新陈代谢

生物体不断以新物质替换旧物质的过程

新陈代谢包括物质代谢和能量代谢两个方面。新陈代谢是由同化作用和异化作用这两个相反而又同时进行的过程组成的。同化作用和异化作用既有明显的差别，又有密切的联系。如果没有同化作用，生物体就不能够产生新的原生质，也不能够储存能量，异化作用就无法进行；与此相反，如果没有异化作用，就不能够有能量的释放，生物体内的物质合成也就无法进行。可见，同化作用和异化作用既相互对立又相互统一，共同决定着生物体的存在和延续。

类型

生物在长期的进化过程中，不断地与它所处的环境发生相互作用，逐渐在新陈代谢方式上形成了不同的类型。按照自然界中生物体同化和异化过程的不同，新陈代谢的基本类型可以分为同化作用和异化作用两种。一方面，生物有机体把从环境中摄取的物质，经一系列的化学反应转变为自身物质。这一过程称为同化作用，即物质从外界到体内，从小分子到大分子。因此，同化作用是一个吸收能量的过程，如绿色植物利用光合作用，把环境中的水和二氧化碳等物质转化为淀粉、纤维素等物质。与此相反的是异化作用，即从体内到外界环境，物质由大分子转变为小分子的过程，这是个释放能量的过程，同时把生物体不需要或不能利用的物质排出体外。

同化和异化是矛盾的两个方面，既对立又统一，它们互相制约、互相联系、互相依赖，彼此都以其对立面为存在条件。异化作用为同化作用提供能量，同化作用又为异化作用提供了物质基础。如人体的新陈代谢，在不同年龄阶段程度是不同的。幼年和青少年时期需要更多的营养物质来促进身体的生长，同化作用在这一阶段占主导地位，新陈代谢旺盛，反之，到了老年阶段，人体机能逐渐衰退，新陈代谢日趋缓慢，此时异化作用和同化作用的主次关系也发生了变化。

同化作用

依同化作用的方式不同，可把生物分成自养型和异养型两类。人们把摄取现成有机物而生活的生物称为异养型生物；把能从环境中吸收简单无机物同化为复杂有机物的生物称为自养型生物。根据所需能源和碳源的不同，又可把生物分为四大类型。

1.光能自养型

以光为能源，以CO2或碳酸盐为主要碳源的生物称为光能自养型生物。这种生物通常具有光合色素，它们以光为能源来进行光合作用，以水或其他无机物作为供氢体，还原CO2 ，合成细胞物质。例如高等植物，藻类及某些具有光合色素的细菌均属于这一类型。这类生物同化CO2的方式，可用一通式概括。通式中A在高等植物和藻类中是氧，在细菌中则是硫或其他无机硫化物。高等植物在光合作用过程中，吸收光能，同化二氧化碳和水，制造有机物质，并放出氧气。

CO2+2H2A→(CH2O)+2A+H20

光合作用的机理比较复杂，包括一系列的光学步骤和物质转变。可用下列简式表示：

6CO2+6H20→C6H12O6+6O2

2.光能异养型

以光为能源，以有机物为主要碳源的生物称为光能异养型主物。有些细菌具有光合色素，能进行光合作用。它们以有机物作为供氢体，同化有机物质形成自身物质，是一种不产氧的光合作用。

3.化能自养型

化能自养型主物的能源是化学能，主要碳源是CO2这类主物能氧化某些无机物如NH3和H2S%取得化学能以还原CO2，合成有机物质。例如亚硝酸细菌能将氨氧化为亚硝酸而获得能量。氨的氧化和CO2的还原在细菌的细胞内是偶联进行的。

4.化能异养型

这类生物的能源来自有机物质的氧化所产生的化学能，而碳源也主要来自有机物质，如糖类、有机酸等，所以，有机碳化物既是碳源又是能源。动物、真菌和绝大多数细菌属于这一类型。

异化作用

按生物异化作用的方式（即呼吸类型）的不同可分为需氧生物和厌氧生物两类。

1.需氧生物

大多数生物都要生活在氧充分的环境中，它们可以从大气中获得游离氧来分解体内的有机物而获得能量。

2.厌氧生物

这类生物不能从大气中吸收游离氧在体内进行氧化而获得能量。需氧生物行有氧呼吸，使有机物经过一系列反应释放能量，最后形成CO2和H2O 等物质。厌氧生物行无氧呼吸，由于有机物未彻底分解，其中的能量未完全释放，因此，比需氧生物进行有氧呼吸释放能量要少得多，而且效率也低。

但是需氧生物与厌氧生物的区分也不是绝对的。需氧生物在某些条件下也可以进行厌氧呼吸。例如，人体肌肉在剧烈运动时，若氧供应不足，则可用厌氧呼吸供给能量。又如，酵母菌和一些肠道细菌，在有氧或缺氧的条件下均能生长，不过以不同的氧化方式获得能量。在缺氧时，酵母菌迸行乙醇发酵，积累乙醇和CO2，有氧时则行有氧呼吸，将有机物彻底氧化成CO2和H2O等。

功能

① 从外界环境获取营养物，获得物质和能量；

② 将外界摄取获得的物质转化为自身的组成成分；

③ 将结构元件装配成蛋白质、核酸和脂类等自身的大分子；

④ 分解有机营养物质；

⑤ 提供生物体生命活动的一切能量。

物质代谢和能量代谢

新陈代谢包括物质代谢与能量代谢。物质代谢是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程，能量代谢是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程，二者是相互联系、相互偶联的。例如，进食后能量摄入过多时，脂肪合成增加；而在饥饿时进行脂肪动员，释放出能量供机体使用。

(1)物质代谢

生物体内的旧物质分解和新物质的合成是同时进行的，生物体内一切物质的代谢变化统称为物质代谢，它包括合成代谢与分解代谢。合成代谢是指生物体内一切物质的合成作用，它属于同化作用的范畴，如氨基酸合成蛋白质、核苷酸合成核酸；分解代谢是指生物体内一切物质的分解作用，属于异化作用的范畴，如糖类物质经过三羧酸循环被彻底分解为二氧化碳和水。

(2)能量代谢

① 能量代谢的变化

在物质交换的过程中同时伴有能量的交换称为能量代谢。机体从外界环境中摄取营养物进行合成代谢的同时也从外界摄取能量，这部分能量主要来源于营养物质所含的化学能。当这些营养物质在机体内进行分解代谢时又将化学能释放出来，以供生命活动的需要。化学能除一部分用于合成机体内其他成分外，还用于各种生命活动。但化学能不能全部转化为可做功的能，必定有一部分不可避免地以热的形式释放，成为散发热(q)。用于做功的能量称为自由能 (∆F)，转变的总能量称为反应热 (∆H)。根据能量守恒定律，反应热等于转变的自由能与散发热之和，即∆H=∆F+q

② 基础代谢

基础代谢是指人体所有器官维持生命所需要的最低能量。即人体在清醒又极端安静的状态下，不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等因素影响时维持心跳、呼吸等基本生命活动所需的最低的能量代谢情况。为了比较不同个体的能量代谢水平，可用机体每小时每平方米体表面积散发的热量 [kJ/(h·m2)]，即基础代谢率来表示。基础代谢率随着性别、年龄等不同生理情况会有变动，男子的基础代谢率平均高于女子的代谢率；幼儿的基础代谢率平均高于成人的代谢率；年龄越大，基础代谢率越低。正常人的基础代谢每天约为5900~7500kJ。

③ 呼吸商与食物的卡价

a.呼吸商

营养物质在体内氧化分解时需要消耗氧，同时释放出二氧化碳，二者的比值称为呼吸商。呼吸商是一个重要的代谢概念。各种营养物质因结构不同，其物质组成不同，碳氢氧含量比例也就不同，所以呼吸商不同。糖、蛋白质和脂肪的呼吸商分别是1.0、0.8和0.7，正常人混合膳食的呼吸商平均为0.85，通过呼吸商的测定可以预判不同生理和病理状态下能量消耗的情况。

b.食物的卡价

人体所需要的能量来源于动物性和植物性食物中的糖类、脂类和蛋白质三种产能营养素。每克产能营养素在体内氧化所产生的能量值称为 “食物的热价”或 “食物的卡价”，亦称 “能量系数”。在代谢研究中，人们常使用食物的卡价来衡量食物供能方面的情况。每克糖、脂肪和蛋白质的卡价分别为4kcal、9kcal、4kcal，若换算成目前国际常用的热量计算单位焦耳 (J)，则每克糖、脂肪和蛋白质的卡价分别为17kJ、38kJ和17kJ。

物质代谢的研究方法

体内新陈代谢的途径不止一种，而途径中的化学反应更是多且复杂，甚至很多代谢过程在微小细胞中同时进行，因此需要合适的研究方法对代谢过程进行追踪。

1.同位素示踪法

同位素是指原子序数相同而原子量不同的同种元素。当化合物分子中的原子被相同元素的同位素所取代，而取代后的分子性质没有改变时，称为 “同位素标记”。同位素标记是研究体内代谢水平的常用方法，将同位素标记的化合物引进代谢体系来观察其代谢过程与结果的方法就是同位素示踪法。同位素有稳定同位素和放射性同位素两种，二者都可作为示踪原子应用于代谢研究，但放射性同位素比稳定同位素应用更为方便，使用也较为广泛。例如研究氨基酸的脱羧反应，将14C标记在羧基上，只有这种定位标记的氨基酸才能在脱羧后产生14CO2。氚标记的胸腺嘧啶核苷 (3H‐TdR)和尿嘧啶核苷 (3H‐UR)是两种常用的示踪剂，前者能有效地结合到DNA中，后者则能掺入到RNA中，它们的辐射分解速度随放射性的增高及保存时间的延长而增加，在不同温度和不同溶液中的稳定性也不同。

2.酶抑制剂法及拮抗剂法

此法常用于体外代谢研究。基本上所有代谢反应都是酶促反应，因此可以通过使用某种酶的抑制剂或抗代谢物阻断中间代谢的某一环节，根据反应被抑制的结果，推测某物质在体内的代谢情况。例如，糖酵解过程中，碘乙酸专一抑制磷酸丙糖脱氢酶的活性，导致磷酸丙糖在肌肉中大量堆积，说明磷酸丙糖的代谢受到碘乙酸的抑制。

3.器官水平的代谢研究

切除某种动物的器官后给予某种物质，观察其代谢改变，可推知该器官的代谢功能。如在对排尿动物的尿素合成部位进行研究时，切除动物的肝脏后发现动物血液中氨基酸水平和血氨水平均升高，而尿中尿素含量下降，动物存活期很短，但切除动物的肾脏却无此现象，说明肝脏与尿素的合成有关。

4.使用亚细胞成分

运用超离心、差速离心或密度梯度离心等离心技术将细胞内的各种细胞器，如细胞核、核糖体、微粒体、线粒体等进行分离，再使用其他方法来研究亚细胞成分的代谢特点与各种代谢过程在细胞内进行的部位。比如，利用该方法我们得知脂类物质的分解代谢是在线粒体中进行，脂肪酸的合成是在胞浆中进行，核糖体是合成蛋白质的主要场所等。

5.利用正常机体的方法

向动物体内灌注、饲喂或注射大量某种代谢物，然后分析血液、组织或排泄物中的中间产物或终产物，可以帮助我们获得物质在体内代谢的信息。比如给予实验动物不同碳原子数的脂肪酸后，分析其排泄物成分，发现奇数碳的脂肪酸与偶数碳的脂肪酸代谢产物不同，也是脂肪酸β‐氧化提出的基础。

加速新陈代谢的方法

(1)喝水。水是人体燃烧热量的必备物质，没有水就会降低人体的新陈代谢水平。每天饮用1.5L的水可以多燃烧近50cal（1cal=4.186J）的热量。

(2)早餐。早起的时候恰好是新陈代谢改变的时段。经常吃早餐的人，通常会比较精力充沛，不容易长赘肉。

(3)运动。生命在于运动，我们可以适当变换运动的方式和种类，避免单一方式的枯燥感，用最快乐的方式燃烧更多的脂肪，加速新陈代谢。

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