2013年9月27日 星期五

粒線體與白肉、紅肉

粒腺體與白肉、紅肉 

參考文件:1”科學發展” 2011/10(466) “粒粒皆辛苦粒線體的生理功能

粒線體,mito()+khondrion(顆粒)=mitochondrion,先前可能是我們真核多細胞生物祖先的食物,當年吃進去後沒被消化分解掉,反而因為彼此的互補性而留下來共創幸福未來。孫大聖在白骨精肚裡相處就沒這麼愉快了,只能說緣份不到。粒線體加盟後成為我們真核細胞生物中細胞胞器的一員,成為ATP能量的供應源。
細胞內90%能量來自粒線體產生的ATP,後者產生ATP需要大量氧氣,所以細胞內90%的氧是提供給這個帶槍投靠的加盟者的。請注意,我們就快要步入有氧運動/無氧運動,白肉/紅肉的主題中了。
機制起來瑣碎又與本文目的無關,但可以參看一下附圖,總之,就是粒線體靠氧化合成ATP能量貨幣,所以當我們從事長期間非激烈性的耐力毅力運動時,肌肉收縮所需的ATP是出自葡萄糖與脂肪酸的氧化。(這裡附帶插入一句,脂肪酸在這個產生能量的過程中仍要碳水化合物的參與,要消脂,意味著減肥的你還得補充點麵包甜點的,哈~~)整個氧化產生ATP能量的生化過程是謂粒線體的檸檬酸循環,氧氣、三大營養素中蛋白質的氨基酸、碳水化物、三酸甘油脂的脂肪酸等缺一不可,若要加上效能,現成顯學的輔脢鈷-Q10也算上一份。參考本文唯一的一張圖片,該圖出自參考書目一。
我幹啥寫得這麼嘮叨呢?原因很簡單,這個加進大堆材火、透過粒線體熱機燃燒出來的高效率產物ATP,提供了我們人體這整段需要耐力、毅力運動所有可以持續的動力!我們因其需要氧的參與,謂之有氧運動。
那無氧運動是怎麼一回事?
從是負重訓練、百米衝刺等劇烈運動時,我們吸入的氧短期間來不及供貨配送到活動中的肌肉細胞內,使得肌肉細胞很快就進入缺氧的狀態。缺氧便使得粒線體高效率的氧化產能循環停頓下來,這時僅能靠著葡萄糖進行無氧(不需要氧的參與)糖解作用產生乳酸換取能量的供給。發電機發電量大,來不及輸電供應時只好放棄它的產能,用高污染低效能的柴電機發電應急了。缺氧環境下產生的能量是短期間應急用的,產能利用率低且會累積乳酸,我們某些運動後肌肉酸痛就是這麼來的。或許我們也可以這麼引申瞭解到,一般作息時的身體組織新陳代謝所需要的能量(還記得基本代謝率多少多少大卡嗎?),理所當然是來自粒線體盟友提供的高效能量。
紅肉白肉     身體組織各有分工,細胞內的粒線體佈署當然也會有所不同;在人體內,以骨骼肌利用ATP最頻繁,又由於骨骼肌肉的演化用途任務不同(例如:我們是直立人,兩腿走路的)而呈現不同的代謝與伸縮效率,看,又跟效率有關了,人體組織隨著生存與演化,趨於最佳化的佈署調整一直都在進行。由產生ATP主要路徑的不同,肌肉纖維可分為氧化纖維及糖分解纖維;前者肌纖收縮所需的大量ATP靠的是高活性磷酸化反應產生,別管這麼多,反正這類叫氧化肌纖維的就是需要大量氧氣和養料,所以外面需要很多血管供料、裡面需要肌紅素接應儲備氧氣,和更多的粒線體製造ATP就是了;肌紅素使我們看到這類的肌肉看起來很紅,猜到了吧?就是紅肉。紅肉組織帶氧多,同時也因為粒線體較多,是較不易疲勞的肌肉。我們人的下肢、背朝天哺乳動物的四肢等腿背肌肉都要長時間支撐身體重量,它們不能三兩分鐘就喊累喊餓喊缺氧,所以這部份的肌肉佈署會賦于屬於擁有較多血液供氧及多量粒線體產能的氧化肌纖。
另一種叫糖分解纖維的肌纖,其內的醣解酵素分佈較濃,可使碳水化合物得以快速透過醣解進入粒線體循環產生ATP,此間的肝醣自儲較多,燃料較不假外求,所以糖分解肌纖就沒有太多的小血管供氧供養料,少了肌紅素使其外表較白,是為白肉。
因為肌纖運動呈現的是收縮鬆弛的方式,產生的力量與肌纖本身的直徑正相關,肌纖束起來的數量越多也會使整體肌肉束的直徑加大力量加大。與前述的氧化纖維相比,糖分解肌纖的直徑較大,消耗ATP作功(纖維收縮運動)效率較高,也就是短時間內的肌肉爆發力較強。很平衡地,快速反應的相較比較難長效,無氧代謝下肝醣與葡萄糖沒兩下就耗完了,ATP便會供應短缺,持續工作的結果乳酸積聚、肌肉酸痛疲勞。我們人類的上肢含有較高比率的糖分解肌纖維,因此我們肌肉可以快速屈張,呈現許多巧手的肌肉協調效果,但這些快速反應完美協調動作的肌肉們卻難以耐久;這我可以作證,有回吃西湖醋魚展現高段的食魚技藝,用筷子在茄醋湯中夾取碎魚肉,一個小時後手就僵啦!
或許我應該用字更小心點,肌肉纖維分類雖旗幟鮮明,但卻也都可以各自因材施教的,否則那些苦練二頭肌、六塊肌的健力男們不就完全沒指望了?白肉紅肉涉及了整束肌肉內的兩種形態纖維的優劣勢配當分布,經驗證明我們可以藉著舉重健力等無氧運動訓練使肌肉直徑變大,單位時間爆發力變強;也可以藉長泳路跑等有氧運動加強氧化纖維周邊血管及粒線體數目使ATP產能擴增,耐力強化。
最後,wiki:紅肉是一個>營養學上的詞,指的是在烹飪前呈現岀紅色的肉,具體來說豬肉、牛肉 、羊肉 、鹿肉、兔肉等等所有哺乳動物的肉都是紅肉。後面又提到紅肉的顏色出自哺乳動物肌肉中所含的肌紅蛋白,能將氧傳送到肌肉組織內。這個說明與本文的論述應該是相符的,至於白肉,wiki本條目說明鳥魚甲殼兩生爬蟲等,只要不是哺乳類都算白肉。由於我缺乏wiki的白肉是如何定義的資訊,我無法附會本文寫的白肉(科學發展中寫的是白肌肉纖維”)就是wiki寫的白肉。我以演化來論,哺乳動物肌肉耐力或爆發力的演化不見得是創造出來的,效能也不必然一定比鳥龍蟲魚好,爬蟲與鳥類有沒有肌紅蛋白呢?

一些零碎的筆記:
1)   粒線體在以前教科書上都是寫粒腺體,以胞器的任務性質看,腺代表特定分泌酵素的裝備,好像也能說是錯誤的,今天寫成粒線體主要是依循當初發現以形狀描述的命名動機直譯回來,一個意解,一個直譯,兩個都有理。
2)   粒線體的產生ATP反應程序中其實還有另一不產出ATP的熱反應粒線體的內膜有產熱素,它們加入會把最後產出ATP的反應中斷,直接產生熱。嬰孩、冬眠的熊都用得到這個機制。主要集中在棕色脂肪內。
3)   脂肪組織有兩種棕色與白色;白色脂肪粒線體小又少,提供日常新陳代謝及有氧運動的能量。而棕色脂肪係因擁有許多細胞色素的粒線體夥集,故呈現棕色。
4)   CoQ10為輔酶,參與粒線體產生ATP的反應循環, 它們身為抗氧化劑的一種,扮演經手反應過程的電子角色。心肌與肌肉組織裡不可或缺,整個循環中若沒有CoQ10傳遞電子,則其它諸如氧及營養素即使供應充足也無法補助消耗掉的ATP。氰化物(如砒霜)的毒性即來自於襲奪電子的傳遞鏈,使氧氣無法被利用,細胞漸次轉為無氧代謝狀態,最後也就沒了ATP,導致乳酸中毒肌肉麻痺等癥候。
5)   粒線體產生ATP的循環還有一附產品,電子傳遞給氧分子後產生水;汗水就是這麼來的。
6)   紅血球不含粒線體,嘻,純正的人體細胞最後淪為跑腿帶貨的車夫角色。
7)   記得中學教科書告訴我,三大營養素可提供人體新陳代謝的能量(我的印象是用熱量”)來源,原來它們後來是提供到粒線體去!同時科學發展一文也告訴我一些數據,好像也符合當年教科書1:3,1:9的描述。一分子的棕櫚酸進入粒線體氧化後能產生138ATP;一分子醣類經由醣解反應後再進入粒線體氧化則可產生32ATP。身體饑荒,沒糖沒油時才用蛋白質的耗能先後順序也很符合。

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