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分解代谢是什么?

分解代谢是什么?

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2016-02-03

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    分解代谢(又称为异化作用)是一系列裂解大分子的反应过程的总称,包括裂解和氧化食物分子。分解代谢反应的目的是为合成代谢反应提供所需的能量和反应物。分解代谢的机制在生物体中不尽相同,如有机营养菌分解有机分子来获得能量,而无机营养菌利用无机物作为能量来源,光能利用菌则能够吸收阳光并转化为可利用的化学能。
    然而,所有这些代谢形式都需要氧化还原反应的参与,反应主要是将电子从还原性的供体分子(如有机分子、水、氨、硫化氢、亚铁离子等)转移到受体分子(如氧气、硝酸盐、硫酸盐等)。
  在动物中,这些反应还包括将复杂的有机分子分解为简单分子(如二氧化碳和水)。在光合生物(如植物和蓝藻)中,这些电子转移反应并不释放能量,而是用作储存所吸收光能的一种方式。  动物中最普遍的分解代谢反应可以被分为三个主要步骤:首先,大分子有机化合物,如蛋白质、多糖或脂类被消化分解为小分子组分;然后,这些小分子被细胞摄入并被转化为更小的分子,通常为乙酰辅酶A,此过程中会释放出部分能量;最后,辅酶A上的乙酰基团通过柠檬酸循环和电子传递链被氧化为水和二氧化碳,并释放出能量,这些能量可以通过将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)还原为NADH而以化学能的形式被储存起来。
    消化淀粉、蛋白质和纤维素等大分子多聚体不能很快被细胞所吸收,需要先被分解为小分子单体然后才能被用于细胞代谢。有多种消化性酶能够降解这些多聚体,如蛋白酶可以将但蛋白质降解为多肽片断或氨基酸,糖苷水解酶可以将多糖分解为单糖。
  微生物只是简单地分泌消化性酶到周围环境中,而动物则只能由其消化系统中的特定细胞来分泌这些酶。  由这些位于细胞外的酶分解获得的氨基酸或单糖接着通过主动运输蛋白被运送到细胞内。
  来自有机物的能量糖类的分解代谢即是将糖链分解为更小的单位。一旦糖链被分解为单糖后就可以被细胞所吸收。进入细胞内的糖,如葡萄糖和果糖,就会通过糖酵解途径被转化为丙酮酸盐并产生部分的ATP。  丙酮酸盐是多个代谢途径的中间物,但其大部分会被转化为乙酰辅酶A并进入柠檬酸循环。
  虽然柠檬酸循环能够产生ATP,但其最重要的产物是NADH——由乙酰辅酶A被氧化来提供电子并由NAD生成,同时释放出无用的二氧化碳。在无氧条件下,糖酵解过程会生成乳酸盐,即由乳酸脱氢酶将丙酮酸盐转化为乳酸盐,同时将NADH又氧化为NAD+,使得NAD可以被循环利用于糖酵解中。
    另一中降解葡萄糖的途径是磷酸戊糖途径,该途径可以将辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)还原为NADPH,并生成戊糖,如核糖(合成核苷酸的重要组分)。脂肪是通过水解作用分解为脂肪酸和甘油。
  甘油可以进入糖酵解途径,通过β-氧化被分解并释放出乙酰辅酶A,而乙酰辅酶A如上所述进入柠檬酸循环。  脂肪酸同样通过氧化被分解;在氧化过程中脂肪酸可以释放出比糖类更多的能量,这是因为糖类结构的含氧比例较高。
  氨基酸既可以被用于合成蛋白质或其他生物分子,又可以被氧化为尿素和二氧化碳以提供能量。氧化的第一步是由转氨酶将氨基酸上的氨基除去,氨基随后被送入尿素循环,而留下的脱去氨基的碳骨架以酮酸的形式存在。
    有多种酮酸(如α-酮戊二酸,由脱去氨基的谷氨酸所形成)是柠檬酸循环的中间物。此外,生糖氨基酸(glucogenicaminoacid)能够通过糖异生作用被转化为葡萄糖(具体内容见下文)。
  

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