临床执业医师考点：代谢总论

　　代谢是生物体内所发生的用于维持生命的一系列有序的化学反应的总称。这些反应进程使得生物体能够生长和繁殖、保持它们的结构以及对外界环境做出反应。代谢通常被分为两类：分解代谢可以对大的分子进行分解以获得能量(如细胞呼吸);合成代谢则可以利用能量来合成细胞中的各个组分，如蛋白质和核酸等。代谢可以被认为是生物体不断进行物质和能量交换的过程，一旦物质和能量的交换停止，生物体的结构和系统就会解体。代谢又称细胞代谢。

　　第一节 概述

　　一、定义

　　代谢(metabolism)又称新陈代谢，是生物体内所有化学变化的总称。代谢是生命的基本特征。

　　代谢包括合成代谢和分解代谢，前者又称同化作用，是指机体从环境中摄取营养物质，把它们转化为自身物质;后者又称异化作用，是指机体将自身物质转化为代谢产物，排出体外。二者是相辅相成的，它们的平衡使生物体既保持自身的稳定，又能不断更新，以适应环境。

　　二、代谢途径

　　代谢过程是通过一系列酶促反应完成的。完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶促反应称为代谢途径。代谢途径有以下特点：

　　1.没有完全可逆的代谢途径。物质的合成与分解，有的要完全不同的两条代谢途径(如脂肪酸的代谢);有的要部分地通过单向不可逆反应(如糖代谢)。

　　2.代谢途径的形式是多样的，有直线型的，有分支型的，也有环形的。

　　3.代谢途径有确定的细胞定位。酶在细胞内有确定的分布区域，所以每个代谢过程都是在确定的区域进行的。例如，糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。

　　4.代谢途径是相互沟通的。各个代谢途径之间，可通过共同的中间代谢物而相互交叉，也可通过过渡步骤相互衔接。这样各种代谢途径就联系起来，构成复杂的代谢网络。通过网络，各种物质的代谢可以协调进行，某些物质还可相互转化。

　　5.代谢途径之间有能量关联。通常合成代谢消耗能量，分解代谢释放能量，二者通过ATP等高能化合物作为能量载体而连接起来。

　　6.代谢途径的流量可调控。机体在不同的情况下需要不同的代谢速度，以提供适量的能量或代谢物。这是通过控制物质代谢的流量来实现的。因为代谢是酶促过程，所以可通过控制酶的活力与数量来实现。每个代谢途径的流量，都受反应速度最慢的步骤的限制，这个步骤称为限速步骤，或关键步骤，这个酶称为限速酶或关键酶。限速步骤一般是代谢途径或分支的第一步，这样可避免有害中间产物的积累。限速步骤一般是不可逆反应，其逆过程往往由另一种酶催化。限速酶的活性甚至数量，往往受到多种机制的调节，最普遍的是反馈抑制，即代谢终产物的积累对限速酶产生抑制。

　　第二节 合成代谢

　　一、阶段性和趋异性

　　生物分子结构的多层次性决定了合成代谢的`阶段性。首先由简单的无机分子(CO2、NH3、H2O等)合成生物小分子(单糖、氨基酸、核苷酸等)，再用这些构件合成生物大分子，进而组装成各种生物结构。

　　趋异性是指随着合成代谢阶段的上升，倾向于产生种类更多的产物。

　　二、营养依赖性

　　人类不能从无到有合成所有的生物分子。那些不能自己合成，只能从食物中摄取的物质，称为是必需的。如氨基酸中有10种是必需氨基酸，维生素和某些高不饱和脂肪酸也是必需的。严格说，糖是非必需的。

　　三、需要能量推动

　　合成代谢需要消耗能量。合成生物小分子的能量直接来自ATP和NADPH，合成生物大分子直接来自核苷三磷酸。

　　合成代谢所需的能量主要用于活化前体或构件分子，以及用于还原步骤等。

　　四、信息来源

　　生物大分子有两种组装模式：

　　1.模板指导组装核酸和蛋白质的合成，都以先在的信息分子为模板。如DNA复制、转录以及反转录、翻译都是在模板指导下的聚合过程。所需的信息存在于模板分子的构件序列中，能量来自活化的构件分子或ATP等。生物大分子形成高级结构并构成亚细胞结构是自我组装过程，其信息存在于一级结构中，其能量来自非共价作用力，即组装过程中释放的自由能。

　　2.酶促组装有些构件序列简单均一的大分子通过酶促组装聚合而成。其信息指令来自酶分子，不需要模板。如糖原、肽聚糖、一些小肽等，都在专一的酶指导和催化下合成。

　　第三节 分解代谢

　　一、阶段性和趋同性

　　生物大分子的分解有三个阶段：水解产生构件分子、氧化分解产生乙酰辅酶A、氧化成二氧化碳和水。在这个过程中，随着结构层次的降低，倾向产生少数共同的分解产物，即具有趋同性。

　　二、意义

　　分解代谢的各个阶段都是释放能量的过程。第一阶段放能很少。第二阶段约占三分之一，可推动ATP和NADPH的合成，它们可作为能量载体向体内的耗能过程提供能量。第三阶段通过三羧酸循环和氧化磷酸化释放其余的能量，主要用于ATP的合成。三羧酸循环形成二氧化碳和还原辅酶，后者在氧化磷酸化过程中释放能量，形成ATP和水。

　　第四节 代谢中的能量与调控

　　一、代谢与能量

　　1.有关定律

　　**热力学第一定律：能量守恒定律

　　**热力学第二定律：熵定律

　　**自由能：ΔG=ΔH—TΔS，<0为自发。

　　自由能表示系统中总能量，对于化学反应与每一组分的化学稳定性有关，变化为负值表示由不稳定的化学能高的状态变成低能状态，是放能反应。

　　ΔG0是标准自由能变化，各物质的浓度都是1mol/L，其值为2.303RTlogK。生化中常用ΔG0’，即pH=7时的值。

　　2.ATP及其偶联作用

　　生物体内的放能和需能反应经常以ATP相偶联。ATP可分解为ADP或AMP。前者如各种激酶，后者如乙酰辅酶A的合成。反应过程中有的由一个酶催化，如谷氨酰胺合成酶，先生成磷酰谷氨酸中间物，它是谷氨酸的活化形式，再与氨反应;有的需多个酶参与，如蔗糖的合成需3个酶，首先生成葡萄糖6磷酸的活化形式;也有的没有ATP直接参与，如苹果酸生成草酰乙酸，是需能反应，利用下一步由草酰乙酸生成柠檬酸时高能硫酯键放能促进其反应。

　　3.其它高能化合物

　　UTP参与多糖合成，CTP参与脂类合成，GTP参与蛋白质合成。

　　烯醇酯、硫酯等也是高能化合物，如磷酸烯醇式丙酮酸、乙酰辅酶A等。高能化合物根据键型可分为磷氧键型、氮磷键型、硫酯键型、甲硫键型等，绝大多数含磷酸基团。

　　磷酸肌酸和磷酸精氨酸可通过磷酸基团的转移作为储能物质，称为磷酸原。磷酸肌酸是易兴奋组织如肌肉、脑、神经等唯一能起暂时储能作用的物质ΔG0’为-10.3千卡/摩尔，是ATP的能量储存库。肌肉中的含量比ATP高3-4倍，可维持ATP水平的恒定。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质，与磷酸肌酸类似。

　　二、代谢调节

　　代谢过程是一系列酶促反应，可通过酶活性和数量进行调节。如别构调节、共价调节、同工酶、诱导酶、多酶体系等调节。此外，神经和激素的调节也起着重要作用。

　　代谢是动态的。生物体内总是同时进行着分解代谢与合成代谢，分解老化的生物分子并合成新的分子来代替。即使体重保持不变，代谢也在不断地进行。

　　名词解释：

　　分解代谢反应(catabolic reaction)：降解复杂分子为生物体提供小的构件分子和能量

　　代谢反应。

　　合成代谢反应(anablic reaction)：合成用于细胞维持和生长所需分子的代谢反应。

　　反馈抑制(feedback inbition)：催化一个代谢途径中前面反应的酶受到同一途径终产物抑制的现象

　　前馈激活(feed-forward activition)：代谢途径中一个酶被该途径中前面产生的代谢物激活的现象。

　　标准自由能变化(△GO)：相应于在一系列标准条件(温度298K，压力1atm(=101.325KPa),所有溶质的浓度都是不是mol/L)下发生的反应自由能变化。△GO′表示pH7.0条件下的标准自由能变化。

　　标准还原电动势(EO′)：25℃和pH7.0条件下，还原剂和它的氧化形式在1mol/L浓度下表现出的电动势.