新陳代謝與生命狀態基礎

引言

活生物體進行一系列稱為新陳代謝的化學反應。代謝反應有助於生物體的生長和繁殖。從同化到運輸的每一個化學反應都屬於新陳代謝。新陳代謝包括釋放能量的化合物分解和消耗能量的化合物合成。若干代謝反應共同幫助生物體維持其生命狀態。

生命的新陳代謝基礎

新陳代謝涉及兩種型別的化學反應：分解代謝和合成代謝。

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分解代謝

將複雜化合物轉化為簡單化合物的過程稱為分解代謝。分解代謝反應產生合成代謝反應所需的能量和元素。蛋白質、脂類和碳水化合物等化合物被消化成更簡單的分子，如氨基酸、脂肪酸和單糖。更簡單的分子被細胞吸收並轉化成更簡單的分子，例如乙醯輔酶A，在此過程中釋放能量。

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分解代謝有三個階段。它們如下所示：

大型分子的消化 &minus 細胞不能直接吸收較大的分子。因此，需要酶將較大的分子分解成較小的分子。微生物分泌天然酶，而動物酶由胰腺、胃和唾液腺分泌。

當我們食用食物時，消化過程就開始了。隨著食物顆粒透過胃，它們透過小腸到達大腸。在此過程中，食物顆粒經歷了許多由酶催化的化學反應。例如，澱粉被澱粉酶分解成簡單的糖，脂類被脂肪酶消化成脂肪酸和甘油。
能量釋放 &minus 隨著食物顆粒分解成更小的單位，它們被細胞吸收並轉化成更小的分子，例如乙醯輔酶A。
能量儲存 &minus 乙醯輔酶A透過氧化過程產生水和氧化碳。在NAD+還原成NADH的過程中，釋放的能量被儲存起來。

讓我們來看一些例子。

糖酵解

將葡萄糖轉化為丙酮酸的一系列反應稱為糖酵解。這是一個涉及許多酶的十步反應。最初的五個步驟稱為準備階段，包括將六碳化合物葡萄糖轉化為兩個甘油醛-3-磷酸單位（三碳化合物）。在這些反應過程中消耗能量。

最後五個步驟統稱為產能階段，包括獲得NADH和ATP，它們是攜能分子。最後，酶丙酮酸激酶將磷酸烯醇丙酮酸轉化為丙酮酸。糖酵解涉及多種反應，如磷酸化、異構化、氧化和脫水。

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檸檬酸迴圈

在此迴圈中，發生酶介導的脂肪、蛋白質和碳水化合物中發現的乙醯輔酶A的氧化，以釋放儲存的能量。檸檬酸迴圈涉及多種化學反應，如醇縮合、脫水、水合、氧化、脫羧和磷酸化。在一系列反應過程中，參與的酶包括檸檬酸合酶和延胡索酸酶。最後，它釋放草醯乙酸，這是一種四碳化合物。

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合成代謝

合成代謝是一個耗能的過程，它涉及從更簡單的單位構建更大的分子。合成代謝從分解代謝途徑獲得能量。在許多合成代謝途徑中，ATP充當能量來源。物種根據其能量需求分類如下：

自養生物 &minus 自養生物利用光能。例如植物和藻類。
異養生物 &minus 異養生物利用有機化合物作為其能量來源。例如動物和鳥類。
化能自養生物 &minus 化能自養生物從化學反應中獲得能量。例如，一些細菌和古細菌。
化能異養生物 &minus 化能異養生物從化學反應中獲得能量。例如，動物和真菌。
光能自養生物 &minus 它們的能量來源是光。例如，芒果樹和眼蟲。
光能異養生物 &minus 這些生物利用太陽光作為其能量來源。例如，一些細菌，如紅螺菌和光合細菌。

合成代謝有三個階段。

在第一階段產生前體，如氨基酸、單糖、異戊二烯和核苷酸。
第二階段使用能量將這些前體啟用成反應性形式。
多糖、蛋白質、核酸和脂類由反應性前體形成。

合成代謝的功能

合成代謝包括將較小的單位連線起來形成大分子。合成代謝有助於肌肉和骨密度的生長。它還有助於生物體的生長發育。合成代謝途徑導致細胞分化和體型增大。合成代謝類固醇激素睪酮是維持男性男性特徵所必需的。另一種合成代謝激素胰島素有助於蛋白質合成和葡萄糖攝取。

合成代謝的例子

合成代謝的一些例子包括：

脂類形成 &minus 在這裡，脂類由甘油和脂肪酸合成。
蛋白質合成 &minus 在此過程中，蛋白質由較小的分子（如氨基酸）形成。
碳水化合物形成 &minus 這涉及從簡單糖形成碳水化合物。