分子生物学在运动人体科学领域的应用

张业廷 王昕 刘静

（成都体育学院，四川 成都 610041）

运动人体科学是以研究人体在经过体育运动后身体机制的变化为主的学科。随着现代生物学技术的不断发展，运动人体科学的研究得到了空前的发展。尤其是分子生物学技术在运动人体科学领域的应用，使得运动对人体产生影响的机制研究深入到细胞分子的水平。相信随着分子生物学的进一步发展以及与运动人体科学领域的更好结合，运动人体科学研究将得到更加深入的发展。

1 分子生物学及其主要研究内容

分子生物学是从分子水平研究生命的现象、生命本质、生命活动及其规律的科学。分子生物学的价值体现在将各种生物分子（蛋白质、核酸等）的特性联系起来，从分子角度阐释生命科学的最基本问题，诸如生命的稳态、生命的存活与死亡、生命的繁殖、生命的发生及进化的机制等[1]。

1.1 核酸分子生物学

核酸分子生物学主要研究核酸的结构与功能。分子遗传学是其主要组成部分。该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。研究的内容主要包括核酸与基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因工程技术的发展和应用和基因表达调控的调控等。

1.2 蛋白质分子生物学

蛋白质分子生物学研究蛋白质的结构与功能。其研究难度较大，比核酸分子生物学发展缓慢。近年来虽然对于蛋白质的结构以及其与功能关系方面取得了一些进展，但是对于它的基本规律的认识缺乏突破性的进展。

1.3 细胞信号转导分子生物学

细胞信号转导分子生物学主要研究细胞内及细胞间的信息传递分子基础。其研究的目标是阐明这些传递机制的分子机理，明确每一种信号转导与传递的途径及参与该途径的所有分子的作用和调节方式以及认识各种途径间的网络控制系统，是当前分子生物学发展最迅速的领域之一。

2 分子生物学在运动人体科学研究中的应用

2.1 进行科学的运动选材

运动员的科学选材是取得优异成绩、攀登世界冠军宝座的最强有力的因素。运动选材是竞技体育、科学训练必须首先解决的重要问题。运动员的运动成绩取决于其运动能力，运动能力包括体能、技能、智能和心理能力等，可以分为先天性的和后天性的两个部分。其中运动员生来就具有的一些特性，即遗传性，就是先天性部分。科学的运动员选材就是对少年儿童的运动能力的遗传性做出准确的预测[2]。

限制性片段长度多态性（RFLT），多聚酶链式反应（PCR）,随机扩增多态性DNA（RAPD）以及卫星DNA等技术已经应用到运动员的科学选材中，因为运动员的一些运动能力，形态技能具有很大的遗传性，所以将分子生物学技术应用于运动员选材上将更准确、更加的科学[3]。

2.2 运动对肌肉影响的分子生物学机制

由于分子生物学对蛋白质以及核酸的研究优势，其理论与方法已经应用到肌细胞的一些功能蛋白与相应基因及其表达调控的研究中。其中对于不同的运动条件下的肌纤维的膜受体蛋白、膜载体蛋白、膜脂质，与收缩相关的蛋白、构成细胞骨架的蛋白、相关基因及其表达调控，肌肉细胞凋亡的适应性变化特征与机制进行了比较系统的研究[4-6]。

2.3 运动疲劳的分子生物学机制研究

运动疲劳一直以来都是体育科学界非常重视的课题。关于运动疲劳研究的机制正向分子甚至原子水平发展，找出引发运动疲劳的最终机制，就很容易研究出避免疲劳或尽快消除疲劳的方法和手段，从而指导运动训练[7]。

目前分子生物学对运动性疲劳的研究可以分为以下四个部分：（1）引起运动性疲劳的细胞内分子，如酶、基因、信号传导因子、连接蛋白等；（2）细胞外分子，如神经递质、激素、转运蛋白、细胞因子、免疫球蛋白、补体分子等；（3）细胞膜分子，如受体、膜转运蛋白等；（4）细胞内外广泛存在的分子，如葡萄糖、脂肪酸、水、无机盐和氨基酸等。其中，对于细胞内外广泛存在的分子的运动性疲劳机制已较为明朗[8-9]。

2.4 运动减肥分子生物学机制研究

随着人类社会物质文明的高度发展，人们的生活水平不断提高，肥胖作为一种营养代谢紊乱疾病，对人类的健康造成了越来越大的影响。运动对于减肥有着极其显著的作用，目前关于有氧运动促进甘油三酯水解的分子生物学机制研究正在展开。目前对于运动减肥的分子生物学机制主要是研究各种信号转导系统对脂滴包被蛋白（Perilipin）的影响，进而对脂肪分解产生作用。其中主要的信号转导系统包括肾上腺素-cAMP-PKA途径，胰岛素-cAMP-PKA途径以及TNF-a途径等[10]。

2.5 运动影响学习与记忆能力的分子生物学机制研究

越来越多的研究表明，长期科学有规律的运动有助于提高学习记忆能力。运动对学习记忆的影响机制十分复杂，一直以来都是研究的热点。目前大量的研究主要集中在运动对神经元质膜受体、细胞内信号传导以及核内基因表达转录调控上。主要包括对BDNF、NMDA受体、AP21及转录因子CREB等影响因素的研究[11]。可以预见，经过分子生物学的不断发展，如PT-PCR技术、蛋白质质谱技术、基因芯片及蛋白质芯片技术的广泛应用，将使得运动对于学习记忆能力产生影响的分子生物学机制的研究将更加的深入。

2.6 运动与生物节律分子生物学机制研究

人体的运动能力呈现一定的周期性变化，这种变化与生物节律有关。运动中能够有效的利用生物节律指导训练比赛具有重要的意义。我们已经了解了生物节律的规律，但是它的运行机制还没有完全被认知。目前生物钟机制的研究从三个方面展开：（1）由振荡器所组成的震荡环；（2）生物钟与外界环境保持同步的机制：（3）位于节律输出通道上的基因[12-13]。

3 结语

随着分子生物学的进一步发展和完善，特别是基因芯片技术以及蛋白质芯片技术的发展，其在生命科学领域的研究将得到更加深入的应用。同时，它也为运动人体科学领域的研究提供了全新的技术和方法。并且在更多的运动人体科学领域得到应用，对更多的运动机制进行分子甚至原子水平的阐释。不容置疑，以分子生物学为代表的生命科学技术将会为运动人体科学领域发展开辟广阔的前景，实现体育更加健康快速的发展。

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