新陈代谢
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简称代谢，指各种物质在细胞内发生的一切化学反应和能量变化，也可泛指生物在其生命活动过程中与外界环境所进行的物质交换和能量交换。代谢中的化学反应，几乎都是在酶的催化下进行的，即为酶促反应。而且许多酶连续地、按顺序地起作用，形成多酶系统，使第一个酶促反应的产物变成第二个酶促反应的底物，以此类推。习惯上，把这种连续的变化叫做代谢途径，把途径中的物质叫做代谢中间物或代谢物。途径中的每一步骤都是不大的化学变化，如去掉、转移或添加一个特殊的原子、分子或功能基。通过有次序地、一步一步地变化，使生物分子转化成某种物质或代谢的终产物。可以把代谢作用分成分解代谢（异化作用）和合成代谢（同化作用）两个过程。分解代谢是由复杂的物质分解成比较简单的物质，而合成代谢则是从简单的物质生成更复杂的物质。细胞中的各种物质，不断合成又不断分解，就在细胞物质这种“动态平衡”的过程中，生物得以维持生命。分解代谢是一种释放能量的过程，而合成代谢则是一种吸收能量的过程。这种能量的变化主要表现为三磷酸腺苷（ATP）的消耗与生成。生物对能量的需要主要是靠葡萄糖的氧化分解来得到满足的。葡萄糖氧化供能的总方程式是：C6H12O6 6O2→6CO2 6H2O 能 这个过程包含数十步化学反应，其中多数是释能反应。所释放的能量有很大一部分被细胞“捕获”，并转化到ATP分子中，因此在整个葡萄糖分解代谢途径中有ATP的净合成。在氧气供应充分时，细胞中其他含有碳、氢、氧元素的有机物（如脂肪酸、甘油等），大多数能氧化分解，最终生成CO2、水和ATP，只是在生物总能量的供应中，其他物质的分解一般不如葡萄糖氧化那么重要。细胞中含氮有机物（如氨基酸）的分解要复杂得多。分子中的碳氢部分的分解大多与葡萄糖或脂肪酸的分解汇合。分子中的含氮部分，常转变成不同的含氮终产物排出体外。人尿中的尿素就是由氨基酸的氨基部分变成的。不同动物的含氮终产物并不相同。活细胞能合成多种特有的物质。合成代谢十分复杂和重要，尤其是在生物生长或受伤复原的时候。各种生物的合成代谢也比分解代谢有更多的差异。合成代谢是消耗能量的过程，一种物质的生成往往也要经过数十步化学反应。＋，是由成百上千的氨基酸组成的。各种氨基酸必须通过消耗ATP的某种方式预先“活化”，方能按照一定顺序聚合生成特定的蛋白质。又如重要遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）含有多个脱氧核苷酸单位。各种脱氧核苷酸也必须先消耗ATP转变成具有较高能量的脱氧核苷三磷酸化合物，才可作为DNA的直接合成原料。生物细胞中其他物质合成时，也几乎都要消耗ATP。动物总是利用食物中现成的有机材料转化成自身需要的有机物质。但是，动物不能合成某几种氨基酸、某几种脂肪酸和几乎所有的维生素。因而这些必要的物质都直接取自食物。植物种子贮存大量有机养料，在萌发前和萌发时，种子中的代谢活动与动物细胞中的代谢活动有很多相似之处。植物只需要空气、水、无机盐，以及简单的无机氮源（常是氨或硝酸盐）就可生存。通过光合作用，植物能“捕捉”太阳的辐射能，将CO2和水合成葡萄糖，再由葡萄糖合成自身所需的一切物质。人和动物的食物直接或间接（通过其他动物）来自植物。合成代谢和分解代谢同时进行，而且密切相关。许多合成代谢的原料来自分解代谢的中间产物，动物合成代谢所需的能量也取自分解代谢。但某物质与其特定产物间的分解代谢途径和相应的、方向相反的合成途径并不相同。分解途径和合成途径可能具有不同的反应中间物或在中间步骤中利用不同的酶促反应。如葡萄糖在肝脏中通过10步连续的酶促反应分解成丙酮酸，而在丙酮酸转变成葡萄糖的合成途径中只有8步反应为相应酶促反应的逆反应，有2步反应则被另外完全不同的酶促反应所代替。同样，从氨基酸合成蛋白质，以及从乙酰辅酶A合成脂肪酸，也不是蛋白质分解产生氨基酸和脂肪酸分解成乙酰辅酶A途径的逆行。在两种物质间具有不同的合成和分解代谢途径，看起来是浪费，但从能量角度看，合成代谢途径（耗能）必与分解代谢途径（产能）不同；合成代谢与分解代谢分别、独立地进行有利于生物对代谢的调节控制。细胞代谢遵循最经济的原则进行。产能的分解代谢总速度并不是简单地被细胞能源物质的可用率或浓度控制，而是被细胞对能（ATP）的需要调节。因此，细胞适应任何时候能量利用的速度，仅消耗刚够用的营养物。分解代谢对能量需要的变化十分敏感，能很快适应细胞的需求。如蝇飞行时，由于飞行肌对ATP的突然需要，在不到1秒钟内，氧气和能源物质的消耗速度增加了100倍。又如，生长中的细胞合成氨基酸的速度和比例正好满足某一时刻组装新生蛋白质的需要；在20种基本氨基酸中，没有一种超产或不足。许多动物和植物可以贮存供能和供碳的营养物如脂肪和糖类，但一般不能贮存蛋白质、核酸或简单的前体物质。这些物质在细胞需要时才合成，而且只合成所需要的量。植物种子和卵细胞是例外，它们常贮存大量蛋白质作为胚生长时的氨基酸来源。
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| Tag: 代谢 合成 分解 细胞 反应 能量 氨基酸 ATP |
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