新陈代谢

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【新陈代谢】  xīn chén dài xiè  ❶生物体的各组成物质通过合成及降解不断更新的过程和能量交换过程的总称。简称代谢。❷泛指一切事物由于自身的矛盾性必然导致新事物代替旧事物的过程。是宇宙间普遍存在的不可抗拒的客观规律。 【习近平讲话原文】 新陈代谢是不可抗拒的历史规律,未来总是由今天的少年儿童开创的。去年“六一”时我说过,每个人都是从孩子长大的。实现我们的梦想,靠我们这一代,更靠下一代。——习近平在北京市海淀区民族小学主持召开座谈会时的讲话(2014年5月30日)




  新陈代谢汉语拼音:Xinchengdaixie;英语:Metabolism),生物体的各组成物质通过合成及降解不断更新的过程和能量交换过程的总称。简称代谢。从方向上区分,有合成代谢和降解代谢。生物体一方面必须经常合成其组成部分以补充消耗,另一方面,除组成部分不断消耗外,必须通过食物的降解过程摄取能量。生物体的各个部位以不同的速率进行活动,但是却不是不变的。处于生长期的生物体,其合成代谢超过降解代谢,即收入超过支出,体重逐渐增加,成为生长的主要特征。如果生物遇到营养不足或生理活动发生障碍的情况,如饥饿、疾病、环境不良等则发生暂时性的消耗超过合成,动物出现体重下降,植物则枝枯叶落,而在不利环境克服之后,又可恢复生长或平衡,如果不能克服则以死亡告终,代谢结束。

代谢类型

  整个生物界可以分为自养及异养两大类:前者包括绿色植物及光合细菌,它们利用太阳提供的光能,或者从简单的无机物质的分解过程中摄取能量,使二氧化碳和水转化成为糖类和脂质,以氨或硝酸盐为氮源合成蛋白质和核酸,少数细菌还有将空气中的氮转化为氨的能力。后者包括动物以及不能进行光合的生物,大多间接地摄取光合产物作为食物(糖、脂质、蛋白质等)。无论自养或异养生物 ,最终的能源都是太阳。代谢的一项重要使命就是为生物提供能量。

能量代谢

  生物虽然可以用不同的形式摄取能量,但是最后的供能形式,则都是一种极易释放自由能的化合物,即腺苷三磷酸(ATP)。它具有相连的3个磷酸根,在适当的酶的催化下可以放出靠外端的一个或二个磷酸根,成为腺苷二磷酸(ADP)或腺苷一磷酸(AMP),同时能量转移到其他化合物分子上,使其发生变化。例如,葡萄糖经己糖激酶催化产生葡萄糖-6-磷酸,为一需能反应,是葡萄糖进入一系列降解反应的起始物质。在此同时就有一个ATP分子分解为ADP和无机磷酸根。腺苷三磷酸虽然是生物界普遍应用的储存和释放自由能的化合物,但是不同代谢类型的生物体合成ATP的方式却是不同的。绿色植物通过光能的摄取,可以直接合成ATP,这个过程通常称为光合磷酸化,同时分解水分子产生还原辅酶(NADP),并放出氧。异养生物都通过物质的降解和氧化获得 ATP。氧化反应是异养生物摄取能量的主要方式。物质氧化的第一步往往是脱氢反应,产生的是还原辅酶,它经过线粒体内膜一系列呼吸链的电子传递过程,最后将空气中的氧还原产生水,同时以释放的能量合成ATP。此一电子传递和磷酸化偶联的反应,称为氧化磷酸化。

基础代谢

  动物处于完全静止状态时的代谢。此时的代谢速率称为基础代谢率。基础代谢率并不一定是动物的最低代谢速率,如睡眠状态下的代谢速率就可以低于基础代谢率。影响基础代谢率的因素很多,其中体表面积是最重要的因素,对于不同种属的动物而言,热量的损失与体表面积的关系基本上是恒定的。

代谢调节

  生物的代谢不断经受各种形式的调节,以适应内外环境的变化。代谢方向、速率的调节,大半有赖于所谓关键酶。代谢调节大致可以分为以下几种方式:

  ①通过酶的合成进行调节。例如,大肠杆菌通常利用葡萄糖作为碳源,但当培养基中只有乳糖存在的情况下,乳糖能诱导此菌合成能够水解乳糖为半乳糖和葡萄糖的β-半乳糖苷酶。这样,细菌就能利用原来无法利用的乳糖作为营养物。如果将乳糖从培养基中除去代之以葡萄糖,则又恢复原状,β-半乳糖苷酶即停止合成。在一般情况下,关键酶的合成往往不处在最高峰,原因是存在一些能压制合成的物质。当新的情况要求更多的酶时,这些压制合成的物质被除去 ,酶的合成率增加到酶活力足以应付增加的要求,大肠杆菌的一些酶的活力,有的可以到达1000倍以上。这些改变合成速率的变化,是通过基因的激活或压制而达到的效果,虽然需要较长的时间,效果却较为深入而持久。高等生物在遇到较严重的环境变化时,也能作出适当的反映,使某些关键酶的合成率增加或减少。②通过酶分子化学结构的修饰进行调节。某些酶分子是以不表现其催化活性的酶原形式在生物体内预先合成的。当生物体需要这些酶时,则通过另一些高度专一的蛋白水解酶的作用,除去这些酶原分子的一些肽段,使它们转变为具有催化活力的酶。另一种通过酶分子化学结构改变进行调节的方式是侧链基团的修饰,其中最重要的是侧链羟基的磷酸化。许多激素对代谢的调节就是通过这种方式进行的。这种调节方式能比较迅速地对外界环境因素的变化作出反应,其中第一种经过蛋白水解酶作用活化的调节是不可逆的。第二种则可以通过蛋白磷酸酶水解除去磷酸基团后使活化的酶恢复原来的低活性或无活性状态。③通过酶分子与一些代谢物的结合进行调节。酶分子与一些代谢物可逆结合后,酶的催化活性可以显著提高或下降,从而直接影响代谢速率。通常所谓产物反馈调节就属于这种类型。酶与代谢物可逆结合对酶活性进行调节可以是通过最终产物的过剩进行抑制,也可以是由于另一种代谢物的不足而刺激酶活力使之增强。

  人们若从某一局部活动看某一物质的代谢,或者看某一种生物的特殊代谢方式,首先感觉到的是那种千差万别的世界,但若从整个生物界看代谢,则必然会首先注意到在亿万年的演化过程中,各个种属的各类物质代谢方式之间的相似性。不仅是蛋白质及酶的氨基酸顺序和结构反映着进化以及各生物种属间的亲缘关系,代谢途径及其调节也同样反映进化关系。