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新陳代謝

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1 拼音

xīn chén dài xiè

2 英文參考

metabolism

(saying) to replace the old with the new

3 注解

新陳代謝是生物體生命活動過程中化學變化的總稱,簡稱代謝。指各種物質在細胞發生的一切化學反應能量變化,也可泛指生物在其生命活動過程中與外界環境所進行的物質交換和能量交換。代謝中的化學反應,幾乎都是在酶的催化下進行的,即為酶促反應。而且許多酶連續地、按順序地起作用,形成多酶系統,使第一個酶促反應的產物變成第二個酶促反應的底物,以此類推。習慣上,把這種連續的變化叫做代謝途徑,把途徑中的物質叫做代謝中間物或代謝物。途徑中的每一步驟都是不大的化學變化,如去掉、轉移或添加一個特殊的原子分子功能基。通過有次序地、一步一步地變化,使生物分子轉化成某種物質或代謝的終產物。

可以把代謝作用分成分解代謝(異化作用)和合成代謝(同化作用)兩個過程。分解代謝是由復雜的物質分解比較簡單的物質,而合成代謝則是從簡單的物質生成更復雜的物質。細胞中的各種物質,不斷合成又不斷分解,就在細胞物質這種“動態平衡”的過程中,生物得以維持生命。分解代謝是一種釋放能量的過程,而合成代謝則是一種吸收能量的過程。這種能量的變化主要表現為三磷酸腺苷ATP)的消耗與生成。生物對能量的需要主要是靠葡萄糖的氧化分解來得到滿足的。葡萄糖氧化供能的總方程式是:C6H12O6 6O2→6CO2 6H2O 能 這個過程包含數十步化學反應,其中多數是釋能反應。所釋放的能量有很大一部分被細胞“捕獲”,并轉化到ATP分子中,因此在整個葡萄糖分解代謝途徑中有ATP的凈合成。在氧氣供應充分時,細胞中其他含有碳、氫、氧元素有機物(如脂肪酸甘油等),大多數能氧化分解,最終生成CO2、水和ATP,只是在生物總能量的供應中,其他物質的分解一般不如葡萄糖氧化那么重要。細胞中含氮有機物(如氨基酸)的分解要復雜得多。分子中的碳氫部分的分解大多與葡萄糖或脂肪酸的分解匯合。分子中的含氮部分,常轉變成不同的含氮終產物排出體外。人尿中的尿素就是由氨基酸的氨基部分變成的。不同動物的含氮終產物并不相同。活細胞能合成多種特有的物質。合成代謝十分復雜和重要,尤其是在生物生長或受傷復原的時候。各種生物的合成代謝也比分解代謝有更多的差異。合成代謝是消耗能量的過程,一種物質的生成往往也要經過數十步化學反應。+,是由成百上千的氨基酸組成的。各種氨基酸必須通過消耗ATP的某種方式預先“活化”,方能按照一定順序聚合生成特定的蛋白質。又如重要遺傳物質脫氧核糖核酸DNA)含有多個脫氧核苷酸單位。各種脫氧核苷酸也必須先消耗ATP轉變成具有較高能量的脫氧核苷磷酸化合物,才可作為DNA的直接合成原料。生物細胞中其他物質合成時,也幾乎都要消耗ATP。動物總是利用食物中現成的有機材料轉化成自身需要的有機物質。但是,動物不能合成某幾種氨基酸、某幾種脂肪酸和幾乎所有的維生素。因而這些必要的物質都直接取自食物。植物種子貯存大量有機養料,在萌發前和萌發時,種子中的代謝活動與動物細胞中的代謝活動有很多相似之處。植物只需要空氣、水、無機鹽,以及簡單的無機氮源(常是氨或硝酸鹽)就可生存。通過光合作用,植物能“捕捉”太陽輻射能,將CO2和水合成葡萄糖,再由葡萄糖合成自身所需的一切物質。人和動物的食物直接或間接(通過其他動物)來自植物。合成代謝和分解代謝同時進行,而且密切相關。許多合成代謝的原料來自分解代謝的中間產物,動物合成代謝所需的能量也取自分解代謝。但某物質與其特定產物間的分解代謝途徑和相應的、方向相反的合成途徑并不相同。分解途徑和合成途徑可能具有不同的反應中間物或在中間步驟中利用不同的酶促反應。如葡萄糖在肝臟中通過10步連續的酶促反應分解成丙酮酸,而在丙酮酸轉變成葡萄糖的合成途徑中只有8步反應為相應酶促反應的逆反應,有2步反應則被另外完全不同的酶促反應所代替。同樣,從氨基酸合成蛋白質,以及從乙酰輔酶A合成脂肪酸,也不是蛋白質分解產生氨基酸和脂肪酸分解成乙酰輔酶A途徑的逆行。在兩種物質間具有不同的合成和分解代謝途徑,看起來是浪費,但從能量角度看,合成代謝途徑(耗能)必與分解代謝途徑(產能)不同;合成代謝與分解代謝分別、獨立地進行有利于生物對代謝的調節控制。細胞代謝遵循最經濟的原則進行。產能的分解代謝總速度并不是簡單地被細胞能源物質的可用率或濃度控制,而是被細胞對能(ATP)的需要調節。因此,細胞適應任何時候能量利用的速度,僅消耗剛夠用的營養物。分解代謝對能量需要的變化十分敏感,能很快適應細胞的需求。如蠅飛行時,由于飛行肌對ATP的突然需要,在不到1秒鐘內,氧氣和能源物質的消耗速度增加了100倍。又如,生長中的細胞合成氨基酸的速度和比例正好滿足某一時刻組裝新生蛋白質的需要;在20種基本氨基酸中,沒有一種超產或不足。許多動物和植物可以貯存供能和供碳的營養物如脂肪糖類,但一般不能貯存蛋白質、核酸或簡單的前體物質。這些物質在細胞需要時才合成,而且只合成所需要的量。植物種子和卵細胞是例外,它們常貯存大量蛋白質作為胚生長時的氨基酸來源。

新陳代謝包括物質代謝能量代謝。物質代謝又分為同化作用和異化作用。同化作用是將外界物質轉化為組成生物體的物質并儲存能量;異化作用是分解生物體的物質以釋放能量并將廢物排出體外。能量代謝又分為放能代謝和吸能代謝。物質代謝和能量代謝是密不可分的,在進行物質代謝的同時,必然伴隨著能量代謝。生物通過新陳代謝與外界進行著物質交換和能量交換。新陳代謝是生物的主要特征之一。新陳代謝一旦停止,生物就會死亡。

通過新陳代謝研究,人們認識到生物的種類不同,代謝類型也有所不同。特別是微生物有著一般生物所沒有的代謝類型。在發酵工業上通過對微生物的培養可得到不同種類的代謝產物,如乙醇乳酸醋酸丙酮、丁醇等。新陳代謝還受各種因素的嚴格調節。如當生物所需的某種氨基酸的合成過剩時,生物體通過調節,停止合成這種氨基酸。根據這一原理,在發酵工業上,可采用失去相應代謝調節能力的微生物突變體來生產人類所需的產品。如用一種失去抑制賴氨酸。這種突變體在所需賴氨酸的合成過剩時,仍能繼續不斷地合成這種氨基酸。

物質代謝是泛指生物體與外界不斷交換物質的過程,包括從體外吸取養料和物質在體內的變化。狹義的代謝是指物質在細胞中的合成和分解過程,一般稱中間代謝。合成代謝一般是將簡單物質變成復雜物質,而分解代謝則是將復雜物質變為簡單物質。代謝過程是生命現象的基本特征。糖、脂肪和蛋白質的合成途徑各有不同,但它們的分解途徑的共同點是,氧化成CO2和H2O。新陳代謝是機體生命活動的基本特征,新陳代謝包括物質代謝與相傳伴的能量代謝,簡稱代謝。

糖、脂肪、蛋白質三種營養物質,經消化轉變成為可吸收的小分子營養物質而被吸收入血。在細胞中,這些營養物質經過同化作用(合成代謝),構筑機體的組成成分或更新衰老組織;同時經過異化作用(分解代謝)分解為代謝產物。合成代謝和分解代謝是物質代謝過程中互相聯系的、不可分割的兩個側面。

在分解代謝過程中,營養物質蘊藏的化學能便釋放出來。這些化學能經過轉化,便成了機體各種生命活動的能源,所以說分解是代謝的放能反應。而在合成代謝過程中,需要供給能量,因此是吸能反應。可見,在物質代謝過程中,物質的變化與能量的代謝是緊密聯系著的。生物體內物質代謝過程中所伴隨的能量釋放、轉移和利用等,稱為能量代謝(energy metabolism)。

機體所需的能量來源于食物中的糖、脂肪和蛋白質。這些能源物質分子結構中的碳氫鍵蘊藏著化學能,在氧化過程中碳氫鍵斷裂,生成CO2和 H2O,同時釋放出蘊藏的能。這些能量的50%以上迅速轉化為熱能,用于維持體溫,并向體外散發。其余不足50%則以高能磷酸鍵的形式貯存于體內,供機體利用。體內最主要的高能磷酸鍵化學物是三磷酸腺苷( ATP)。此外,還可有高能硫酯鍵等。機體利用ATP去合成各種細胞組成分子、各種生物活性物質和其他一些物質;細胞利用ATP去進行各種離子和其它一些物質的主動轉運,維持細胞兩側離子濃度差所形成的勢能;肌肉還可利用ATP所載荷的自由能進行收縮和舒張,完成多種機械功。總的看來,除骨骼肌運動時所完成的機械功(外功)以外,其余的能量最后都轉變為熱能。例如心肌收縮所產生的勢能(動脈血壓)與動能(血液流速),均于血液在血管內流動過程中,因克服血流內、外所產生的阻力而轉化為熱能。在人體內,熱能是最“低級”形式的能,熱能不能轉化為其它形式的能,不能用來作功。

生物體是通過物質的氧化獲得能量的,但物質氧化時所產生的能量一般不能直接被利用。機體利用能量的方式是將生物氧化系統釋放的能量,以高能鍵的形式先貯存在生物體內的ATP中(ATP是核苷酸-三磷酸腺苷英文名稱的縮寫,其分子是由一分子腺嘌呤,一分子核糖和三分子磷酸連接而成),當需要時再釋放出來供各種生理活動和生化反應需用。所以在物質代謝同時也有能量代謝。

生物氧化過程,即是由各種有機物(食物來源)在酶的作用下,氧化生成CO2和H2O,并釋放出能量的過程。

由于酶的催化作用,生物氧化得以在比較溫和的條件下及有水的環境中進行,并且能量主要是以自由能形式逐步釋放直接供給需要能量的過程。

通過食物氧化得到的能量主要用于合成ATP。然后在適當的催化劑存在時,ATP將經歷三步水解,其提供的能量可用來引起其他化學反應。各種生物活動,如核酸、蛋白質的生物的合成、糖、脂肪、藥物等物質的代謝,以及細胞內外物質的轉運等等,都有ATP參與。ATP被稱為生物體內的能量使者。

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  • 評論總管
    2018/10/18 21:27:07 | #0
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本頁最后修訂于 2010年3月17日 星期三 21:33:10 (GMT+08:00)
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