《健身入門學》第七課，生物能量代謝2（精選）

ATP合成的兩大類途徑——有氧、無氧

上節課我們講了ATP，我們說身體要利用能量，要先把脂肪、糖等等這些能量物質里的能量放到ATP裡頭，然後用ATP再直接給身體提供能量，就好像我們日常生活都要用電，但是要通過發電廠，先把煤炭、石油里的能量變成電能，然後才能給我們用。我們沒法直接用煤炭、天然氣來給手機充電。

要先把能量物質里的能量合成ATP，怎麼合成ATP？主要是兩大類途徑。簡單說就是無氧代謝和有氧代謝。

聽到這裡咱們很熟悉，咱們知道有個無氧運動和有氧運動。為什麼叫無氧運動，其實就是說運動時，身體必須用無氧代謝的方法，給運動提供能量。這種運動方式，就叫無氧運動。也就是說，有的運動，必須用無氧代謝的方法，合成ATP，然後這些ATP給運動提供能量，這些運動就叫無氧運動。反過來說，用有氧代謝的方法合成ATP，然後給運動提供能量的運動方式就叫有氧運動。

無氧代謝有氧代謝，看名字就知道，前者，不需要氧氣參與，所以叫無氧。後者需要氧氣參與，所以叫有氧。我們有氧運動的時候，呼吸會加快，喘粗氣，為什麼？就是因為運動需要更多能量，既然用有氧代謝的方式給運動提供能量，所以就需要更多氧氣。這樣我們就必須加快呼吸頻率和呼吸深度，多吸入空氣。

但我們做無氧運動的時候，我們也有這個體驗，雖然累，但喘的不如有氧運動厲害，這就是因為無氧代謝不需要氧氣參與。

有人說，別管運動時候有氧無氧，我們先合成一大堆ATP，存著，然後運動的時候再用不就行了嗎？這個做不到。上節課我們講了，身體的ATP是需要的時候馬上合成，隨時合成隨時用掉。身體不可能儲存足夠的ATP，人身體一天什麼都不幹，消耗的能量也需要40多公斤ATP來提供，ATP需要量實在太多，所以不可能先合成好了存著。

身體平時也儲存一點點ATP，儲存的最多的地方，就是肌肉細胞裡面，但就算是肌肉裡面儲存的ATP，如果全力運動，連一秒鐘也不到就用光了，所以ATP必須現用現合成。

就是因為ATP需要現合成現用，所以說必須有很多種合成ATP的方法，因為有的方法合成速度快，有的方法合成速度慢。當我們身體需要能量需要的急，也就是突然需要大量ATP的時候，那麼就需要用合成速度快的方法來合成ATP，用慢的方法來不及。

但當我們的身體單位時間內需要能量不多的時候，比如平時坐著看電視，一小時也不需要多少能量，這時身體就會用慢的ATP合成方法來合成ATP，慢慢合成，慢慢供應能量。

比如跑100米和跑馬拉松相比，雖然跑馬拉松需要的總能量需要的要比跑100米多的多。但是跑馬拉松是慢慢跑，很長時間，這樣單位時間內需要的能量要遠低於跑100米。所以馬拉松就不需要快速合成ATP，慢慢合成也供應的上。但跑100米，就10秒左右，但需要使用全力，每一秒鐘需要的能量都非常大，所以就需要想辦法快速合成ATP。

有氧代謝合成ATP慢，無氧代謝快

我們前面說了，有氧代謝產生能量，需要氧氣參與。無氧代謝產生能量不需要氧氣參與。那有氧代謝和無氧代謝哪個合成ATP更快？肯定是無氧代謝產生能量更快，因為有氧代謝需要氧氣參與，這就需要先吸入大量空氣，然後氧氣交換到血液里，血液循環再把氧氣輸送到需要能量的地方，這就耽誤功夫，需要一個過程。無氧代謝不需要氧氣，所以就省略了很多步驟。

而且，即便不考慮輸送氧氣的問題，有氧代謝也比無氧代謝慢，反應步驟就比較多，我們之後馬上會講到。

所以大家就知道了，有氧代謝合成ATP慢，無氧代謝合成ATP快。所以，順理成章的，有氧運動，一般就是能持續的時間都比較長，單位時間內需要的能量少，這類的運動。比如快步走、慢跑、騎車等等。無氧運動，單位時間內需要的能量多，往往持續不了多長時間就累的做不下去了。比如短跑、力量訓練等等。

但是大家注意，我們說有氧運動無氧運動，其實是大致的分類。因為幾乎所有運動都是有氧代謝和無氧代謝混合的方式來提供能量的，絕對的純有氧或者無氧，幾乎沒有。比如慢跑，在一開始的時候氧氣供應不上，也需要無氧代謝來提供啟動的能量。短跑，也不是一點有氧代謝也沒有，也多多少少有一點。所以我們說的有氧無氧運動，其實說的是以有氧代謝或者無氧代謝為主的運動方式。

比如運動員跑800米，有數據說，其中有氧代謝提供能量佔40%，無氧代謝佔60%。再跑快點，單位時間裡面需要的能量就更多了，無氧代謝比例就需要增加，可能無氧佔70%，有氧30%。運動強度越大，短時間內需要的能量越多，無氧代謝的比例越大，因為無氧代謝產生能量快。

具體到能量物質，給我們身體提供能量的能量物質，比如糖和脂肪。我們大家記住。糖可以有氧代謝產生能量，也可以無氧代謝產能。而脂肪，只能用有氧代謝的方法合成ATP。也就是說，我們說無氧代謝合成ATP，這兩種能量物質裡面，只能用糖，脂肪做不到。

所以我之前老說，低強度運動，身體主要消耗脂肪，消耗糖比較少。運動強度越大，消耗糖的比例也越大。今天講到這兒，大家就明白是為什麼了吧？就是因為糖可以無氧代謝合成ATP，所以提供能量要比脂肪快得多，運動強度一高了，單位時間內需要的能量多了，脂肪合成ATP速度根本跟不上，所以只能提高使用糖的比例。

這就是說，運動時消耗什麼，首先是運動強度決定的。而有些觀點說，「運動先消耗糖，半小時後才開始消耗脂肪」，我們了解了基本理論就知道了，這完全是胡說八道。運動時的能量消耗，首先都是同時的，剛才說了，沒有純有氧運動或純無氧運動。至於糖和脂肪具體的比例，則要首先看運動強度。

所以，很多人問健身純理論怎麼應用？其實就是這麼應用。我們要學會把理論轉化一下，用來指導實踐。當我們理論學習達到了一定的深度和廣度，再具備這種轉化的能力，那你就非常了不起了。比那些不懂理論，東一點兒西一點兒劃拉一大堆現成「結論」的人要強得多得多。

運動強度特別高的時候，儲存在肌肉里的糖提供能量也跟不上了，就需要使用提供能量更快的物質，就是磷酸肌酸。

磷酸肌酸

下面我們就開始講這兩種代謝方法都是怎麼合成ATP的。

ATP合成，主要是無氧和有氧代謝兩大類途徑。先說無氧。無氧代謝合成ATP，就是讓身體不用氧氣，把能量物質里的能量，放進ATP里。無氧代謝合成ATP，主要是兩種方法，一個是磷酸原供能、一個是糖酵解供能。

我們不用管什麼叫磷酸原，普通生物化學跟運動生物化學裡面，磷酸原的定義還不一樣，容易亂。我們知道，磷酸原供能，主要就指磷酸肌酸提供能量就可以了。

肌酸，很多人很熟悉。磷酸肌酸，簡單說，其實就是肌酸加上了一個磷酸基團。我們講ATP的時候講了，ATP就是三磷酸腺苷，裡面有3個磷酸基團。把磷酸基團扔掉，就能產生能量。磷酸肌酸也一樣，磷酸肌酸就是帶著一個磷酸基團的肌酸，需要能量的時候，磷酸肌酸把這個磷酸基團提供出去，就釋放了能量。

我們平時補充肌酸，其實就是干這個用的。補充了肌酸，肌酸進入體內之後，獲得一個磷酸基團，變成了磷酸肌酸，就帶上能量了，然後存著，需要的時候呢釋放能量。磷酸肌酸合成ATP不需要氧氣參與。反應簡式我們看一下。

我們看這個反應，中間是兩個箭頭，能往這邊反應，也能返回來逆著反應。從左往右，就是磷酸肌酸釋放能量。反過來，從右往左，就是肌酸獲得一個磷酸基團，變成磷酸肌酸的過程。劇烈運動的時候，磷酸肌酸跟ADP生成ATP，這個ATP就可以拿來給運動提供能量了。運動停止，又有新的ATP把磷酸基團給肌酸，讓肌酸變成磷酸肌酸，儲存能量。簡單說這是這麼個過程。

我們可以把肌酸理解成充電電池，沒電的時候就是肌酸，拿ATP給它充電，充好電的電池就是磷酸肌酸，運動的時候就能用。磷酸肌酸電用完了，又變成肌酸。運動停止後，身體再馬上找ATP給肌酸充電。就這麼來回倒騰。

磷酸肌酸提供能量有一個什麼特點？就是速度快，只需要一步反應，直接生成ATP。所以，在我們身體做強度特別大的運動的時候，就需要磷酸肌酸來提供能量，除了ATP水解，就屬它提供能量速度最快。

什麼樣的運動主要需要磷酸肌酸來供能呢？就是持續時間非常短，使得勁兒非常大的運動，比如短跑、還有跳遠時跳躍的一瞬間、還有舉重等等。這些運動的特點，都是需要極限的力量，使出自己最大的勁兒，只能持續那麼幾秒鐘，然後就沒勁兒了。

磷酸肌酸主要儲存在肌肉裡面，但是磷酸肌酸在肌肉裡面的儲量也很有限，一般只夠提供6-8秒的極限力量的運動（當然這個時間在不同的書裡面說法也不一樣，最多一般也不會超過10秒）。超過這個時間，磷酸肌酸就用完了，極限力量的運動也就沒法繼續堅持，就要停下來。運動一停，身體就又會用肌酸合成新的磷酸肌酸。比如我們舉重，杠鈴一扔下來，這時肌酸又開始找ATP要磷酸基團，合成磷酸肌酸，儲存能量。

這個過程叫磷酸肌酸的恢復，速度很快。一般30秒就能恢復一半，3-5分鐘就可以基本恢復（當然這個數字不同的書裡面也不一樣，但大致都是這個時間）。也就是說，一次極限力量的運動之後，休息3-5分鐘後，身體就又有能量完成下一次這樣的運動了。

磷酸肌酸的恢復速度，對安排訓練時候的組間休息時間很重要。比如我們練舉重，使用特別大的重量，每組完成很少的數量，就算一組，組間休息時間也比較長，一般是3-5分鐘。因為舉重訓練主要使用磷酸肌酸供能，這個3-5分鐘，目的就是讓肌肉里的磷酸肌酸基本完成恢復，這樣才能完成下一組訓練，否則下一組訓練能量物質不夠，就無法使用極限的負荷，訓練效果就受影響。

但健美訓練呢，因為用的重量比舉重訓練小，所以雖然也要使用磷酸肌酸，但對磷酸肌酸的依賴不是那麼強，而主要靠糖酵解供能。糖酵解使用的是糖，一時半會兒用不完。所以健美訓練組間休息主要需要考慮肌肉內乳酸的清除時間就可以了，休息時間就不需要那麼長。所以我們知道，力量訓練組間休息時間都不是隨便定的，都是有目的有原因的。

用來讓肌酸恢復成磷酸肌酸需要的ATP哪兒來的呢？一般就是通過有氧代謝合成的。簡單說，磷酸肌酸用完了，運動後，要靠有氧代謝合成的ATP給它充電。所以，這就是運動後消耗能量的一種途徑。為什麼我們說力量訓練，無氧氣比例大，不直接消耗多少脂肪，還有不錯的減肥效果呢？就是因為，雖然運動當時是靠無氧功能，脂肪用不上。但停止運動後，要通過有氧代謝來補充能量。

肌酸的恢復速度，一般I型肌纖維中要比II型肌纖維快，這可能也是因為I型肌纖維有氧代謝能力更強的原因。當然，一般來說肌酸的儲量，II型肌纖維里比I型要高。

做力量訓練的人，平時喜歡補充一些肌酸，實際上就是希望肌肉裡面的肌酸多儲存一些，也就是多儲存一些可以充電的電池，這樣力量訓練時就可以有更多能量。關於肌酸補充劑，我們講到補充劑的時候，會詳細講，這裡講多了容易攪亂大家的思路。

磷酸原供能，主要是磷酸肌酸。還有2個ADP通過肌激酶催化合成1個ATP，這叫ADP的縮合，其實也屬於磷酸原供能，但這不是特別主要我們就不講了。另外磷酸肌酸還有一個重要的作用，是把線粒體裡面合成的ATP的能量轉運出去，因為ATP自己不能穿透線粒體膜。這個作用也非常重要，但跟運動關係不大我們就不講了。

好，這是講磷酸肌酸合成ATP。我們說了身體合成ATP兩類途徑，一類有氧，一類無氧，磷酸肌酸，就是無氧代謝合成ATP的主要方法之一，另外一個方法，就是糖的酵解。我們看下面的板書整理一下思路。

糖酵解

糖酵解，顧名思義，是用糖合成ATP的一種方式。這個糖可以是糖原，也可以是葡萄糖。簡單理解，糖酵解，這就是這些糖在沒有氧氣參與的情況下，無氧條件下合成ATP的過程。為什麼叫酵解呢？因為乳酸菌發酵葡萄糖產生醇類的過程，跟這個過程基本相同，所以叫酵解。

總的來說，糖酵解就是把糖變成一種叫丙酮酸的東西，這個過程，能生成一些ATP。

糖酵解，如果從葡萄糖開始，要10步反應，從糖原開始，需要11步反應（當然有的書上不一樣，是把丙酮酸變乳酸也算一步反應了）。我們對比一下磷酸肌酸合成ATP，只需要1步反應。所以糖酵解合成ATP的速度，要比磷酸肌酸慢。

磷酸肌酸供能速度最快，我們說了，是在使用極限力量的時候，那些持續時間一般為6-8秒的運動。糖酵解呢，合成ATP比它要慢一點，所以是在次極限運動時的主要供能方式。一般來說是持續時間2-3分鐘的運動，主要是糖酵解提供能量。比如跑步時最後幾百米衝刺、100米游泳、400米跑、健美力量訓練等等。

糖酵解維持的運動時間，一次也就是2-3分鐘。超過這個時間，不是說糖不夠了，而是肌肉酸的受不了了。我們做運動的時候也有這個經驗，強度比較高的話，運動一小會兒肌肉就很酸，力量也使不出來了。為什麼會這樣，就是因為無氧糖酵解，會產生乳酸。我們老說無氧運動產生乳酸，其實說的就是說這件事。

這個乳酸是怎麼來的呢？糖酵解，剛才說了，是產生丙酮酸。丙酮酸如果在有氧的情況下，就會進入線粒體，進行有氧分解，產生能量，最後變成二氧化碳和水，這個過程就是有氧代謝了。但丙酮酸在無氧的情況下，就會變成乳酸。所以我們做無氧運動時，肌肉里的乳酸就是這麼來的。

做高強度運動時，肌肉無氧代謝比例大，肌肉裡面乳酸濃度迅速提高，我們肌肉就會感覺越來越酸痛。這時候我們停止運動，很快肌肉就不酸了，這是肌肉里的乳酸迅速的清除了，分散到了臨近肌肉纖維里，和進入血液裡面。這樣，我們就能進行下一組訓練了。

肌肉里的乳酸清除速度非常快，基本上是即產生即清除。所以過去說運動後第二天肌肉酸痛是因為肌肉里堆積了乳酸，那純屬是胡說八道。關於乳酸，我們後面還會詳細講。

糖酵解還有一個特點，是產生的能量少。1分子葡萄糖，糖酵解只能凈產生2分子ATP，為什麼叫凈產生呢，因為這個過程本來是產生4分子ATP的，但同時又要消耗2分子ATP。所以最後凈生成2分子ATP。如果從糖原開始糖酵解，則凈產生3分子ATP。

有氧氧化合成ATP

最後說一下合成ATP的另外一大類方法，就是能量物質的有氧氧化。前面說了，有氧運動，就是靠這種方式合成ATP。其實就是把糖、蛋白質、脂肪在有氧氣參與的情況下合成ATP的過程。我們身體的能量需要，絕大多數是靠這種方法來提供的。

能量物質的有氧氧化過程很複雜，亂七八糟的生化反應一大堆，這裡咱們都不講了。大家對有氧氧化有個基本概念就可以。能量物質的有氧氧化，反應的地點就是在線粒體裡面了。比如我們之前說了，脂肪的氧化，就是在線粒體裡面。

有氧氧化，不管是糖還是脂肪，速度都比較慢，比糖酵解還要慢得多。所以，單位時間需要能量少的運動，才可以靠有氧代謝提供能量，比如我們低強度的有氧運動，或者平時不運動的時候，主要都是靠能量物質有氧代謝來提供能量。

但我們注意，糖酵解和糖的有氧氧化，不是兩件事，而是有關聯的。糖的有氧氧化，也要經過糖酵解這一步。糖通過糖酵解產生丙酮酸，無氧的情況下變成乳酸。如果有氧的情況下，丙酮酸就直接進入線粒體，轉化成乙醯輔酶A，進入克氏循環進行有氧代謝了。有氧代謝，相當於把糖的能量徹底釋放。

也就是說，糖的有氧代謝，要先糖酵解。當然，這看似是一個連續的步驟，但實際上在身體裡面，這些步驟都是無時無刻不在同時發生的。

有氧氧化的另一個特點是產生的ATP多，剛才也說了，糖酵解，1分子葡萄糖，只能凈產生2分子ATP。而1分子葡萄糖徹底的有氧氧化，包括糖酵解在內，一共能產生38分子ATP。當然這個數字是理想的數字，實際情況里不一定是這麼多。可能是30個左右。脂肪有氧氧化產生的ATP更多，這個我們後面再說。所以，可以這麼說有氧氧化產生的ATP多，但速度慢。無氧代謝產生的少但速度快。

另外關於1分子葡萄糖徹底氧化能生成多少ATP，不同的書給的數字有可能不一樣，大家看到不要覺得奇怪。因為能量物質的氧化機制很複雜，受到很多因素的影響。通常來說，理論數字是38個ATP，大家記住這個數字就可以。關於糖代謝，下節課我們會詳細講。

這僅僅是說糖的有氧代謝，脂肪、蛋白質，也可以有氧代謝，我們接下來都會專門拿出來講。脂肪的代謝，跟減肥關係最大。蛋白質的代謝，跟保肌增肌關係最大。所以這部分內容，是健身的最最基礎的內容，想要科學健身，這部分內容必須要掌握