第十三章 运动•营养•自由基与健康
第十三章 运动•营养•自由基与健康
• 运动性疲劳是指“机体生理过程不能持续其机能 在某一特定水平或各器官不能维持某一预定的运 动强度”。运动性疲劳产生的机制一直是世界各 国学者十分关注的研究课题。 • 有关运动性自由基代谢与运动性损伤、运动性疲 劳、运动营养以及抗氧化能力的适应性等方面, 国内外都有较为深入的研究
• 运动性疲劳是指“机体生理过程不能持续其机能 在某一特定水平或各器官不能维持某一预定的运 动强度”。运动性疲劳产生的机制一直是世界各 国学者十分关注的研究课题。 • 有关运动性自由基代谢与运动性损伤、运动性疲 劳、运动营养以及抗氧化能力的适应性等方面, 国内外都有较为深入的研究
第一节 自由基的概念 一、自由基的危害 • 对生物膜的破坏: 细胞生物膜磷脂中的多不饱和脂 肪酸在自由基的作用下极易发生脂质过氧化反应, 从而造成线粒体膜的流动性降低, 通透性增大, 线粒 体膨胀, 溶酶体酶的释放及酶的失活等损伤。 • 对蛋白质和酶的损害: 脂质过氧化反应中产生的自 由基可使蛋白质变性。 • 对核酸的损害: 脂质过氧化可导致碱基的修饰和多 核苷酸的断裂, 导致进行的复制转录、翻译等过程 的错误以及使核酸的完整性和构型受到破坏, 导致 细胞死亡
第一节 自由基的概念 一、自由基的危害 • 对生物膜的破坏: 细胞生物膜磷脂中的多不饱和脂 肪酸在自由基的作用下极易发生脂质过氧化反应, 从而造成线粒体膜的流动性降低, 通透性增大, 线粒 体膨胀, 溶酶体酶的释放及酶的失活等损伤。 • 对蛋白质和酶的损害: 脂质过氧化反应中产生的自 由基可使蛋白质变性。 • 对核酸的损害: 脂质过氧化可导致碱基的修饰和多 核苷酸的断裂, 导致进行的复制转录、翻译等过程 的错误以及使核酸的完整性和构型受到破坏, 导致 细胞死亡
二、体内自由基产生的原因 • 运动时自由基的生成增加, 经过适宜的运动训练, 机体会产生适应性变化, 使自由基的生成与清除 处于平衡状态, 不会对机体造成损伤。但机体这 种适应性变化只是相对的, 遇到过强的运动强度 或过长的运动时间, 自由基的升高仍会对组织造 成损伤,导致运动性疲劳
二、体内自由基产生的原因 • 运动时自由基的生成增加, 经过适宜的运动训练, 机体会产生适应性变化, 使自由基的生成与清除 处于平衡状态, 不会对机体造成损伤。但机体这 种适应性变化只是相对的, 遇到过强的运动强度 或过长的运动时间, 自由基的升高仍会对组织造 成损伤,导致运动性疲劳
三、运动过程中自由基生成的影响 • 线粒体电子传递链: 运动过程中, 体内代谢水平 加强, 能量消耗增多, 为满足机体的代谢需要, 加速ATP 再合成, 线粒体氧化磷酸化加强, 使线 粒体电子传递过程中产生自由基; • 黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶作用:ATP 氧化产物—次黄 嘌呤在体内堆积, 在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿 酸, 同时产生自由基, 使得脂质过氧化反应加强;
三、运动过程中自由基生成的影响 • 线粒体电子传递链: 运动过程中, 体内代谢水平 加强, 能量消耗增多, 为满足机体的代谢需要, 加速ATP 再合成, 线粒体氧化磷酸化加强, 使线 粒体电子传递过程中产生自由基; • 黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶作用:ATP 氧化产物—次黄 嘌呤在体内堆积, 在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿 酸, 同时产生自由基, 使得脂质过氧化反应加强;
• 抗氧化酶活性相对下降: 大强度运动过程中, 体内 缺氧, 糖酵解作用加强, 乳酸生成增多, 使胞浆还原 型辅酶 NADH 、还原型NDPH 浓度下降, 体内抗 氧化酶受破坏, 抗氧化系统能力下降。 • 由此可见, 运动后脂质过氧化反应的变化取决于氧 自由基生成和抗氧化能力的综合作用
• 抗氧化酶活性相对下降: 大强度运动过程中, 体内 缺氧, 糖酵解作用加强, 乳酸生成增多, 使胞浆还原 型辅酶 NADH 、还原型NDPH 浓度下降, 体内抗 氧化酶受破坏, 抗氧化系统能力下降。 • 由此可见, 运动后脂质过氧化反应的变化取决于氧 自由基生成和抗氧化能力的综合作用
第二节 抗氧化系统对自由基的清除作用 • 抗氧化系统由抗氧化酶、维生素及其前体物质( 如抗坏血 酸、α- 生育酚、β-胡萝卜素) 、谷胱甘肽( GSH) 和其他一 些小分子抗氧化剂组成。每个抗氧化成分在细胞中既有独 特的功能, 又有各成分之间的互补作用。抗氧化系统内稳 态的紊乱与运动中或运动后发生的许多生理紊乱有关, 如 疲劳、肌肉酸痛、肌纤维断裂和免疫系统功能受损
第二节 抗氧化系统对自由基的清除作用 • 抗氧化系统由抗氧化酶、维生素及其前体物质( 如抗坏血 酸、α- 生育酚、β-胡萝卜素) 、谷胱甘肽( GSH) 和其他一 些小分子抗氧化剂组成。每个抗氧化成分在细胞中既有独 特的功能, 又有各成分之间的互补作用。抗氧化系统内稳 态的紊乱与运动中或运动后发生的许多生理紊乱有关, 如 疲劳、肌肉酸痛、肌纤维断裂和免疫系统功能受损
一 、内源性抗氧化剂 • 超氧化物歧化酶( SOD) 属于抗氧化酶类, 分为 CuZn-SOD、Mn-SOD 和Fe-SOD 三种。其三种分布 不同, 真核生物通常含CuZn-SOD; 线粒体含MnSOD。三者都可以催化O2- .歧化为H2O2 和O2, 清 除O2-.自由基。 • 过氧化氢酶( CAT) 存在于细胞的过氧化体内, 可 清除H2O2, 催化H2O2 生成水和氧气。某些细胞器 如线粒体产生的H2O2 可透过细胞器膜进入胞浆, 再进入过氧化体, 最终被CAT 清除。谷胱甘肽过 氧化物酶( GSH- Px) 催化H2O2生成水, 或使有机 氢过氧化物( ROOH) 还原为羟基化合物ROH
一 、内源性抗氧化剂 • 超氧化物歧化酶( SOD) 属于抗氧化酶类, 分为 CuZn-SOD、Mn-SOD 和Fe-SOD 三种。其三种分布 不同, 真核生物通常含CuZn-SOD; 线粒体含MnSOD。三者都可以催化O2- .歧化为H2O2 和O2, 清 除O2-.自由基。 • 过氧化氢酶( CAT) 存在于细胞的过氧化体内, 可 清除H2O2, 催化H2O2 生成水和氧气。某些细胞器 如线粒体产生的H2O2 可透过细胞器膜进入胞浆, 再进入过氧化体, 最终被CAT 清除。谷胱甘肽过 氧化物酶( GSH- Px) 催化H2O2生成水, 或使有机 氢过氧化物( ROOH) 还原为羟基化合物ROH
• GSSG 为氧化型谷胱甘肽, 可在谷胱甘肽还原酶的 作用下还原为GSH, 继续参与清除自由基的反应。 • 抗氧化蛋白Peroxiredoxin( Prx) 是新发现的抗 氧化酶, 广泛存在于各种生物体内。Prx 含高度 保守的具还原性的半胱氨酸,生化功能是通过硫氧 还蛋白还原过氧化物或超氧化物, 可以将H2O2 还 原为水。在应激条件下, 如剧烈运动, 基因的表 达被上调, 以清除细胞内多余的活性氧分子。 • 除此之外, Prx 还具有保护自由基敏感蛋白, 参 与细胞增殖与分化, 增强自杀伤细胞( NKcell)的 活性, 参与血红素代谢等功能
• GSSG 为氧化型谷胱甘肽, 可在谷胱甘肽还原酶的 作用下还原为GSH, 继续参与清除自由基的反应。 • 抗氧化蛋白Peroxiredoxin( Prx) 是新发现的抗 氧化酶, 广泛存在于各种生物体内。Prx 含高度 保守的具还原性的半胱氨酸,生化功能是通过硫氧 还蛋白还原过氧化物或超氧化物, 可以将H2O2 还 原为水。在应激条件下, 如剧烈运动, 基因的表 达被上调, 以清除细胞内多余的活性氧分子。 • 除此之外, Prx 还具有保护自由基敏感蛋白, 参 与细胞增殖与分化, 增强自杀伤细胞( NKcell)的 活性, 参与血红素代谢等功能
二、抗氧化维生素 • 维生素类物质在自由基介导的氧化应激中起重要作用。由 于人体不能合成这些重要的抗氧化剂, 它们主要依赖于饮 食摄入。 • 维生素E 是最重要的脂溶性抗氧化剂, 分布于细胞膜和细 胞器膜, 如细胞质膜、线粒体膜及内质网膜等特异部位。 维生素E 是通过清除氧自由基或干扰氧化物链反应来阻止 氧化反应, • 保护脂质膜免遭自由基攻击。维生素E 是O2-.的直接清除 剂, 与GSH- Px 协同作用为脂质过氧化作用的阻断剂。 • 大量研究证明维生素E 缺乏可增加脂质过氧化, 扰乱 GSH/GSSG 氧化状态平衡, 引起大鼠抗阻呼吸的早期隔膜 肌疲劳
二、抗氧化维生素 • 维生素类物质在自由基介导的氧化应激中起重要作用。由 于人体不能合成这些重要的抗氧化剂, 它们主要依赖于饮 食摄入。 • 维生素E 是最重要的脂溶性抗氧化剂, 分布于细胞膜和细 胞器膜, 如细胞质膜、线粒体膜及内质网膜等特异部位。 维生素E 是通过清除氧自由基或干扰氧化物链反应来阻止 氧化反应, • 保护脂质膜免遭自由基攻击。维生素E 是O2-.的直接清除 剂, 与GSH- Px 协同作用为脂质过氧化作用的阻断剂。 • 大量研究证明维生素E 缺乏可增加脂质过氧化, 扰乱 GSH/GSSG 氧化状态平衡, 引起大鼠抗阻呼吸的早期隔膜 肌疲劳