。
「乙醯輔酶A」 會進入「克氏循環」;
「氫」透過「NADH」和「FADH2」攜帶至「電子傳遞鏈」
「β氧化作用(beta oxidation)」 會形成數百個ATP,比醣類和蛋白質的氧化所產生的ATP更多。


三、「蛋白質」氧化:

(1)蛋白質被分解成「胺基酸」,接著被轉換成「葡萄糖」、「丙酮酸」或「克氏循環的中介物質(詳細請看圖. 克氏循環)」

(2)骨骼肌中,被氧化的氨基酸稱為「支鏈胺基酸(Branched-Chain Amino Acids, BCAA)。

(3)蛋白質分解後的「氮」為廢棄物質,能透過「尿液」和「氨」排出體外。


參考資料:

1. Essentials of Strength Training and Conditioning fourth edition.
2. Periodization Training for Sports


能量系統文章系列:

運動的能量系統 (一) – 磷酸系統
運動的能量系統 (二) – 醣解系統
運動的能量系統 (四) – 初階應用

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