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新陈代谢

新陈代谢

新陈代谢（英文名：metabolism，简称代谢），是活细胞中进行的所有化学反应的总称，是生命最基本的特征，是生物不断进行自我更新的途径，是生物与周围环境进行物质和能量交换的过程，有生命存在，新陈代谢的过程就存在，新陈代谢一旦停止，死亡即来临。

一方面，生物体将自身原有的组成成分经过一系列生化反应，分解为更为简单的成分进行重新利用或者排出体外，完成异化作用，此为分解代谢，是放出能量的过程；另一方面，生物体不断从周围环境中摄取物质，使外界成分通过一系列生化反应转化为生物体自身的组成成分，完成同化作用，此为合成代谢，是吸收能量的过程。分解代谢和合成代谢密切相关：没有分解代谢，生物体将没有物质的补给，也没有了提供动力的能源；没有合成代谢，生物体将被分解代谢最终消耗掉。

生物体是一个开放体系。在其一生中，一直与外界环境发生着复杂的联系。生物体的生长发育、运动、思维活动等，无一不是通过机体的新陈代谢来实现。

一般概念

新陈代谢简称代谢，是活细胞中进行的所有化学反应的总称。新陈代谢是生物最基本的特征之一，是物质运动的一种形式。

生物体的一切生理现象，诸如生长、发育、繁殖、机械运动乃至思维活动、静息状态的呼吸作用等都是代谢反应的结果。新陈代谢是生命最基本的特征，有生命存在，新陈代谢的过程就存在，新陈代谢一旦停止，死亡即来临。

新陈代谢是生命的特征，是生物不断进行自我更新的途径，是生物与周围环境进行物质和能量交换的过程。一方面，生物体将自身原有的组成成分经过一系列生化反应，分解为更为简单的成分进行重新利用或者排出体外，完成异化作用，此为分解代谢，是放出能量的过程；另一方面，生物体不断从周围环境中摄取物质，使外界成分通过一系列生化反应转化为生物体自身的组成成分，完成同化作用，此为合成代谢，是吸收能量的过程。分解代谢和合成代谢密切相关：没有分解代谢，生物体将没有物质的补给，也没有了提供动力的能源；没有合成代谢，生物体将被分解代谢最终消耗掉。所以对生物体而言，这两种代谢形式缺一不可。细胞呼吸是最重要的分解代谢，而光合作用是最典型的合成代谢。

狭义的代谢是指细胞内所发生的有组织的酶促反应过程，称为中间代谢。这是代谢活动的主体，也是代谢研究的主要内容。广义的代谢泛指生物活体内外不断进行的物质交换过程，包括消化、吸收、中间代谢及排泄等作用过程。

消化作用是活细胞在胞外对大分子营养物质进行酶促降解的生化过程。作为营养物质的外源生物大分子，只有在胞外经过酶促降解成其单体小分子，才能被细胞吸收，进入中间代谢。动物体内有专门的消化器官完成消化。微生物的消化作用则由分泌到细胞外的酶和细胞膜上的表面酶催化完成。

生物体是一个开放体系。在其一生中，一直与外界环境发生着复杂的联系。生物体的生长发育、运动、思维活动等，无一不是通过机体的新陈代谢来实现的。以人体为例，人体内的水（指代谢水），每过一周就有一半被新的水分子所代替；人体中的蛋白质每80天就有一半被更新；其中肝脏、血浆内的蛋白质10天就更新一半。组成人体的原子，经过一年之后，98%都可以得到更新。

营养物质进入体内后，总是与体内原有的物质混合起来，经过某种化学变化，使体内的各种结构能够生长、发育、修补和更新；同时将产生的废物排出体外，即变成环境物质。这就是生物与环境之间的物质交换过程，一般称为物质代谢或新陈代谢。不同的生物，其营养物质不同，代谢途径不同，但基本的代谢过程十分相似。研究代谢过程可以说是从分子水平上进一步探讨生命的奥妙和规律。

功能

新陈代谢的功能可归纳为五个方面：从周围环境中获得营养物质，又将代谢废物和热输出到环境中；将外界摄入的营养物质转变为自身需要的结构元件；将结构元件装配成自身的大分子，如蛋白质、核酸以及其他成分；提供生命活动所需的能量；细胞核中的遗传物质最终对各种反应起控制作用。

基本单位

细胞是新陈代谢的基本单位，在细胞极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应，细胞复杂的空间结构（特别是膜结构）固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序地进行。生物体内的新陈代谢并不是完全自发进行的，而是靠多酚氧化酶——酶来完成的。生物的生长发育、繁殖、遗传、运动、神经传导等生命活动都与酶的催化过程紧密相关。由于酶作用的专一性，每一种化学反应都有特殊的酶参与作用。生物体在长期的进化过程中形成了对新陈代谢进行精密调节的机制。酶的调节是其中最基本的代谢调节。在分子水平上，酶的合成与分解、酶活性的提高与降低直接控制着代谢反应的速率。由于基因的转录和翻译直接控制着蛋白质的合成，因此酶对代谢的调节很大程度上取决于信号转导对基因的调控作用。在细胞水平上，酶在生物膜上的定位使各步生化反应有序地进行，大大提高了代谢的效率。在生物个体水平上，真核生物多细胞生物各种器官的发育和分化使不同的代谢反应得到合理的分工安排。

发生过程

代谢途径的概念

无论物质代谢还是能量代谢，分解代谢还是合成代谢，一般都是由多种酶催化的连续反应过程。所谓代谢途径就是细胞中由相关酶类组成的完成特定代谢功能的连续反应体系。细胞中具有某种代谢途径也就是指具有其酶系。不同代谢途径所具有的相同的中间产物称为公共中间产物。通过公共中间产物可实现途径间的互相联系，调节代谢物质的流向，维持细胞中各种物质的代谢平衡。

分解代谢的一般过程

几乎所有生物都具有分解利用有机化合物的能力，总览有机营养物质（糖、脂、蛋白质等）分解代谢的发生过程，可以分为四个阶段。

第一阶段

第一阶段是生物大分子的降解阶段。外源生物大分子通过消化作用降解，内源生物大分子通过胞内酶催化降解，分解为其单体分子，即多糖分解为己糖或戊糖，蛋白质分解为氨基酸，脂肪分解为丙三醇和脂肪酸等。这些降解反应途径都很短，仅有几种酶催化，不产生可利用的能量。

降解各种生物大分子的酶类都不止一种。单由一种酶一般不能将生物大分子完全降解成单体。如果生物体不能分泌使某种生物大分子完全降解的多组分酶系，它就不能独立地利用这种大分子作为营养源。例如人体和高等动物不产生纤维素酶，因此，不能消化纤维素。酿酒酵母不能分泌淀粉糖化酶，因而需要有黑曲霉或其他产糖化酶的微生物先将淀粉原料分解为葡萄糖，才能供其发酵生产乙醇。

第二阶段

第二阶段是单体分子初步分解阶段。细胞都具有特定的分解代谢途径，分别将单糖、氨基酸、脂肪酸等单体分子进行不完全分解，例如葡萄糖的酵解途径（EMP）、脂肪酸的氧化降解、氨基酸氧化脱氨分解等。各种单体分子不管其结构和性质差别多大，经过第二阶段的有关代谢途径都能巧妙地被降解成少数几种中间产物，如丙酮酸和乙酰辅酶A。因此，第二阶段起到了把多形性的底物分子向一体化结构集中的作用，为最后纳入同一代谢途径进行完全分解创造了条件。

在不完全降解过程中有部分能量释放，可为细胞提供少量ATP和一定数量的还原型辅酶。

各种单体分子除了生成乙酰CoA的分解途径之外，还有其他降解途径。例如糖的HMP、ED途径等。各种降解途径都有其特定的生理意义，有的还与某些发酵产品的生成和积累有密切关系。

第三阶段

第三阶段是乙酰完全分解阶段。三羧酸循环途径是各种营养物质分解所生成的乙酰基集中燃烧的公共途径。经过三羧酸循环，乙酰基完全分解，碳氧化成二氧化碳，并有少量能量释放，生成ATP。大量的化学能以氢原子对2H（2H++2e-）的形式（如还原型辅酶分子）送入呼吸链进行氧化放能，三羧酸循环在中间代谢中处于特别重要的地位。

第四阶段

第四阶段是氢的燃烧阶段。这是有机化合物氧化分解的最后一个环节，主要包括电子传递过程和氧化磷酸化作用。在线粒体内膜上由多种色素蛋白组成的呼吸链是使一、二阶段生成的氢原子对（2H++2e-）完全氧化的组织体系，也是细胞中有机物氧化分解释放能量的主要部位。例如葡萄糖有氧分解90%以上的化学能是在呼吸链阶段释放的，其中40%以上的能量通过伴随发生的氧化磷酸化反应转化为ATP的高能磷酸键，供生命活动需要。细胞所需ATP主要由这里供应。

合成代谢的一般过程

合成代谢以蛋白质、多糖、脂类和核酸合成过程为主体，可以分为三个阶段：原料准备阶段、单体分子合成阶段、生物大分子合成阶段。

不同生物类群的生物合成能力有所不同，所用的原材料和能量来源也不尽相同。但是，一切活细胞都需要自行合成本身所需要的种种生物大分子。生物合成所需的碳源、氮源、能量和还原力（NADPH）主要通过分解代谢供应。从这个意义上讲，分解代谢可以视为合成代谢的原料准备阶段。

分解代谢的第二、三阶段都可为合成异质性单体分子提供素材和还原力。一种供应丰富的单体分子，不论是单糖、脂肪酸或者是氨基酸，在细胞内既可直接用于生物大分子的合成，也可分解，参加异质性转化，即由一种营养物质转化为细胞的其他物质。特别是单糖分解生成的丙酮酸、乙酰辅酶A，HMP途径的多种中间产物以及三羧酸循环的中间产物，可分别作为氨基酸、脂肪酸、核昔酸等单体分子生物合成的前体。有的异质性转化还需要某些无机化合物参加，例如微生物利用糖的分解代谢中间产物合成氨基酸时，需要有无机氮参加。

自养生物所需要的单糖、脂肪酸、氨基酸、核昔酸等各种单体分子及其他生理活性物质，生物自身都能合成。高等动物和人体有几种氨基酸和脂肪酸及维生素等生理活性物质，自身不能合成，需要靠从食物中供给。微生物的生物合成能力差别很大，大多数类群都能合成自身所需要的单体分子。有些微生物缺乏合成某些单体分子的能力，这些自身不能合成的单体分子称为其生长限制因子，必须由外界供给。对于异养生物而言，分解代谢是生物合成的先决条件，充足的营养源能为生物合成供应必需的原料和能量。

在单体分子、能量和还原力都具备的条件下，细胞都能进行生物大分子的合成。核酸和蛋白质分子的合成需要由核酸作模板。脂类和多糖的生物合成虽然不需要模板，但参加合成反应的酶仍是脱氧核糖核酸指导合成的。生物大分子的合成同样受代谢调节机制的调节。

除了营养贮存物质之外，一般正常生理状态下的生物合成都遵循细胞经济学的原理，用多少，合成多少。合成途径的启、闭、快、慢都受细胞调节系统调节。

研究方法

生物体内所发生的一切化学变化构成了错综复杂的反应网络，研究这些变化过程常用的方法如下。

体内与体外研究法

体内（in vivo）研究是指生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调节机制下研究代谢过程.比较接近生物体的实际情况。体内试验为明确物质中间代谢过程提供了重要的依据。例如，脂肪酸的阪氧化学说就是通过体内试验提出的。

体外（in vitro）研究是用离体器官、组织切片、组织匀浆或体外培养的细胞、细胞器及细胞抽提物来研究代谢的过程。体外试验的优势是可以同时进行多个样本的试验，或者可以进行多次重复试验。体外试验为代谢过程的确立提供了重要的线索与依据。例如三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）、鸟氨酸循环（ornithine cycle）等都是通过体外试验发现的。

同位素示踪法

同位素是指原子序数相同而原子量不同的元素。同位素示踪技术（isotope tracertechnique）是研究代谢过程的最有效方法，因为用同位素标记的物质和非标记物在物理化学性质、生理功能和在体内代谢的最终产物方面是完全相同的。例如用“C标记葡萄糖的1位碳对发现戊糖磷酸途径起了非常重要的作用。同位素示踪法特异性强、灵敏度高、测定方法简便，是现代生物技术中不可缺少的手段。

代谢途径阻断法

代谢途径阻断法对研究代谢过程而言也是非常有效的，在试验过程中加入拮抗剂（blocking agent）来阻断中间某一代谢环节，分析所得结果可推测代谢历程。例如汉斯.克雷布斯（Hans A.Krebs）等用丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶，发现了琥珀酸大量积累，从而为三愈酸循环的确认提供了重要依据。

突变体研究法

突变体研究法是研究代谢的有效方法。由于某一基因的突变，导致表达产物发生变化，使某种酶不被表达或活性丧失，致使此酶所催化的相应产物缺失，此酶的底物大量堆积。对这些突变体的研究有助于了解代谢途径中的酶和中间产物。营养缺陷型微生物和人类遗传性代谢病的研究，也为某些代谢过程的阐明提供了重要依据。

误区

误区一：新陈代谢会随着年龄的增加而减缓

事实：随着年龄的增加，多数人体重会随之增加。很多人将此归结为代谢率的减缓，但通常这是因为他们减少了锻炼的次数或强度，减少了每天消耗的能量。锻炼的减少同样带来肌肉量的降低，瘦体重的下降，从而直接导致代谢率减缓，人体增重。这一现象并非不可逆转。通过心肺运动练习来消耗热量，力量训练来保持或增加肌肉，这些都是防止因年老而增肥的最好方法。

误区二：新陈代谢是天生的，无法人为更改

事实：有些人好像总是在吃，但就是吃不胖。其中很重要的原因可能是他们选择健康、热量相对较低的食物。这些“幸运儿”大多每天消耗更多的热量，有可能是他们不久坐，经常走动，站起来做些伸展运动，和同事面对面交流而不是发送电子邮件。所以，一旦下决心想要通过增加肌肉来促进新陈代谢，每天就要多走动。

误区三：冷藏食物、饮料要比常温食物消耗更多热量

事实：试验表明，测试者饮用极冰的饮料所消耗的热量比喝常温饮料的测试者只高出一点。差别微不足道到根本对于减肥不具有任何影响，大约每天多消耗10卡路里。鉴于冷藏食品对于肠胃的不利影响，可以选择其他更为健康有效的方式。

误区四：疯狂节食减少热量摄入，却忽视因此带来的代谢率下降

事实：如果减少热量摄入，代谢率也会随着下降。人体是一个很精明的能量银行。人体吸收得多，它就会储存起来（转化成脂肪）；吸收少了，它就会降低消耗（降低基础代谢率），同时还可能减少在器官维护和免疫能力上的“支出”。当人体通过节食的方法期待瘦身时，身体对长时间缺少热量摄入的反应是“你在忍受饥饿”。这时，身体将自动降低代谢率，从而减少热量消耗，尽可能多的保留热量。这似乎与人们节食的目的背道而驰。可怕的是，一旦难忍饥饿，恢复到节食前的热量供给，“降低”了的基础代谢率一时无法回升到原来的水平，反而会造成热量囤积，出现越减越胖的局面。如果人们在减重过程中多运动，就能抵消这些小变化。良好的平衡饮食以及锻炼，就能让身体保持消耗热量的代谢率。

误区五：晚上新陈代谢变得缓慢，如果不进食，会加速减肥

事实：人们过了某时段就不再进食之后体重会减少，完全是因为他们减少了总热量的摄入，而不是因为他们提前补充热量的缘故。在天黑前摄入一天所需的热量并不会加快减肥的速度，除非所摄入的热量低于自己所需。

参考资料

解开新陈代谢五大误区.网易探索.2024-11-20