生理結構的閒聊 (二) - 健身

※ 引述《fukyou (小小的奮鬥)》之銘言：
: 感謝上篇在貼文後有許多板友寫信給我關於量子力學以及粒子物理學的標準模型的建議
: 還有兩位大大各別特別寄給我一本關於磁力跟氫鍵、有關艾菲爾鐵塔的設計理念的電子書
: 也有淵博的板友犧牲了寶貴時間 回文改正我文章中的錯誤及提出許多寶貴的建議
: 對我的學習跟邏輯概念非常的有幫助 可以見識很久的時間
: 非常地感謝 我將慢慢地在有閒暇的時候珍惜地學習
: 而文章中許多的建議跟鼓勵 我也感到非常滴感謝
: 謝謝你們

: 第一篇 我大致上描繪了我想寫的對象 為了貫徹寫完的心願
: 接下來這篇我就只描述化學決定的簡單脈絡 為下一篇的「資訊的相空間的模型」
: 還有「感覺與神經到底是什麼」
: 做個簡單的起頭

: -----前言完-----

: 通常我們這個板的板友 大致都遵循某種型態的訓練系統
: 如果把漸進式超負荷、運動能量的特定性、體能發展的週期 最常使用的三種系統 分別是
: Random(隨天候或上班時間決定)、Mixed(固定日子做耐力、肌肥大、爆發力等)、
: Periodization(把一年分區 每個區塊加強特定方向的工作能力 並維持上一區塊的能力)
: 在不同的要求 會產生不同的建議 所以這就是我們板上因此問題如此紛呈的原因之一
: 而板上常見的問題 例如某種能量系統的訓練 在訓練後要吃什麼


: 比方說我看過 相信大家也看過 就是「訓練後吃東西的黃金XX分鐘」有很多的版本
: 造成版本不同的是統計上的效力 但它們的基本原理都是一樣的
: 根據運動工作能力恢復的現象 現在的建議來源都是來自
: 1.大家所熟知的Weigert超補償法則(1941,Folbrot)
: 2.Hans Selye的一般適應症狀群理論(GAS)
: 如果運動的劑量調整好 並且能量來源有充足的補充 就可以進入更高水準的恆定狀態
: 問題是更多訓量 同樣的再生(休息與飲食)就會不足
: 而在沙發上當馬鈴薯 則是並不會因此受益
: 所以那些資料是把統計上 相對比較能讓使用特定的訓練計劃者受益的規劃 拿來報告
: 以前 我看過一本奇怪的書 上面寫「運動增補一定要在訓練中才有效 之後都沒效」
: (什麼書我就不打了)
: 這樣的說法顯然不存在對背後機轉的解釋 它只採信了單一統計上的結果
: 我那時候也有看到一種新的說法 就對上一種說法存疑動搖的心態


: 基本上這些現象是來自「適應」的訊息

: 適應的具體表現舉個例子:
: 比方說我們都知道熱量不足會引起蛋白質營養不良的後果(因為需要量被熱量赤字消耗)
: http://www.fao.org/docrep/meeting/009/ae906e/ae906e11.htm
: 我們可以看到單位熱量 在缺乏程度越嚴重的時候 對蛋白質保存的效果越好
: 在能量水平上的落差 又也可以看到
: 單位時間創造熱量負平衡(運動)越大 適應的維護量亦會增加(根據訓練的功率)
: 或者是饑餓狀態 會有比較多的生長激素分泌
: 所以我們可以知道那些說法是來自一定尺度的調節能力
: 會因為差個一分鐘就差很多？

: 先看到另一個　訓練後該「進食碳水化合物、蛋白質、幾比幾」的說法
: 則是因為代謝途徑的不同跟材料本身在打造細胞過程中的用途不同
: 還有消化時間的快慢產生了差異：
: 比方說碳水化合物 特別是葡萄糖或其構成的澱粉大分子
: 可以因為代謝快而提供比較快的能量增長、影響mTOR基因的轉錄、提供較多的NADPH
: 上一篇我在後面提到NAD對葡萄糖對SIRT1基因的關係 它也跟mTOR有許多關聯
: NADPH是電子供體 它可推動激素的還原 像肌肉增長就從基因→內分泌激素、固醇推動

: 而澱粉的代謝途徑在NADPH製造硬是比其他兩個營養素蛋白質、脂肪還要多 佔全體60%
: 它也影響胰島素與胰高血糖素的比
: 所以才會在訓練後有許多碳水化合物攝入與否的建議 由來就在此
: 蛋白質也是一樣 它是生命的物質基礎 所以它當然也有自己mTOR的途徑影響代謝
: 也提供製造氫的電子供體
: 脂肪也可以製造電子供體 它對人的再生是不可或缺 只是它消化比較慢
: 所以那樣的建議有它構成的基礎源由

: 這裡還有一個問題 還記得「蛋白質─熱量的營養不良」問題嗎?
: 熱量赤字導致蛋白質攝入無法被儲存 這裡同樣地 熱量赤字也會導致nadph的生產減少
: 所以在一個混合營養素的飲食(碳水化合物、蛋白質、脂肪)
: 碳水化合物並不是就那麼簡單地把60%強給挖掉 而脂肪一旦提供熱量赤字的的補貼
: 這就間接保持整體電子供體所再生的空間
: 比方說就算碳水化合物佔100% 但熱量赤字很大
: 控制產熱的甲狀腺活動將會還是很低的
: 這是一個系統上必須要滿足的事情

推測你是想討論

生物體進食透過消化液分解食物.............................消化過程
食物裂解為可用的材料提供生物體內器官的正常運作...........代謝過程

以有機化學的角度來看
食物是 碳C 氫H 氧O 氮N 的原料.....................其他微量元素先不討論
如果不吃肉就不能長肉嗎 ?
牛可以只吃草喔
所以關鍵在於生物體能不能充分分解所攝取的食物......體內消化脢的分解能力

再來就是食物代謝途徑效率的問題
如果我們比較世代生活在北極圈的愛斯基摩人.......碳水化合物攝取量低
與大中華地區...................................習慣米做主食
二邊民族對於澱粉與蛋白質的使用效率一定有明顯的差異
這就是適應的演化

後天型糖尿病是代謝出問題最常見的疾病...........胰島素失調


至於將來有沒有可能人類轉錄行光合作用的 DNA片段
人類就不是喝水也會胖 是曬太陽也能胖 XDD
徹底解決糧食危機


: 第一點我們可看到細胞能量水準的落差引起代謝的強度 在平面可繪製成一個波
: 而進食後需要代謝的時間 所以在見解上可以理解成一個原則的問題
: 有了原則就不只是硬梆梆的數字 不再是40分鐘以內有效 41分鐘後就完全沒效
: 而發生這些事 有一個更基礎的結構 就是我上次提到的克里克的CENTRAL DOGMA
: http://en.wikipedia.org/wiki/Central_dogma_of_molecular_biology
: 這市一個設定 就像薩爾達傳說 你可以跳 而太空戰士或勇者鬥惡龍只能靠載具

: 它的設定就是(在這篇我暫排除討論反轉錄的現象)：
: 遺傳訓息從DNA傳遞給RNA→RNA傳遞給蛋白質 即完成遺傳訊息的轉錄和翻譯的過程
: 也可以從DNA傳遞給DNA 即完成DNA的複製 此為所有具細胞結構的生物所遵循的法則
: 這種訊息過程依賴的是對物質的識別 比方說我好幾天前喝了一杯高蛋白
: 但是事件跟我重訓完的合成代謝是批配不上的 我的genome沒有對此有相應的動作
: 但是我訓練完喝就有了

關鍵可能在於修復受損細胞

: 這種過程可以看到的是:化學物質的識別過程 及細胞的能量落差狀態 還有能量的感應
: 在此我們可以發現 代謝 有許多地方都要靠純粹化學作用力決定的過程
: 而作用力更基本的來源就是能量了 如果代謝作用沒有
: .能量的供給
: .有效利用能的方式
: 在邏輯上是決不可能發生的 所以我們必然可以觀察到生物的能量發生與利用管道


: 回想一下能量吧
: 球不會自己跳到籃框上 水也不會沒事就變成氫跟氧
: 所有的現象都是單行道 當然你也可以硬要回去 不過回去就要「作功」
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生物體多數的化學反應是平衡觀念 即雙向

化學反應會不會發生取決於 環境條件

水不會沒事變成氫氧
是因為在一般大氣條件是不足以發生反應............有閃電時就可以喔 臭氧反應
人為化學反應一旦行進
我們可以控制條件以取得最大產率 或終止反應

投籃球這件事是物理作功使籃球抵抗地心引力................物體本質不變
投籃球的人體內將養分轉換能量對外界作功才是化學反應......質能轉換

: 我們可以用球拍把蘋果打上去 或是把水電解
: 高低、壓力、濃度、位能...而生物體內則是用一個現象

: 「電子傳遞與質子偶聯」
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是 proton-coupled electon transfer 嗎

這就是電荷重新分布

: 比方說上面提到的NADPH好了 就是因為這套現象所發展出來而利用的分子
: H是一個帶正電的質子和一個圍繞在外帶負電的電子

: Niels Bohr假設的原子運動狀態:電子被吸引作用力抓住而繞著轉
: (這是不對的 量子力學的解釋並不相同 但這邊夠用了)

所以我們稱波耳大人的模型為 氫原子模型

: 而這樣的作用力顯然具有「能」 利用這樣的能階 我們可以把化學物質扯開來

: 而在生物化學中 質子的參與是不言明的 只會論及電子
: 當我們得到電子(與氫偶聯) 叫還原 （失去電子 就叫氧化）

: 而這種反應是相對的 在一個箱子裡 有東西合成 一定就會有東西分解
: 而我們生物的反應 donor就是佔據高能階 acceptor還原─就是低能階
^^^^^^ ?

只有1H(同位素) 擁有一個質子與電子
其他原子有複雜的 電子與電子 電子與質子 質子與質子 間交互作用力
electron coupling 是單純討論電子間的作用力

有機合成反應中
當不同原子碰面時就會開始較量 決定誰擁有電子的能力
對電荷重新分布

[ D+...A-]

提供電子的稱 electon donor
接受 electon acceptor

所形成的電偶極 electon coupling 是具有方向性
決定合成物的結構式

有些反應需額外供給能量.........大多的有機合成都需要提供熱源
有些反應會放熱.................如強酸鹼的稀釋
所以剛開始玩手工肥皂要小心


量子角度
反應前分子的電荷分布是一個平衡狀態
反應時與反應物重新計算電荷的能階分布
至於何者能階高低我沒研究.....................有人要開釋嗎
doner是提供電子者 必須遠離軌道就是高能階嗎

PS
有機化學當中最常討論的electron donor
是 氧 O: 氮N: 以及不飽和共價鍵者 C=C etc

軌道外層電子的自由度大......................可以想成比較活潑
外層電子的相對位能的確較低易參與反應

印象中好像有上過討論 MO軌道的物化四 XDDD

所謂惰性氣體 氦氣 氮氣......................氮氣常被填充在氣球
就是假設性軌道都填滿電子
電子與質子間的引力穩定平衡


舉螢光棒作例子
買來後折斷裡頭的化學物質開始作用
電荷重新分布過程中 能量位階的轉移(高到低) 釋放能量
能量差所釋放的光剛好是可見光範圍

雷射光(同步輻射 coherent radiation)就是利用激發電子
產生能階差製造光源


: 跟其他的能量反應一樣 我們可以規納出一個方向
: 就好像瀑布往下
: 這種下坡帶動了地貌之上的流動


: 題外話 所以這裡就跟一個問題很有關係
: 我們可以看到板上常問一個像這樣的問題:「我這樣有沒有效?要做幾下?要換嬤?」
: 顯然有氧運動是利用氧收容的一種能量瀑布 它可以說是生物耐力的最高成就
: 因為它提供的「高度」最大 代表說利用這條路徑最能做出(功率*時間)到達最大功數值
: 而功率*時間夠大 邏輯上我們也必然可以推斷訓練發力的單位有利用到這條途徑
: (不談純時間是因為低功率本身 就像例如說我們活著這麼久 不運動時間佔大部份
: 而身體某方面一定無時無刻地都在利用這樣的能量途徑)

: 肌肉的工作力基本上我們都知道有三個主要單位佔據：肌纖維、微血管、粒線體
: （肌纖維收縮產生機械力、微血管帶來氧氣、粒線體利用氧氣結合營養物質
: 　每一個工具都會佔據寶貴的空間 包滿纖維會非常強力 但很快就「燒完」了）
: 如果沒有利用到後面兩個氧收容的裝備(肌紅素也 也市) 它發出的最大功顯然就比較小
: 但是它單位時間發力率是比較大的
: 所以我們可看到做某運動的建議 其中很重要的原因之一是來自功的基礎
: 但是能量系統適應的挑戰不同 所以適應的結果也不同 提升的面向亦不同
: 所以沒有完全取代這種事 就算功一樣 工作能力的表現也不一樣


: 現在我知道生命所選擇的是這樣的化學能量反應　又引出了它的結構
: 當以這樣的起點為始 遺傳訊息也必然尊重這樣的形態
: 現在我們回到克里克的central dogma的第二步 : RNA→蛋白質
: 在化學上 RNA由核苷酸組成
: 核苷酸則是由磷酸根、核糖和一種鹼基組成
: 可以選擇的鹼基有四種 腺嘌呤A、鳥嘌呤G、胞嘧啶C和尿嘧啶U
: 其實鹼基有很多種 不過A與U G與C之間有化學互補的作用(DNA裡 T取代U)


基因工程常利用微生物製造欲研究的蛋白質....大腸桿菌 酵母菌 真菌(黴菌)

首先設計一段基因序列(蛋白質密碼)..........利用PCR製造出來
將此段剪貼到微生物的genome
經過轉型(transformation)的微生物因此會製造 所需要的蛋白質
純化後的蛋白質就可以作一系列的研究

定結構.....................X-ray繞射 晶體分析etc
定性.......................設計化學合成物與蛋白質反應
模擬與分析蛋白質在生物體中的反應
這是現代製藥在動物體試驗前的新策略

培養細胞可製造較複雜的蛋白質..............設備與金錢上也比較燒錢

** 這一段 是現在我們推測生物體內生理反應一個重要的證明方式 **


: 當有兩股四種分子組成的「鏈」 A、T和G、C就會結合起來
: Chargaff equations: A = T G = C
: 兩個鹼基會互相結合 並用一種特殊的化學鍵結合穩定---氫鍵
: 雖然氫鍵的作用力比起靜電斥力等力來得弱小 但只要鹼基配對越來越多 力就越來越強
: 如果隨便一串鏈子中的尾端是GACU的話 那麼對面就會形成CUGA
: 正本從負本而來 負本從正本而來 (中間有可能會發生幾個點位的變化)

: 分子的集合居然產生了奇怪的、類似於複製的作用
: 維持生命形式的基本化學從一開始就制定好了
: 控制所有化學過程的因素支配著步驟的連續性
: 但是有了這種架構 接下來的發展不在只是化學所產生的作用力
: 在這之後的世界產生了很多新的規則與內在秩序
: 打了快一個小時　餓了...下回再見了

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給你一個鼓勵

我較熟悉是化學+酵素工程
相信有對生化 生理學更了解的人為你做補充

筆順越寫越好了呢~ 加油


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