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                  族譜網(wǎng) 頭條 人物百科

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                  2020-10-16
                  出處:族譜網(wǎng)
                  作者:阿族小譜
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                  關(guān)鍵的生化物質(zhì)動(dòng)植物和微生物的大部分組成結(jié)構(gòu)是由三類(lèi)基本生物分子所構(gòu)成,這3類(lèi)分子是氨基酸、糖類(lèi)和脂類(lèi)(通常為稱為脂肪)。由于這些分子是維持生命所必需的,代謝既制造這些分子以用于構(gòu)建細(xì)胞和組織,又在攝入食物后將食物中的這些分子消化降解以提供維持生命所需的能量。許多重要的生化物質(zhì)可以聚合在一起形成多聚體,如DNA和蛋白質(zhì)。這些生物大分子對(duì)于所有的生物體都是必要的組分。下表中列出了一些最常見(jiàn)的生物大分子。氨基酸和蛋白質(zhì)人源I型乙二醛酶的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)是由線性排列氨基酸所組成,氨基酸之間通過(guò)肽鍵相互連接。酶是最常見(jiàn)的蛋白質(zhì),它們催化代謝中的各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。一些蛋白質(zhì)具有結(jié)構(gòu)或機(jī)械功能,如參與形成細(xì)胞骨架以維持細(xì)胞形態(tài)。還有許多蛋白質(zhì)在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞黏附和細(xì)胞周期調(diào)控中扮演重要角色。脂類(lèi)三酰甘油的結(jié)構(gòu)。脂類(lèi)是類(lèi)別最多的生物分子。它們主要的結(jié)構(gòu)用途是形成生物膜,如細(xì)胞膜;此外,它們也可以作...

                  關(guān)鍵的生化物質(zhì)

                  動(dòng)植物和微生物的大部分組成結(jié)構(gòu)是由三類(lèi)基本生物分子所構(gòu)成,這3類(lèi)分子是氨基酸、糖類(lèi)和脂類(lèi)(通常為稱為脂肪)。由于這些分子是維持生命所必需的,代謝既制造這些分子以用于構(gòu)建細(xì)胞和組織,又在攝入食物后將食物中的這些分子消化降解以提供維持生命所需的能量。許多重要的生化物質(zhì)可以聚合在一起形成多聚體,如DNA和蛋白質(zhì)。這些生物大分子對(duì)于所有的生物體都是必要的組分。下表中列出了一些最常見(jiàn)的生物大分子。

                  氨基酸和蛋白質(zhì)

                  代謝

                    人源I型乙二醛酶的結(jié)構(gòu)。

                  蛋白質(zhì)是由線性排列氨基酸所組成,氨基酸之間通過(guò)肽鍵相互連接。酶是最常見(jiàn)的蛋白質(zhì),它們催化代謝中的各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。一些蛋白質(zhì)具有結(jié)構(gòu)或機(jī)械功能,如參與形成細(xì)胞骨架以維持細(xì)胞形態(tài)。 還有許多蛋白質(zhì)在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞黏附和細(xì)胞周期調(diào)控中扮演重要角色。

                  脂類(lèi)

                  代謝

                   三酰甘油的結(jié)構(gòu)。

                  脂類(lèi)是類(lèi)別最多的生物分子。它們主要的結(jié)構(gòu)用途是形成生物膜,如細(xì)胞膜;此外,它們也可以作為機(jī)體能量來(lái)源。 脂類(lèi)通常被定義為疏水性或兩性生物分子,可溶于諸如苯或氯仿等有機(jī)溶劑中。 脂肪是由脂肪酸基團(tuán)和甘油基團(tuán)所組成的一大類(lèi)脂類(lèi)化合物;其結(jié)構(gòu)為一個(gè)甘油分子上以酯鍵連接了3個(gè)脂肪酸分子形成甘油三酯。 在此基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,還存在有多種變型,包括不同大小長(zhǎng)度的疏水骨架(如鞘脂類(lèi)中的神經(jīng)鞘氨醇基團(tuán))和不同類(lèi)型的親水基團(tuán)(如磷脂中的磷酸鹽基團(tuán))。類(lèi)固醇(如膽固醇)是另一類(lèi)由細(xì)胞合成的主要的脂類(lèi)分子。

                  代謝

                   葡萄糖可以以直線型和環(huán)形兩種形式存在。

                  糖類(lèi)

                  糖類(lèi)為多羥基的醛或酮,可以以直鏈或環(huán)的形式存在。糖類(lèi)是含量最為豐富的生物分子,具有多種功能,如儲(chǔ)存和運(yùn)輸能量(例如淀粉、糖原)以及作為結(jié)構(gòu)性組分(植物中的纖維素和動(dòng)物中的幾丁質(zhì))。 糖類(lèi)的基本組成單位為單糖,包括半乳糖、果糖以及十分重要的葡萄糖。單糖可以通過(guò)糖苷鍵連接在一起形成多糖,而連接的方式極為多樣,也就造成了多糖種類(lèi)的多樣性。

                  核苷酸和核酸

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                   DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。

                  DNA和RNA是主要的兩類(lèi)核酸,它們都是由核苷酸連接形成的直鏈分子。核酸分子對(duì)于遺傳信息的儲(chǔ)存和利用是必不可少的,通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯來(lái)完成從遺傳信息到蛋白質(zhì)的過(guò)程。 這些遺傳信息由DNA修復(fù)機(jī)制來(lái)進(jìn)行保護(hù),并通過(guò)DNA復(fù)制來(lái)進(jìn)行擴(kuò)增。一些病毒(如HIV)含有RNA基因組,它們可以利用逆轉(zhuǎn)錄來(lái)從病毒RNA合成DNA模板。 核酶(如剪接體和核糖體)中的RNA還具有類(lèi)似酶的特性,可以催化化學(xué)反應(yīng)。單個(gè)核苷酸是由一個(gè)核糖分子連接上一個(gè)堿基來(lái)形成。其中,堿基是含氮的雜環(huán),可以被分為兩類(lèi):嘌呤和嘧啶。核苷酸也可以作為輔酶參與代謝基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)。

                  輔酶

                  代謝

                   乙酰輔酶A的結(jié)構(gòu)??梢员晦D(zhuǎn)移的乙?;Y(jié)合在最左端的硫原子上。

                  代謝中包含了種類(lèi)廣泛的化學(xué)反應(yīng),但其中大多數(shù)反應(yīng)都屬于幾類(lèi)基本的含有功能性基團(tuán)的轉(zhuǎn)移的反應(yīng)類(lèi)型。 這些反應(yīng)中,細(xì)胞利用一系列小分子代謝中間物來(lái)在不同的反應(yīng)之間攜帶化學(xué)基團(tuán)。 這些基團(tuán)轉(zhuǎn)移的中間物被稱為輔酶。每一類(lèi)基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)都由一個(gè)特定的輔酶來(lái)執(zhí)行,輔酶同時(shí)是合成它和消耗它的一系列酶的底物。這些輔酶不斷地被生成、消耗、再被回收利用。

                  三磷酸腺苷(ATP)是生命體中最重要的輔酶之一,它是細(xì)胞中能量流通的普遍形式。ATP被用于在不同的化學(xué)反應(yīng)之間進(jìn)行化學(xué)能的傳遞。雖然細(xì)胞中只有少量的ATP存在,但它被不斷地合成,人體一天所消耗的ATP的量積累起來(lái)可以達(dá)到自身的體重。 ATP是連接合成代謝和分解代謝的橋梁:分解代謝反應(yīng)生成ATP,而合成代謝反應(yīng)消耗ATP。它也可以作為磷酸基團(tuán)的攜帶者參與磷酸化反應(yīng)。

                  維生素是一類(lèi)生命所需的微量有機(jī)化合物,但細(xì)胞自身無(wú)法合成。在人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)學(xué)中,大多數(shù)的維生素可以在被修飾后發(fā)揮輔酶的功能;例如,細(xì)胞所利用的所有的水溶性維生素都是被磷酸化或偶聯(lián)到核苷酸上的。 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD,還原形式為NADH)是維生素B 3 (俗稱煙酸)的一種衍生物,它也是一種重要的輔酶,可以作為氫受體。數(shù)百種不同類(lèi)型的脫氫酶可以從它們的底物上移去電子,同時(shí)將NAD 還原為NADH。而后,這種還原形式便可以作為任何一個(gè)還原酶的輔酶,用于為酶底物的還原提供電子。 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸在細(xì)胞中存在兩種不同的形式:NADH和NADPH。NAD /NADH多在分解代謝反應(yīng)中發(fā)揮重要作用,而NADP /NADPH則多用于合成代謝反應(yīng)中。

                  礦物質(zhì)和輔因子

                  代謝

                   血紅蛋白的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)亞基顯示為紅色和藍(lán)色,結(jié)合鐵的血紅素顯示為綠色。來(lái)自PDB1GZX。

                  無(wú)機(jī)元素在代謝中也發(fā)揮著重要的作用;其中一些在機(jī)體內(nèi)含量豐富(如鈉和鉀),而另一些則為微量元素。大約99%的哺乳動(dòng)物的質(zhì)量為碳、氮、鈣、鈉、氯、鉀、氫、磷、氧和硫元素。 絕大多數(shù)的碳和氮存在于有機(jī)物(如蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和糖類(lèi))中,而氫和氧則主要存在于水中。

                  含量豐富的無(wú)機(jī)元素都是作為電解質(zhì)的離子。體內(nèi)最重要的離子有鈉、鉀、鈣、鎂等金屬離子和氯離子、磷酸根離子以及碳酸氫根離子。在細(xì)胞膜的內(nèi)外維持準(zhǔn)確的離子梯度,可以保持滲透壓和pH值的穩(wěn)定。 離子對(duì)于神經(jīng)和肌肉組織也同樣不可缺少,這是因?yàn)檫@些組織中的動(dòng)作電位(可以引起神經(jīng)信號(hào)和肌肉收縮)是由細(xì)胞外液和細(xì)胞原生質(zhì)之間的電解質(zhì)交換來(lái)產(chǎn)生的。 電解質(zhì)進(jìn)入和離開(kāi)細(xì)胞是通過(guò)細(xì)胞膜上的離子通道蛋白來(lái)完成的。例如,肌肉收縮依賴于位于細(xì)胞膜和橫行小管(T-tubule)上的離子通道對(duì)于鈣離子、鉀離子和鈉離子的流動(dòng)的控制。

                  過(guò)渡金屬在生物體體內(nèi)通常是作為微量元素存在的,其中鋅和鐵的含量最為豐富。 這些金屬元素被一些蛋白質(zhì)用作輔因子或者對(duì)于酶活性的發(fā)揮具有關(guān)鍵作用,例如攜氧的血紅蛋白和過(guò)氧化氫酶。 這些輔因子可以與特定蛋白質(zhì)緊密結(jié)合;雖然酶的輔因子會(huì)在催化過(guò)程中被修飾,這些輔因子總是能夠在催化完成后回到起始狀態(tài)。

                  分解代謝

                  分解代謝 (又稱為 異化作用 )是一系列裂解大分子的反應(yīng)過(guò)程的總稱,包括裂解和氧化食物分子。分解代謝反應(yīng)的目的是為合成代謝反應(yīng)提供所需的能量和反應(yīng)物。分解代謝的機(jī)制在生物體中不盡相同,如有機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌分解有機(jī)分子來(lái)獲得能量,而無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌利用無(wú)機(jī)物作為能量來(lái)源,光能利用菌則能夠吸收陽(yáng)光并轉(zhuǎn)化為可利用的化學(xué)能。然而,所有這些代謝形式都需要氧化還原反應(yīng)的參與,反應(yīng)主要是將電子從還原性的供體分子(如有機(jī)分子、水、氨、硫化氫、亞鐵離子等)轉(zhuǎn)移到受體分子(如氧氣、硝酸鹽、硫酸鹽等)。 在動(dòng)物中,這些反應(yīng)還包括將復(fù)雜的有機(jī)分子分解為簡(jiǎn)單分子(如二氧化碳和水)。在光合生物(如植物和藍(lán)藻)中,這些電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)并不釋放能量,而是用作儲(chǔ)存所吸收光能的一種方式。

                  動(dòng)物中最普遍的分解代謝反應(yīng)可以被分為三個(gè)主要步驟:首先,大分子有機(jī)化合物,如蛋白質(zhì)、多糖或脂類(lèi)被消化分解為小分子組分;然后,這些小分子被細(xì)胞攝入并被轉(zhuǎn)化為更小的分子,通常為乙酰輔酶A,此過(guò)程中會(huì)釋放出部分能量;最后,輔酶A上的乙?;鶊F(tuán)通過(guò)檸檬酸循環(huán)和電子傳遞鏈被氧化為水和二氧化碳,并釋放出能量,這些能量可以通過(guò)將煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD )還原為NADH而以化學(xué)能的形式被儲(chǔ)存起來(lái)。

                  消化

                  淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素等大分子多聚體不能很快被細(xì)胞所吸收,需要先被分解為小分子單體然后才能被用于細(xì)胞代謝。有多種消化性酶能夠降解這些多聚體,如蛋白酶可以將但蛋白質(zhì)降解為多肽片斷或氨基酸,糖苷水解酶可以將多糖分解為單糖。

                  微生物只是簡(jiǎn)單地分泌消化性酶到周?chē)h(huán)境中, 而動(dòng)物則只能由其消化系統(tǒng)中的特定細(xì)胞來(lái)分泌這些酶。 由這些位于細(xì)胞外的酶分解獲得的氨基酸或單糖接著通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)鞍妆贿\(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)。

                  代謝

                   蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪的代謝簡(jiǎn)化圖。

                  來(lái)自有機(jī)物的能量

                  糖類(lèi)的分解代謝即是將糖鏈分解為更小的單位。通常一旦糖鏈被分解為單糖后就可以被細(xì)胞所吸收。 進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的糖,如葡萄糖和果糖,就會(huì)通過(guò)糖酵解途徑被轉(zhuǎn)化為丙酮酸鹽并產(chǎn)生部分的ATP。 丙酮酸鹽是多個(gè)代謝途徑的中間物,但其大部分會(huì)被轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A并進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。雖然檸檬酸循環(huán)能夠產(chǎn)生ATP,但其最重要的產(chǎn)物是NADH——由乙酰輔酶A被氧化來(lái)提供電子并由NAD生成,同時(shí)釋放出無(wú)用的二氧化碳。在無(wú)氧條件下,糖酵解過(guò)程會(huì)生成乳酸鹽,即由乳酸脫氫酶將丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為乳酸鹽,同時(shí)將NADH又氧化為NAD ,使得NAD可以被循環(huán)利用于糖酵解中。另一中降解葡萄糖的途徑是磷酸戊糖途徑,該途徑可以將輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP )還原為NADPH,并生成戊糖,如核糖(合成核苷酸的重要組分)。

                  脂肪是通過(guò)水解作用分解為脂肪酸和甘油。甘油可以進(jìn)入糖酵解途徑,通過(guò)β-氧化被分解并釋放出乙酰輔酶A,而乙酰輔酶A如上所述進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。脂肪酸同樣通過(guò)氧化被分解;在氧化過(guò)程中脂肪酸可以釋放出比糖類(lèi)更多的能量,這是因?yàn)樘穷?lèi)結(jié)構(gòu)的含氧比例較高。

                  氨基酸既可以被用于合成蛋白質(zhì)或其他生物分子,又可以被氧化為尿素和二氧化碳以提供能量。 氧化的第一步是由轉(zhuǎn)氨酶將氨基酸上的氨基除去,氨基隨后被送入尿素循環(huán),而留下的脫去氨基的碳骨架以酮酸的形式存在。有多種酮酸(如α-酮戊二酸,由脫去氨基的谷氨酸所形成)是檸檬酸循環(huán)的中間物。 此外,生糖氨基酸(glucogenic amino acid)能夠通過(guò)糖異生作用被轉(zhuǎn)化為葡萄糖(具體內(nèi)容見(jiàn)下文)。

                  能量轉(zhuǎn)換

                  氧化磷酸化

                  氧化磷酸化中,通過(guò)如檸檬酸循環(huán)等代謝途徑,電子從被消化吸收的食物分子上轉(zhuǎn)移到氧氣上,并將產(chǎn)生的能量以ATP的方式儲(chǔ)存起來(lái)。在真核生物中,這一過(guò)程是由位于線粒體膜上的一系列膜蛋白來(lái)完成的,被稱為電子傳遞鏈。而在原核生物中,對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)則位于細(xì)胞內(nèi)膜上。 這些蛋白質(zhì)利用從電子還原性分子(如NADH)傳遞到氧氣的反應(yīng)所產(chǎn)生的能量將質(zhì)子進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。 將質(zhì)子泵出線粒體的結(jié)果就會(huì)在線粒體膜的兩邊產(chǎn)生質(zhì)子的濃度差,從而在膜的兩邊形成一個(gè)電化學(xué)梯度。 通過(guò)電化學(xué)梯度所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力使得質(zhì)子通過(guò)線粒體膜上的三磷酸腺苷合酶重新進(jìn)入線粒體。這樣的一個(gè)質(zhì)子流會(huì)促使ATP合酶的stalk亞基發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),并進(jìn)一步帶動(dòng)合酶結(jié)構(gòu)域上的活性位點(diǎn)發(fā)生形變并將腺苷二磷酸(ADP)磷酸化,最終產(chǎn)生ATP。

                  來(lái)自無(wú)機(jī)物的能量

                  化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)是一種發(fā)現(xiàn)于一些原核生物中的代謝類(lèi)型,這些原核生物通過(guò)氧化無(wú)機(jī)物來(lái)獲得能量。它們能夠利用氫氣, 還原性的含硫化合物(如硫化物、硫化氫和硫代硫酸鹽) ,二價(jià)鐵化合物 或氨 作為還原能的來(lái)源;這些還原性物質(zhì)氧化過(guò)程的電子受體常常為氧氣或亞硝酸鹽。 這些進(jìn)程對(duì)于整體的生物地質(zhì)化學(xué)循環(huán),如乙酸生成作用(acetogenesis)以及硝化和反硝化作用都很重要,并且對(duì)土壤的肥沃十分關(guān)鍵。

                  來(lái)自光的能量

                  太陽(yáng)光中的能量可以被植物、藍(lán)藻、紫細(xì)菌、綠菌和一些原生生物所捕獲。這一獲取光能的進(jìn)程常常與二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物(即“碳固定”)相偶聯(lián),成為光合作用的一部分。光能獲取和碳固定系統(tǒng)在原核生物中卻能夠分開(kāi)運(yùn)行的,因?yàn)樽霞?xì)菌和綠菌無(wú)論在碳固定或是在有機(jī)物酵解之時(shí),都可以利用陽(yáng)光作為能量來(lái)源。

                  捕獲太陽(yáng)能的過(guò)程與氧化磷酸化在本質(zhì)上是相似的,因?yàn)閮烧叨及四芰恳再|(zhì)子濃度梯度形式存在以及這種濃度差所驅(qū)動(dòng)的ATP的合成。 用于驅(qū)動(dòng)電子傳遞鏈的電子是來(lái)自于被稱為光合反應(yīng)中心的捕光蛋白。根據(jù)所含的光合色素類(lèi)型的不同,可以將反應(yīng)中心體分為兩類(lèi):去鎂葉綠素-醌型和鐵-硫型;大多數(shù)的光合細(xì)菌只含有一類(lèi)反應(yīng)中心體,而植物和藍(lán)藻則含有兩類(lèi)。

                  此外,光系統(tǒng)是在光合作用中發(fā)揮主要作用的蛋白質(zhì)復(fù)合物,包括光系統(tǒng)I和II。在植物中,光系統(tǒng)II可以利用光能從水中獲得電子,并釋放出氧氣。電子隨后流入細(xì)胞色素b6f復(fù)合物,該復(fù)合物用能量將質(zhì)子泵出類(lèi)囊體(位于葉綠體中)膜。 被泵出的質(zhì)子又通過(guò)膜回到類(lèi)囊體內(nèi),從而驅(qū)動(dòng)ATP的合成(類(lèi)似于氧化磷酸化中的ATP的合成)。當(dāng)電子繼續(xù)流過(guò)光系統(tǒng)I時(shí),它們可以被用于還原輔酶NADP 、用于卡爾文循環(huán)或回收后用于合成更多的ATP。

                  合成代謝

                  合成代謝 (又稱為 同化作用 )是一系列合成型代謝進(jìn)程(即利用分解代謝所釋放的能量來(lái)合成復(fù)雜分子)的總稱。一般而言,用于組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜分子都是從小且簡(jiǎn)單的前體一步一步地構(gòu)建而來(lái)。合成代謝包括三個(gè)基本階段:首先生成前體分子,如氨基酸、單糖、類(lèi)異戊二烯和核苷酸;其次,利用ATP水解所提供的能量,這些分子被激活而形成活性形式;最后,它們被組裝成復(fù)雜的分子,如蛋白質(zhì)、多糖、脂類(lèi)和核酸。

                  不同的生物體所需要合成的各類(lèi)復(fù)雜分子也互不相同。自養(yǎng)生物,如植物,可以在細(xì)胞中利用簡(jiǎn)單的小分子,如二氧化碳和水,來(lái)合成復(fù)雜的有機(jī)分子如多糖和蛋白質(zhì)。異養(yǎng)生物則需要更復(fù)雜的物質(zhì)來(lái)源,如單糖和氨基酸,來(lái)生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的復(fù)雜分子。生物體還可以根據(jù)它們所獲得的能量來(lái)源的不同而被細(xì)分為:獲取光能的光能自養(yǎng)生物和光能異養(yǎng)生物,以及從無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程或的能量的化能自養(yǎng)生物和化能異養(yǎng)生物。

                  碳固定

                  更多資料:碳固定、光合作用和化能合成作用

                  代謝

                    植物細(xì)胞(其周?chē)h(huán)繞的為紫色的細(xì)胞壁)中充滿了光合作用的“工廠”──葉綠體(綠色)。

                  光合作用是利用陽(yáng)光、二氧化碳(CO 2 )和水來(lái)合成糖類(lèi)并釋放出氧氣的過(guò)程。這一過(guò)程利用光合反應(yīng)中心所產(chǎn)生的ATP和NADPH將CO 2 轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸,并繼續(xù)將3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化為生物體所需的葡萄糖,因此該過(guò)程被稱為碳固定。碳固定反應(yīng)作為卡爾文-本森循環(huán)的一部分,由RuBisCO酶來(lái)進(jìn)行催化。 發(fā)生在植物中的光合作用分為三種: C3碳固定 ( 英語(yǔ) : C3 carbon fixation ) 、C4碳固定和CAM光合作用。這些光合作用種類(lèi)之間的差異在于當(dāng)二氧化碳進(jìn)入卡爾文循環(huán)的途徑不同:C3型植物可以直接對(duì)CO 2 進(jìn)行固定;而C4和CAM型則先將CO 2 合并到其他化合物上,這是對(duì)強(qiáng)光照和干旱環(huán)境的一種適應(yīng)。

                  在光合型原核生物中,碳固定的機(jī)制只見(jiàn)差異性更大。例如,二氧化碳可以經(jīng)由卡爾文-本森循環(huán)(一種 反式檸檬酸循環(huán) ( 英語(yǔ) : Reverse Krebs cycle ) ) 或者乙酰輔酶A的羧化作用 而被固定。此外,原核的化能自養(yǎng)菌也可以通過(guò)卡爾文-本森循環(huán)來(lái)固定CO 2 ,但卻使用來(lái)自無(wú)機(jī)化合物的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。

                  糖類(lèi)和聚糖

                  糖類(lèi)的合成代謝中,簡(jiǎn)單的有機(jī)酸可以被轉(zhuǎn)化為單糖(如葡萄糖),然后單糖再聚合在一起形成多糖(如淀粉)。從包括丙酮酸鹽、乳酸鹽、甘油、3-磷酸甘油酸和氨基酸在內(nèi)的化合物來(lái)生成葡萄糖的過(guò)程被稱為糖異生。糖異生將丙酮酸鹽通過(guò)一系列的中間物轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸,其中的許多中間物可以與糖酵解過(guò)程共享。 然而,糖異生過(guò)程不是簡(jiǎn)單的糖酵解過(guò)程的逆反應(yīng),其中多個(gè)步驟是由不在糖酵解中發(fā)揮作用的酶來(lái)催化的。這樣就使得葡萄糖的合成和分解可以被分別調(diào)控,以防止這兩個(gè)途徑進(jìn)入無(wú)效循環(huán)( futile cycle ( 英語(yǔ) : futile cycle ) )。

                  雖然脂肪是通用的儲(chǔ)存能量的方式,但在脊椎動(dòng)物,如人類(lèi)中,儲(chǔ)存的脂肪酸不能通過(guò)糖異生作用而被轉(zhuǎn)化為葡萄糖,因?yàn)檫@些生物體無(wú)法將乙酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)楸猁}(植物具有必要的酶,而動(dòng)物則沒(méi)有)。 因此,在長(zhǎng)期饑餓后,脊椎動(dòng)物需要從脂肪酸來(lái)制造酮體來(lái)代替組織中的葡萄糖,因?yàn)橄衲X這樣的組織不能夠代謝脂肪酸。 在其它生物體,如植物和細(xì)菌中,由于存在乙醛酸循環(huán),可以跳過(guò)檸檬酸循環(huán)中的脫羧反應(yīng),使得乙酰輔酶A可以被轉(zhuǎn)化為草酰乙酸鹽,而草酰乙酸鹽可以被用于葡萄糖的生產(chǎn),因此解決了脊椎動(dòng)物中存在的這一代謝問(wèn)題。

                  多糖和聚糖是通過(guò)逐步加入單糖來(lái)合成的,加入單糖的過(guò)程是由糖基轉(zhuǎn)移酶將糖基從一個(gè)激活的糖-磷酸供體(如尿苷二磷酸葡萄糖)上轉(zhuǎn)移到作為受體的羥基(位于延長(zhǎng)中的多糖鏈)上。由于糖環(huán)上的任一羥基都可以作為受體,因此多糖鏈可以是直鏈結(jié)構(gòu),也可以含有多個(gè)支鏈。 這些生成的多糖自身可以具有結(jié)構(gòu)或代謝功能,或者可以在寡糖鏈轉(zhuǎn)移酶的作用下被轉(zhuǎn)接到脂類(lèi)和蛋白質(zhì)上(即糖基化作用)。

                  脂肪酸、萜類(lèi)化合物和類(lèi)固醇

                  代謝

                    類(lèi)固醇代謝途徑的簡(jiǎn)化圖。其中包括了中間物異戊烯酰焦磷酸、二甲烯丙基焦磷酸酯(DMAPP)、牻牛兒焦磷酸(GPP)和鯊烯。有一些中間物被省略。產(chǎn)物為羊毛甾醇。

                  脂肪酸合成是一個(gè)將乙酰輔酶A多聚化并還原的過(guò)程。脂肪酸上的乙酰基鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)一個(gè)反應(yīng)循環(huán)來(lái)延伸的,包括加入乙酰基、將其還原為乙醇和繼續(xù)還原為烷烴的過(guò)程。在脂肪酸的生物合成中發(fā)揮作用的酶可以被分為兩類(lèi):動(dòng)物和真菌中,所有的脂肪酸合成反應(yīng)由一個(gè)單一的多功能酶,I型脂肪酸合酶來(lái)完成; 而在植物質(zhì)體和細(xì)菌中,有多個(gè)不同的酶分別催化每一個(gè)反應(yīng),這些酶統(tǒng)稱為I型脂肪酸合酶。

                  萜烯和異戊二烯類(lèi)化合物(包括類(lèi)胡蘿卜素在內(nèi))是脂類(lèi)中的一個(gè)大家族,它們組成了植物天然化合物中的最大的一類(lèi)。 這些化合物是以異戊二烯為單位,聚合和修飾而成的;其中,異戊二烯是由具反應(yīng)活性的前體,異戊烯焦磷酸和二甲烯丙基焦磷酸提供的。 這兩個(gè)前體可以在不同的途徑中被合成。動(dòng)物和古菌利用甲瓦龍酸途徑來(lái)從乙酰輔酶A生產(chǎn)這兩個(gè)化合物; 而植物和細(xì)菌則通過(guò)非甲瓦龍酸途徑利用丙酮酸和甘油醛-3-磷酸作為底物來(lái)生產(chǎn)它們。 另一個(gè)利用這些激活的異戊二烯供體的重要反應(yīng)是類(lèi)固醇的生物合成。其中,異戊二烯單位連接在一起聚成角鯊烯,然后折疊起來(lái),經(jīng)過(guò)一個(gè)質(zhì)子引發(fā)的連續(xù)成環(huán)反應(yīng)得到羊毛脂甾醇。 而羊毛脂甾醇能夠被繼續(xù)轉(zhuǎn)化為其他類(lèi)固醇,如膽固醇和麥角甾醇。

                  蛋白質(zhì)

                  生物體之間合成20種基本氨基酸的能力各不相同。大多數(shù)的細(xì)菌和植物可以合成所有這20種氨基酸,而哺乳動(dòng)物只能合成10種非必需氨基酸。 因此對(duì)于包括人在內(nèi)的哺乳動(dòng)物,獲取必需氨基酸的途徑只能是攝入富含這些氨基酸的食物。所有氨基酸都可以從糖酵解、檸檬酸循環(huán)或磷酸戊糖循環(huán)中的中間產(chǎn)物生成。其中,合成過(guò)程所需的氮由谷氨酸和谷氨酰胺來(lái)提供。氨基酸合成需要先有適當(dāng)?shù)摩粒嵝纬?,然后通過(guò)轉(zhuǎn)氨作用形成氨基酸。

                  氨基酸是通過(guò)肽鍵連接在一起并進(jìn)一步形成蛋白質(zhì)。每種不同的蛋白質(zhì)都對(duì)應(yīng)著自己獨(dú)特的氨基酸序列(又被稱為一級(jí)結(jié)構(gòu))。如同20多個(gè)字母就能排列組合成數(shù)以萬(wàn)計(jì)的單詞一般,不同的氨基酸連接在一起能夠形成數(shù)量龐大的蛋白質(zhì)種類(lèi)。氨基酸通過(guò)連接到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)分子上形成氨酰tRNA而被激活,然后才可以被連接在一起。這種氨酰tRNA前體是通過(guò)一個(gè)ATP依賴的反應(yīng)(將tRNA與正確的氨基酸相連接)來(lái)合成,該反應(yīng)由氨酰tRNA合成酶進(jìn)行催化。 然后,以信使RNA中的序列信息為指導(dǎo),帶有正確氨基酸的氨酰tRNA分子就可以結(jié)合到核糖體的對(duì)應(yīng)位置,在核糖體的作用下將氨基酸連接到正在延長(zhǎng)的蛋白質(zhì)鏈上。

                  核苷酸

                  核苷酸是由氨基酸、二氧化碳以及甲酸來(lái)合成的。 由于其合成途徑需要消耗大量的代謝能量,大多數(shù)的生物體內(nèi)都有有效的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行核苷酸補(bǔ)救。 嘌呤是以核苷(即堿基連接上核糖)為基礎(chǔ)合成的。腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤是由前體核苷分子肌苷單磷酸(即次黃苷酸)衍生而來(lái),而次黃苷酸則是由來(lái)自甘氨酸、谷氨酰胺和谷氨酰胺的原子以及從輔酶四氫葉酸鹽上轉(zhuǎn)移來(lái)的甲酸基來(lái)合成的。嘧啶是由堿基乳清酸鹽合成的,乳清酸鹽則由谷氨酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)化而來(lái)。

                  異型生物質(zhì)代謝和氧化還原代謝

                  所有的生物體如果持續(xù)攝入非食物類(lèi)物質(zhì)而沒(méi)有相應(yīng)的代謝途徑,這些物質(zhì)就會(huì)在細(xì)胞中積累并造成危害。這些存在于機(jī)體內(nèi)可能造成損害的物質(zhì)被稱為異型生物質(zhì)( xenobiotic ( 英語(yǔ) : xenobiotic ) )。 異型生物質(zhì)包括合成藥物、天然毒藥和抗生素,所幸的是它們可以在一系列異型生物質(zhì)代謝酶的作用下被去毒化。在人體中,細(xì)胞色素P450氧化酶 、尿苷二磷酸葡醛酸轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucuronosyl transferases) 和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(Glutathione S-transferase) 都屬于這類(lèi)酶。這一酶系統(tǒng)的功能發(fā)揮有三個(gè)階段:首先氧化異型生物質(zhì),然后在該物質(zhì)分子上連接一個(gè)水溶性基團(tuán),最后修飾過(guò)的含水溶性基團(tuán)的異型生物質(zhì)被運(yùn)出細(xì)胞(在多細(xì)胞生物體中,還可以被進(jìn)一步代謝并被排出體外)。在生態(tài)學(xué)中,這些反應(yīng)對(duì)于污染物的微生物降解和污染土壤(特別是石油污染)的生物修復(fù)具有極為重要的作用。 許多這樣的微生物反應(yīng)在多細(xì)胞生物體中也同樣存在,但由于微生物種類(lèi)的多樣性使得它們能夠代謝的物質(zhì)比多細(xì)胞生物體要廣泛的多,它們甚至可以降解包括有機(jī)氯在內(nèi)的持久性有機(jī)污染物。

                  在需氧生物中還存在氧化應(yīng)激的問(wèn)題。 其中,需要對(duì)包括氧化磷酸化和蛋白質(zhì)折疊中二硫鍵形成所產(chǎn)生的活性氧(如過(guò)氧化氫)進(jìn)行處理。 這些能夠損害機(jī)體的氧化活性物質(zhì)由抗氧化代謝物(如谷胱甘肽)和相關(guān)酶(如過(guò)氧化氫酶和辣根過(guò)氧化物酶)來(lái)清除。

                  生物體的熱力學(xué)

                  生物體也必須遵守?zé)崃W(xué)定律(描述功和熱之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系)。熱力學(xué)第二定律指出,在任何封閉系統(tǒng)中,熵值總是趨向于增加。雖然生物體的高度復(fù)雜性看起來(lái)似乎與這一定律相反,但生物體實(shí)際上是開(kāi)放系統(tǒng),能夠與周?chē)h(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換;因此,生命系統(tǒng)不是處于平衡之中,而是表現(xiàn)為耗散結(jié)構(gòu)來(lái)維持它們的高度復(fù)雜性,同時(shí)增加周?chē)h(huán)境的熵值。 細(xì)胞中的代謝則是通過(guò)將分解代謝的自發(fā)過(guò)程和合成代謝的非自發(fā)過(guò)程偶聯(lián)來(lái)達(dá)到保持復(fù)雜性的目的。用熱力學(xué)來(lái)解釋,代謝實(shí)際上就是通過(guò)制造無(wú)序來(lái)保持有序。

                  調(diào)控機(jī)制

                  代謝

                    胰島素在細(xì)胞中的作用

                  由于生物體的外界環(huán)境處于不斷的變化之中,因此代謝反應(yīng)必須能夠被精確的調(diào)控,以保持細(xì)胞內(nèi)各組分的穩(wěn)定,即體內(nèi)平衡。 代謝調(diào)控也使得生物體能夠?qū)ν饨缧盘?hào)產(chǎn)生反饋并能夠與其周?chē)h(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。 其中,兩個(gè)緊密聯(lián)系的概念對(duì)于了解代謝途徑的調(diào)控機(jī)制非常重要:其一,一個(gè)酶在代謝途徑中的 調(diào)節(jié) 就是它的酶活性是如何根據(jù)信號(hào)來(lái)增加或降低的;其二,由這個(gè)酶所施加的 控制 即是它的活性的變化對(duì)于代謝途徑整體速率(途徑的通量)的影響。 例如,一個(gè)酶可以在活性上發(fā)生很大的變化(比如被高度調(diào)控),但如果這些變化對(duì)于其所在的代謝途徑的通量基本沒(méi)有影響,那么這個(gè)酶就不能夠?qū)τ谶@一途徑發(fā)揮控制作用。

                  代謝調(diào)控可分為多個(gè)層次。在自身調(diào)節(jié)中,代謝途徑可以自調(diào)節(jié)以對(duì)底物或產(chǎn)物水平的變化做出反應(yīng);例如,產(chǎn)物量降低可以引起途徑通量的增加,從而使產(chǎn)物量得到補(bǔ)償。 這種類(lèi)型的調(diào)節(jié)包含對(duì)于途徑中多個(gè)酶的活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)。 多細(xì)胞生物中,細(xì)胞在接收到來(lái)自其他細(xì)胞的信號(hào)后作出反應(yīng)來(lái)改變它的代謝情況,而這就屬于外部調(diào)控。這些信號(hào)通常是通過(guò)可溶性分子(“信使”)來(lái)傳遞的,如激素和生長(zhǎng)因子,它們能夠特異性地與細(xì)胞表面特定的受體分子結(jié)合。 在與受體結(jié)合之后,信號(hào)就會(huì)通過(guò)第二信使系統(tǒng)被傳遞到細(xì)胞內(nèi)部,此過(guò)程中通常含有蛋白質(zhì)的磷酸化。

                  由胰島素調(diào)節(jié)的葡萄糖代謝是一個(gè)研究得比較透徹的外部調(diào)控的例子。 機(jī)體合成胰島素是用于對(duì)血液中葡萄糖水平的升高做出反應(yīng)。胰島素與細(xì)胞表面的胰島素受體結(jié)合,然后激活一系列蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng),使細(xì)胞能夠攝入葡萄糖并將其轉(zhuǎn)化為能量?jī)?chǔ)存分子,如脂肪酸和糖原。 糖原的代謝是由磷酸化酶和糖原合酶來(lái)控制的,前者可以降解糖原,而后者可以合成糖原。這些酶是相互調(diào)控的:磷酸化作用可以抑制糖原合酶的活性,卻激活磷酸化酶的活性。胰島素通過(guò)激活蛋白磷酸酶而降低酶的磷酸化,從而使糖原得以合成。

                   

                  進(jìn)化

                  代謝

                   進(jìn)化樹(shù)顯示所有來(lái)自生物三域中的生物體有著共同的祖先。細(xì)菌顯示為藍(lán)色,真核生物顯示為紅色,而古菌顯示為綠色。一些生物門(mén)的相對(duì)位置也都在進(jìn)化樹(shù)周?chē)鷺?biāo)示出來(lái)。

                  如前所述,代謝的中心途徑,如糖酵解和三羧酸循環(huán),存在于三域中的所有生物體中,也曾存在于“最后的共同祖先”中。 共同祖先細(xì)胞是原核生物,并且很可能是一種具有廣泛的氨基酸、糖類(lèi)和脂類(lèi)代謝的產(chǎn)甲烷菌。 這些古老的代謝途徑之所以沒(méi)有進(jìn)一步進(jìn)化,其原因可能是途徑中的反應(yīng)對(duì)于特定的代謝問(wèn)題已經(jīng)是一個(gè)優(yōu)化的解決辦法,可以以很少的步驟達(dá)而到很高的效率。 第一個(gè)基于酶的代謝途徑(現(xiàn)在可能已經(jīng)成為嘌呤核苷酸代謝中的一部分)和之前的代謝途徑是原始的RNA世界的組成部分。

                  研究者們提出了多種模型來(lái)描述新的代謝途徑是如何進(jìn)化而來(lái)的:如添加新的酶到一個(gè)較短的原始途徑,或是復(fù)制而后分化整個(gè)途徑,并將已存在的酶和它們的復(fù)合體帶入新的反應(yīng)途徑中。 這些進(jìn)化機(jī)制中,哪一種更為重要目前還不清楚,但基因組研究顯示在同一個(gè)途徑中的酶可能具有一個(gè)共同“祖先”,這就提示許多途徑是通過(guò)一步接一步的演化方式利用已存在的反應(yīng)步驟來(lái)獲得新的功能。 另一種較為合理的模型來(lái)自于對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的演化研究,其結(jié)果提示酶具有普適性,同樣的酶能夠在不同的代謝途徑中被利用并發(fā)揮相似的作用。 這些利用的進(jìn)程就導(dǎo)致進(jìn)化,酶在途徑中以類(lèi)似于馬賽克排列的方式進(jìn)行拼接。 第三種可能性是代謝中的一些部分可以以“模塊”的方式存在,而模塊可以被用于不同的途徑并對(duì)不同的分子執(zhí)行相似的功能。

                  在進(jìn)化出新的代謝途徑的同時(shí),進(jìn)化也可能造成代謝功能的降低或喪失。例如,一些寄生物失去了對(duì)于生存非關(guān)鍵的代謝進(jìn)程,代之以直接從宿主體內(nèi)獲取氨基酸、核苷酸和糖類(lèi)。 類(lèi)似的代謝能力退化的現(xiàn)象在一些內(nèi)共生生物體中也被觀察到。

                   

                  相關(guān)的研究分析

                  代謝

                   擬南芥( Arabidopsis thaliana )中三羧酸循環(huán)的代謝網(wǎng)絡(luò)。酶和代謝物用紅色圓來(lái)表示,它們之間的相互作用用黑線來(lái)表示。

                  代謝的經(jīng)典研究方法是還原法,即對(duì)單個(gè)代謝途徑進(jìn)行研究。放射性示蹤是一個(gè)非常有用的研究手段,它通過(guò)定位放射性標(biāo)記的中間物和產(chǎn)物來(lái)追蹤代謝過(guò)程,從而可以在整個(gè)生物體、組織或細(xì)胞等不同水平上對(duì)代謝進(jìn)行研究。 隨后,對(duì)催化這些化學(xué)反應(yīng)的酶進(jìn)行純化,并鑒定它們的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和對(duì)應(yīng)的抑制劑。另一種研究方法是在一個(gè)細(xì)胞或組織中鑒定代謝相關(guān)的小分子,其中所有的這些小分子被稱為一個(gè)組織細(xì)胞的代謝物組(Metabolome)。綜上,這些研究給出了單個(gè)代謝途徑的組成結(jié)構(gòu)和功能;但這些方法卻無(wú)法有效應(yīng)用于更為復(fù)雜的系統(tǒng),如一個(gè)完整細(xì)胞中的所有代謝。

                  細(xì)胞中代謝網(wǎng)絡(luò)(含有數(shù)千種不同的酶)的復(fù)雜性由右圖(圖中僅僅只含有43個(gè)蛋白質(zhì)和40個(gè)代謝物之間的相互作用)可知是極高的。但現(xiàn)在,利用基因組數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建完整的代謝化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)并生成更整體化的數(shù)學(xué)模型來(lái)解釋和預(yù)測(cè)各種代謝行為已經(jīng)成為可能。 特別是將從經(jīng)典研究方法中所獲得的代謝途徑和代謝物的數(shù)據(jù)以及從蛋白質(zhì)組學(xué)和DNA微陣列研究中獲得的數(shù)據(jù)整合到這些數(shù)學(xué)模型中,則可以極大地完善這些模型。 利用所有這些技術(shù),一個(gè)人體代謝模型已經(jīng)被提出,這一模型將對(duì)未來(lái)的藥物和生物化學(xué)研究提供指導(dǎo)。

                  代謝信息的一項(xiàng)主要的技術(shù)應(yīng)用是代謝工程。在代謝工程中,諸如酵母、植物和細(xì)菌等生物體被遺傳工程改造為生物技術(shù)中的高效工具,用于包括抗生素在內(nèi)的藥物或工業(yè)用化學(xué)品(如1,3-丙二醇和莽草酸)的生產(chǎn)。 這些改造通常有助于降低產(chǎn)物合成中的能量消耗,增加產(chǎn)量和減少?gòu)U物的產(chǎn)生。

                  歷史

                  代謝

                   桑托里奧 ( 英語(yǔ) : Santorio Santorio ) 在他的秤中,摘自《 Ars de statica medecina 》,1614年首次出版。

                  對(duì)于代謝的科學(xué)研究已經(jīng)跨越了數(shù)個(gè)世紀(jì),從早期對(duì)于動(dòng)物整體代謝的研究一直到現(xiàn)代生物化學(xué)中對(duì)于單個(gè)代謝反應(yīng)機(jī)制的探索。代謝的概念的出現(xiàn)可以追溯到13世紀(jì),阿拉伯醫(yī)學(xué)家伊本·納菲斯( Ibn al-Nafis ( 英語(yǔ) : Ibn al-Nafis ) )提出“身體和它的各個(gè)部分是處于一個(gè)分解和接受營(yíng)養(yǎng)的連續(xù)狀態(tài),因此它們不可避免地一直發(fā)生著變化”。 第一個(gè)關(guān)于人體代謝的實(shí)驗(yàn)由意大利人桑托里奧·桑托里奧( Santorio Santorio ( 英語(yǔ) : Santorio Santorio ) )于1614年完成并發(fā)表在他的著作《醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法》( Ars de statica medecina )中。 在書(shū)中,他描述了他如何在進(jìn)食、睡覺(jué)、工作、、、飲酒以及排泄等各項(xiàng)活動(dòng)前后對(duì)自己的體重進(jìn)行秤量;他發(fā)現(xiàn)大多數(shù)他所攝入的食物最終都通過(guò)他所稱的“無(wú)知覺(jué)排汗”被消耗掉了。

                  在這些早期研究中,代謝進(jìn)程的機(jī)制還沒(méi)有被揭示,人們普遍認(rèn)為存在一種“活力”可以激活器官。 到了19世紀(jì),在對(duì)糖被酵母酵解為酒精的研究中,法國(guó)科學(xué)家路易斯·巴斯德總結(jié)出酵解過(guò)程是由酵母細(xì)胞內(nèi)他稱為“酵素”的物質(zhì)來(lái)催化的。他寫(xiě)道:“酒精酵解是一種與生命以及酵母細(xì)胞的組織相關(guān)的,而與細(xì)胞的死亡和腐化無(wú)關(guān)的一種行為。” 這一發(fā)現(xiàn)與弗里德里?!ぞS勒在1828年發(fā)表的關(guān)于尿素的化學(xué)合成 證明了細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)和有機(jī)物與其他化學(xué)無(wú)異,都遵循化學(xué)的基本原則。

                  20世紀(jì)初,酶首次被愛(ài)德華·比希納所發(fā)現(xiàn),這一發(fā)現(xiàn)使得對(duì)代謝中化學(xué)反應(yīng)的研究從對(duì)細(xì)胞的生物學(xué)研究中獨(dú)立出來(lái),同時(shí)這也標(biāo)志著生物化學(xué)研究的開(kāi)始。 從20世紀(jì)初開(kāi)始,人們對(duì)于生物化學(xué)的了解迅速增加。在現(xiàn)代生物化學(xué)家中,漢斯·克雷布斯是最多產(chǎn)的研究者之一,他對(duì)代謝的研究做出了重大的貢獻(xiàn): 他發(fā)現(xiàn)了尿素循環(huán),隨后又與漢斯·科恩伯格( Hans Kornberg ( 英語(yǔ) : Hans Kornberg ) )合作發(fā)現(xiàn)了三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)。 現(xiàn)代生物化學(xué)研究受益于大量新技術(shù)的應(yīng)用,諸如色譜分析、X射線晶體學(xué)、核磁共振、電子顯微學(xué)、同位素標(biāo)記、質(zhì)譜分析和分子動(dòng)力學(xué)模擬等。這些技術(shù)使得研究者可以發(fā)現(xiàn)并具體分析細(xì)胞中與代謝途徑相關(guān)的分子。

                  參見(jiàn)

                  基礎(chǔ)代謝率

                  抗代謝物

                  量熱法

                  遺傳性代謝缺陷

                  鐵硫世界理論,一種關(guān)于生命起源的理論。

                  呼吸運(yùn)動(dòng)計(jì)量法

                  食物熱效應(yīng) ( 英語(yǔ) : Thermic effect of food )

                  水代謝 ( 英語(yǔ) : Water metabolism )

                  延伸閱讀

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                  (英文) 另一生化詞匯表

                  (英文) 在線生物詞典

                  (英文) 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)中的話題

                  (英文) 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)

                  (英文) BioCyc Collection上的基因組和通路數(shù)據(jù)庫(kù)

                  (英文) 代謝途徑流程圖

                  (英文) KEGG通路數(shù)據(jù)庫(kù)

                  (英文) IUBMB-Nicholson代謝通路圖

                  (英文) Reactome生物進(jìn)程數(shù)據(jù)庫(kù)

                  (英文) Interactive主要代謝通路的流程圖

                  (英文) 糖酵解

                  (英文) 光合作用

                  (英文) 什么是光合作用

                  (中文) 糖、脂、氨基酸代謝途徑間的相互聯(lián)系

                   


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                  ——— 沒(méi)有了 ———
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                  相關(guān)資料

                  藍(lán)色
                  1943年杰克遜·波洛克創(chuàng)作了這幅抽象畫(huà)《藍(lán)色》,現(xiàn)藏于大原美術(shù)館。杰克遜·波洛克把畫(huà)布釘在地板上或墻上,舍棄畫(huà)筆、鏟、刀等繪畫(huà)工具,把顏料隨意潑灑在畫(huà)布上,并在畫(huà)布周?chē)鷵]灑創(chuàng)作。顏料在畫(huà)布上流淌、交錯(cuò),創(chuàng)造出縱橫交錯(cuò)的抽象線條效果,這種繪畫(huà)方式后來(lái)被稱為行動(dòng)繪畫(huà),這種特殊的作畫(huà)方式也是自立體主義以來(lái)最重要的革命性創(chuàng)舉。波洛克是20世紀(jì)美國(guó)抽象繪畫(huà)的代表人物之一,作品被視為二戰(zhàn)后新美國(guó)繪畫(huà)的象征。這幅畫(huà)可以看出波洛克受到米羅超現(xiàn)實(shí)主義創(chuàng)作的影響,也是波洛克向神秘主義創(chuàng)作方式探索的力作。在這幅畫(huà)中,在藍(lán)色背景的畫(huà)布上,波洛克把各種矛盾與合理共存的形狀組合在一起,描繪了神態(tài)各異、無(wú)法辨認(rèn)的生物種類(lèi)。畫(huà)面下方的黃色色塊與藍(lán)色形成強(qiáng)烈對(duì)比,各種怪異的圖形在奇幻的空間里給欣賞者產(chǎn)生視覺(jué)上的奇幻體驗(yàn)。
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                  · 代謝產(chǎn)物
                  參見(jiàn)次級(jí)代謝產(chǎn)物抗代謝物Metaboliccontrolanalysis(英語(yǔ):Metaboliccontrolanalysis)代謝物組代謝物組學(xué)活性代謝物
                  · 代謝癥候群
                  歷史定義代謝癥候群的定義曾經(jīng)多次改動(dòng),目前仍在使用的定義也有好幾種,其差異可能來(lái)自對(duì)于代謝癥候群的切入點(diǎn)的不同所致。影響力較大的幾種定義如下:1998世界衛(wèi)生組織(WHO)定義世界衛(wèi)生組織對(duì)于代謝癥候群的定義自從糖尿病的面向出發(fā)。其定義標(biāo)準(zhǔn)為,在糖尿病或空腹血糖偏高或葡萄糖耐受不良或胰島素抗性(整個(gè)族群當(dāng)中,進(jìn)行euglycemichyperinsulinemicclamp結(jié)果最不佳的四分之一)的狀態(tài),合并有以下情況二者及以上者,即為代謝癥候群:肥胖(男性腰圍除以臀圍比率大于0.9、女性大于0.85),或身體質(zhì)量指數(shù)在30以上者。脂質(zhì)代謝異常:三酸甘油脂大于等于150毫克/公合或高密度脂蛋白膽固醇過(guò)低(男性低于35毫克/公合、女性低于39毫克/公合)。血壓大于140/90毫米汞柱。微白蛋白尿(microalbuminuria),指白蛋白的尿液排除率(excretionrate)大于20μg...
                  · 代謝途徑
                  概覽代謝途徑一般都有以下特征:它們包括多個(gè)步驟,就像瀑布一樣。首個(gè)步驟多數(shù)不能倒逆。其他步驟并不一定不能倒逆。大部分情況下,這些步驟可以視乎細(xì)胞的實(shí)際需要而倒逆。它們都是有調(diào)節(jié)的,一般是以反饋方式,或是以循環(huán)形式再次進(jìn)行反應(yīng)(如三羧酸循環(huán))。真核生物的合成代謝及分解代謝途徑,大都局限于細(xì)胞中的特定區(qū)域(細(xì)胞區(qū)室),或是以使用不同的酶或輔助因子來(lái)分開(kāi)。主要代謝途徑葡糖醛酸代謝戊糖相互轉(zhuǎn)換肌醇代謝纖維素與蔗糖代謝淀粉與糖原代謝其他糖類(lèi)代謝磷酸戊糖途徑糖酵解與糖異生氨基糖代謝小氨基酸合成支鏈氨基酸合成嘌呤生物合成組氨酸代謝芳香族氨基酸合成丙酮酸脫羧發(fā)酵脂肪酸代謝尿素循環(huán)天冬氨酸族氨基酸合成卟啉類(lèi)和類(lèi)咕啉代謝三羧酸循環(huán)谷氨酸族氨基酸合成嘧啶生物合成細(xì)胞呼吸細(xì)胞會(huì)使用多種不同但相關(guān)的代謝途徑來(lái)轉(zhuǎn)移由分子分解釋放的能量至ATP內(nèi)。這種作用會(huì)以不同的形式存在于所有生物之內(nèi):糖酵解厭氧呼吸三羧酸循環(huán)氧化磷...
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                  · 代謝疾病
                  分類(lèi)代謝作用三個(gè)最大的類(lèi)別為:肝糖儲(chǔ)積癥——影響糖類(lèi)代謝的障礙。脂肪酸氧化作用缺陷——影響脂肪代謝的障礙。線粒體疾病——影響細(xì)胞內(nèi)中央發(fā)電廠線粒體的障礙。另有第四類(lèi)的離子通道病亦可以分類(lèi)為代謝疾病,但一般很少作出這樣的分類(lèi)。這種障礙影響細(xì)胞的離子通道及細(xì)胞器膜,形成離子不正?;虻托艿剡M(jìn)出細(xì)胞膜。有某些離子通道疾會(huì)造成周期性麻痹或惡性高熱癥。當(dāng)然亦有其他不同種類(lèi)的代謝疾病,如肌腺苷酸脫胺酶缺乏癥,而不明顯地能分在以上的類(lèi)別。現(xiàn)行的代謝病篩檢方法現(xiàn)行普遍測(cè)試方法有兩種,分別可以透過(guò)嬰兒的血液或尿液樣本進(jìn)行篩檢,兩種的測(cè)試方法分別在于樣本抽取方式和可檢測(cè)的疾病數(shù)量。根據(jù)樣本特性和現(xiàn)時(shí)科技,大約50種代謝病可以從血液中被檢測(cè)到,而超過(guò)100種代謝病可以從尿液中檢測(cè)到。篩檢方法比較樣本收集方法血液樣本收集采用入侵性方法。會(huì)對(duì)嬰兒造成一定程度痛楚。尿液樣本采集是一種非侵入性的方法,不會(huì)對(duì)寶寶造成任何...

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