骨骼肌酶與運(yùn)動綜合能力

徐國琴（廣州體育學(xué)院 運(yùn)動與健康系，廣東 廣州 510500）

骨骼肌酶與運(yùn)動綜合能力

徐國琴
（廣州體育學(xué)院 運(yùn)動與健康系，廣東 廣州 510500）

運(yùn)動訓(xùn)練時(shí)物質(zhì)代謝和能量代謝迅速加快的重要因素是骨骼肌中酶的存在。通過綜述酶的化學(xué)特點(diǎn)、作用機(jī)理、酶促反應(yīng)特點(diǎn)，以及酶與運(yùn)動能力的關(guān)系，幫助教練員準(zhǔn)確理解運(yùn)動訓(xùn)練提高運(yùn)動員運(yùn)動能力的生物學(xué)機(jī)制，進(jìn)而更科學(xué)地制訂訓(xùn)練計(jì)劃。

骨骼??；酶促反應(yīng)；運(yùn)動能力

在運(yùn)動訓(xùn)練中，物質(zhì)代謝的化學(xué)反應(yīng)極為順利和迅速，如在21 s左右完成200 m跑，機(jī)體需消耗60 kcal的能量，其根本原因就在于體內(nèi)存在一種起催化作用的特殊物質(zhì)——酶。運(yùn)動訓(xùn)練可引起細(xì)胞內(nèi)酶活性發(fā)生適應(yīng)性變化。細(xì)胞內(nèi)有多種酶，催化不同物質(zhì)的物質(zhì)代謝與能量代謝；但不同的細(xì)胞，不同的代謝狀態(tài)，酶的含量、分布及活性是不同的，因而酶參與代謝的調(diào)節(jié)包括酶的含量、分布、活性等。在運(yùn)動訓(xùn)練過程中，機(jī)體內(nèi)酶的活性、含量的改變都會伴隨運(yùn)動能力的變化，運(yùn)動訓(xùn)練提高運(yùn)動能力的機(jī)制之一，就是通過運(yùn)動訓(xùn)練提高物質(zhì)代謝酶的活性與含量。

1 酶的概念及其化學(xué)特點(diǎn)

酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的物質(zhì)。絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是由其他生物大分子如核糖核酸組成核酶。酶所具有的催化能力稱為酶活性，如果酶失去催化能力則稱為酶的失活。根據(jù)酶的化學(xué)組成可將其分為單純蛋白質(zhì)酶和結(jié)合蛋白質(zhì)酶。單純蛋白質(zhì)酶僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其催化活性由蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)所決定。結(jié)合蛋白質(zhì)酶除蛋白質(zhì)部分（即酶蛋白）外，還有非蛋白質(zhì)部分，即所謂酶的輔助因子。輔助因子可以是金屬離子，也可以是輔酶（或輔基），維生素可通過組成輔酶或輔基的形式，參與酶的活性調(diào)節(jié)及體內(nèi)的物質(zhì)能量代謝（表1）。如果體內(nèi)鈣、鈉等礦物質(zhì)元素或維生素含量降低，會引起相應(yīng)酶的活性降低，進(jìn)而影響能量代謝的進(jìn)行，極大地限制機(jī)體的運(yùn)動能力（表2）。

表1 某些輔酶及其組分與生理功能

表2 部分含金屬離子的酶及其生物學(xué)功能

2 酶的作用機(jī)理

酶是生物催化劑。與一般催化劑的作用一樣，它能降低底物分子所具有的活化能。酶促反應(yīng)時(shí)，底物（S）與酶（E）的活性中心靠近與定向，進(jìn)而結(jié)合成不穩(wěn)定的中間復(fù)合物（ES），這樣，使底物分子中的敏感鍵產(chǎn)生張力或變形，敏感鍵易于斷裂，從而使底物迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物（P）。

其中，E表示酶，S表示底物，ES表示中間產(chǎn)物，P表示產(chǎn)物。

酶促反應(yīng)時(shí)，并不是整個(gè)酶分子都參與催化作用，而是少數(shù)帶有-NH2、-COOH、-SH、-OH等氨基酸殘基的活性基團(tuán)所形成的活性中心。當(dāng)運(yùn)動訓(xùn)練引起體內(nèi)溫度、酸堿度等理化因素改變時(shí)，酶的活性中心空間排列狀態(tài)就會受到影響甚至破壞，酶的活性就會降低甚至失活。

3 酶促反應(yīng)的特點(diǎn)

酶所催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)，在酶促反應(yīng)中被酶催化的物質(zhì)稱為底物，反應(yīng)的生成物質(zhì)稱為產(chǎn)物。酶促反應(yīng)包括酶與底物的結(jié)合和催化反應(yīng)的加速2個(gè)過程。酶是生物催化劑，除具有催化劑的一般特點(diǎn)外，還具有以下獨(dú)特的催化特點(diǎn)。

3.1 不穩(wěn)定性酶的催化功能依賴于酶的結(jié)構(gòu)。酶蛋白具有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性，易受各種理化條件的影響，體溫變化和失水使體內(nèi)環(huán)境離子濃度、酸堿度改變，各種代謝基質(zhì)或產(chǎn)物改變都可以對酶活性發(fā)生影響，體現(xiàn)酶的不穩(wěn)定性及可調(diào)控性。如大強(qiáng)度運(yùn)動時(shí)肌肉pH值下降，可使糖無氧代謝的關(guān)鍵酶——磷酸果糖激酶活性下降，甚至被抑制；濕熱環(huán)境下長時(shí)間運(yùn)動時(shí)，機(jī)體產(chǎn)熱增加而散熱不良，體濕升高后可使體內(nèi)一系列能量代謝酶的活性下降，從而容易產(chǎn)生運(yùn)動性疲勞。酶促反應(yīng)的環(huán)境一般宜在體溫（37℃左右）和近中性（PH≈7）的溶液中進(jìn)行。

3.2 高效性

酶的催化效率極高，比一般催化劑高106～1 013倍。例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速度比用氫離子催化蔗糖水解的速度高2.5×1 012倍。每個(gè)酶分子每分鐘能催化102～105個(gè)反應(yīng)分子發(fā)生反應(yīng)。因而在生物體細(xì)胞內(nèi)，酶表現(xiàn)出量微而催化效率極高的特點(diǎn)。在運(yùn)動時(shí)，代謝過程的速率更高，比平常高幾十甚至上千倍，可見，酶活性大小和運(yùn)動能力關(guān)系十分密切。

3.3 特異性

酶對其作用的底物有嚴(yán)格的選擇性并產(chǎn)生一定的產(chǎn)物，這就是酶的特異性。一般來說，一種酶只能催化一種底物或同一類型的化學(xué)鍵。例如：淀粉酶只能催化淀粉水解，蛋白水解酶只能催化蛋白質(zhì)水解，脂肪酶只能催化脂肪水解。酶的這種特性，也表現(xiàn)在對不同專項(xiàng)代謝機(jī)能訓(xùn)練的適應(yīng)不同，酶會產(chǎn)生專項(xiàng)適應(yīng)。因此，訓(xùn)練要求有針對性，如力量、速度與ATP酶、肌酸激酶的活性關(guān)系最為密切；耐力則與檸檬酸合成酶、琥珀酸脫氫酶及細(xì)胞色素氧化酶的活性關(guān)系最大。

正因?yàn)槊妇哂胁环€(wěn)定性、高效性和特異性，因此，一切影響蛋白質(zhì)性質(zhì)的因素都可影響酶的催化功能，進(jìn)而影響酶促反應(yīng)，包括溫度、酶酸堿度、代謝物質(zhì)濃度等。在一定范圍內(nèi)，代謝底物濃度越高，反應(yīng)速度越快，增加酶濃度可有效提高反應(yīng)速度。合理的運(yùn)動訓(xùn)練可提高體內(nèi)組織細(xì)胞中相關(guān)酶的含量及相關(guān)底物的儲存量。環(huán)境pH值會影響酶分子中某些基團(tuán)的解離程度，從而改變酶分子的空間結(jié)構(gòu)，影響酶的催化活性。在運(yùn)動過程中，骨骼肌糖、脂肪等分解代謝加快，酸性代謝產(chǎn)物增多，可引起肌細(xì)胞pH值下降，抑制某些酶的活性，從而影響物質(zhì)代謝的速度?；瘜W(xué)反應(yīng)的速度隨溫度的增高而加快，但對于酶促反應(yīng)，過高的溫度會破壞酶分子的空間結(jié)構(gòu)，使酶失去催化能力。運(yùn)動訓(xùn)練前常要求運(yùn)動員做準(zhǔn)備活動，原因之一就是準(zhǔn)備活動能提高肌肉的溫度，有利于提高骨骼肌酶的活性，使其適應(yīng)訓(xùn)練和比賽中快速的物質(zhì)代謝要求；但當(dāng)在高溫氣候下訓(xùn)練及馬拉松跑等長時(shí)間運(yùn)動時(shí)，如果補(bǔ)水不夠或機(jī)體熱量不能及時(shí)散發(fā)，可引起體溫過高，如超過38.5℃，骨骼肌酶的空間結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，酶的催化能力降低，此時(shí)能量代謝產(chǎn)生障礙，進(jìn)而引起運(yùn)動性疲勞。

4 骨骼肌酶與運(yùn)動能力

運(yùn)動訓(xùn)練會引起骨骼肌中的酶發(fā)生適應(yīng)性變化，表現(xiàn)在骨骼肌酶含量的變化及酶催化活性的變化兩方面，以滿足運(yùn)動時(shí)機(jī)體物質(zhì)代謝增強(qiáng)的要求。有效的運(yùn)動訓(xùn)練，能增強(qiáng)機(jī)體對骨骼肌酶的調(diào)控能力，使酶更容易被激活。這種適應(yīng)可在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，但維持時(shí)間較短。訓(xùn)練造成的酶催化功能適應(yīng)性變化可因停訓(xùn)而消退。一般來說，經(jīng)過較長時(shí)間獲得的適應(yīng)效果，消退較慢；較快的適應(yīng)效果，消退較快。不同運(yùn)動方式對酶活性的影響不同，不同組織器官中酶的變化規(guī)律也不一致。

運(yùn)動訓(xùn)練過程中，骨骼肌酶的含量增加及活性增強(qiáng)，是機(jī)體對運(yùn)動訓(xùn)練產(chǎn)生適應(yīng)的表現(xiàn)。長期的有氧訓(xùn)練，可使骨骼肌中有氧代謝酶類的含量增加，如SDH、MDH、CAT和細(xì)胞色素氧化酶等。長期的無氧訓(xùn)練，可引起骨骼肌中無氧代謝酶類含量的增加，如ATP酶、CK、MK、PFK、LDH等。

長期的運(yùn)動訓(xùn)練還可引起骨骼肌中參與代謝的酶活性產(chǎn)生適應(yīng)性增強(qiáng)，加快代謝過程的速度，滿足機(jī)體對能量的需求。具體表現(xiàn)為：有氧運(yùn)動訓(xùn)練可提高有氧代謝酶類的活性，如琥珀酸脫氫酶（SDH）、蘋果酸脫氫酶（MDH）、肉毒堿酰基轉(zhuǎn)移酶（CAT）和細(xì)胞色素等酶的活性明顯提高；無氧運(yùn)動訓(xùn)練可使肌肉中ATP酶的活性提高30%，CK活性增強(qiáng)，參與糖無氧分解的酶如磷酸化酶、LDH等活性顯著提高。代謝酶活性的提高是運(yùn)動訓(xùn)練促使機(jī)體代謝過程加強(qiáng)所形成的酶適應(yīng)的結(jié)果。

5 小 結(jié)

酶是生物活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的物質(zhì)，絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，運(yùn)動訓(xùn)練時(shí)物質(zhì)代謝和能量代謝迅速加快的重要因素就是骨骼肌中酶的存在。不同類型的骨骼肌細(xì)胞、不同的代謝狀態(tài)，酶的含量、分布及活性不同，運(yùn)動訓(xùn)練可引起骨骼肌細(xì)胞內(nèi)酶的含量及活性等方面發(fā)生適應(yīng)性變化，進(jìn)而提高運(yùn)動員的運(yùn)動能力。

[1]王鏡巖,朱圣庚,徐長法.生物化學(xué)[M].北京:高等教育出版社, 2002:9

[2]林文弢.運(yùn)動能力的生物化學(xué)[M].北京:人民體育出版社,1995

[3]Jay Hoffman.Physiological Aspects of Sports Training and Performance[M]. U.S.A:Human Kinetics,2002

[4]馮煒權(quán),謝敏豪,林文弢.運(yùn)動生物化學(xué)研究進(jìn)展[M].北京:人民體育出版社,2006:8