新陈代谢与生命状态基础

引言

活生物体进行一系列称为新陈代谢的化学反应。代谢反应有助于生物体的生长和繁殖。从同化到运输的每一个化学反应都属于新陈代谢。新陈代谢包括释放能量的化合物分解和消耗能量的化合物合成。若干代谢反应共同帮助生物体维持其生命状态。

生命的新陈代谢基础

新陈代谢涉及两种类型的化学反应：分解代谢和合成代谢。

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分解代谢

将复杂化合物转化为简单化合物的过程称为分解代谢。分解代谢反应产生合成代谢反应所需的能量和元素。蛋白质、脂类和碳水化合物等化合物被消化成更简单的分子，如氨基酸、脂肪酸和单糖。更简单的分子被细胞吸收并转化成更简单的分子，例如乙酰辅酶A，在此过程中释放能量。

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分解代谢有三个阶段。它们如下所示：

大型分子的消化 &minus 细胞不能直接吸收较大的分子。因此，需要酶将较大的分子分解成较小的分子。微生物分泌天然酶，而动物酶由胰腺、胃和唾液腺分泌。

当我们食用食物时，消化过程就开始了。随着食物颗粒通过胃，它们通过小肠到达大肠。在此过程中，食物颗粒经历了许多由酶催化的化学反应。例如，淀粉被淀粉酶分解成简单的糖，脂类被脂肪酶消化成脂肪酸和甘油。
能量释放 &minus 随着食物颗粒分解成更小的单位，它们被细胞吸收并转化成更小的分子，例如乙酰辅酶A。
能量储存 &minus 乙酰辅酶A通过氧化过程产生水和氧化碳。在NAD+还原成NADH的过程中，释放的能量被储存起来。

让我们来看一些例子。

糖酵解

将葡萄糖转化为丙酮酸的一系列反应称为糖酵解。这是一个涉及许多酶的十步反应。最初的五个步骤称为准备阶段，包括将六碳化合物葡萄糖转化为两个甘油醛-3-磷酸单位（三碳化合物）。在这些反应过程中消耗能量。

最后五个步骤统称为产能阶段，包括获得NADH和ATP，它们是携能分子。最后，酶丙酮酸激酶将磷酸烯醇丙酮酸转化为丙酮酸。糖酵解涉及多种反应，如磷酸化、异构化、氧化和脱水。

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柠檬酸循环

在此循环中，发生酶介导的脂肪、蛋白质和碳水化合物中发现的乙酰辅酶A的氧化，以释放储存的能量。柠檬酸循环涉及多种化学反应，如醇缩合、脱水、水合、氧化、脱羧和磷酸化。在一系列反应过程中，参与的酶包括柠檬酸合酶和延胡索酸酶。最后，它释放草酰乙酸，这是一种四碳化合物。

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合成代谢

合成代谢是一个耗能的过程，它涉及从更简单的单位构建更大的分子。合成代谢从分解代谢途径获得能量。在许多合成代谢途径中，ATP充当能量来源。物种根据其能量需求分类如下：

自养生物 &minus 自养生物利用光能。例如植物和藻类。
异养生物 &minus 异养生物利用有机化合物作为其能量来源。例如动物和鸟类。
化能自养生物 &minus 化能自养生物从化学反应中获得能量。例如，一些细菌和古细菌。
化能异养生物 &minus 化能异养生物从化学反应中获得能量。例如，动物和真菌。
光能自养生物 &minus 它们的能量来源是光。例如，芒果树和眼虫。
光能异养生物 &minus 这些生物利用太阳光作为其能量来源。例如，一些细菌，如红螺菌和光合细菌。

合成代谢有三个阶段。

在第一阶段产生前体，如氨基酸、单糖、异戊二烯和核苷酸。
第二阶段使用能量将这些前体激活成反应性形式。
多糖、蛋白质、核酸和脂类由反应性前体形成。

合成代谢的功能

合成代谢包括将较小的单位连接起来形成大分子。合成代谢有助于肌肉和骨密度的生长。它还有助于生物体的生长发育。合成代谢途径导致细胞分化和体型增大。合成代谢类固醇激素睾酮是维持男性男性特征所必需的。另一种合成代谢激素胰岛素有助于蛋白质合成和葡萄糖摄取。

合成代谢的例子

合成代谢的一些例子包括：

脂类形成 &minus 在这里，脂类由甘油和脂肪酸合成。
蛋白质合成 &minus 在此过程中，蛋白质由较小的分子（如氨基酸）形成。
碳水化合物形成 &minus 这涉及从简单糖形成碳水化合物。