新陳代謝

生物在長期的進化過程中，不斷地與它所處的環境發生相互作用，逐漸在新陳代謝方式上形成了不同的類型。按照自然界中生物體同化和異化過程的不同，新陳代謝的基本類型可以分為同化作用和異化作用兩種。一方面，生物有機體把從環境中攝取的物質，經一系列的化學反應轉變為自身物質。這一過程稱為同化作用，即物質從外界到體內，從小分子到大分子。因此，同化作用是一個吸收能量的過程，如綠色植物利用光合作用，把環境中的水和二氧化碳等物質轉化為澱粉、纖維素等物質。與此相反的是異化作用，即從體內到外界環境，物質由大分子轉變為小分子的過程，這是個釋放能量的過程，同時把生物體不需要或不能利用的物質排出體外。 ^[2] 

同化和異化是矛盾的兩個方面，既對立又統一，它們互相制約、互相聯繫、互相依賴，彼此都以其對立面為存在條件。異化作用為同化作用提供能量，同化作用又為異化作用提供了物質基礎。如人體的新陳代謝，在不同年齡階段程度是不同的。幼年和青少年時期需要更多的營養物質來促進身體的生長，同化作用在這一階段占主導地位，新陳代謝旺盛，反之，到了老年階段，人體機能逐漸衰退，新陳代謝日趨緩慢，此時異化作用和同化作用的主次關係也發生了變化。 ^[2] 

依同化作用的方式不同，可把生物分成自養型和異養型兩類。人們把攝取現成有機物而生活的生物稱為異養型生物； 把能從環境中吸收簡單無機物同化為複雜有機物的生物稱為自養型生物。根據所需能源和碳源的不同，又可把生物分為四大類型。 ^[3] 

以光為能源， 以CO₂或碳酸鹽為主要碳源的生物稱為光能自養型生物。這種生物通常具有光合色素，它們以光為能源來進行光合作用，以水或其他無機物作為供氫體，還原CO₂ ，合成細胞物質。例如高等植物，藻類及某些具有光合色素的細菌均屬於這一類型。 這類生物同化CO₂的方式，可用一通式概括。通式中A在高等植物和藻類中是氧，在細茵中則是硫或其他無機硫化物。高等植物在光合作用過程中，吸收光能，同化二氧化碳和水，製造有機物質，並放出氧氣。 ^[3] 

CO₂+2H₂A→(CH₂O)+2A+H₂0 ^[3] 

光合作用的機理比較複雜，包括一系列的光學步驟和物質轉變。可用下列簡式表示： ^[3] 

6CO₂+6H₂0→C₆H₁₂O₆+6O₂ ^[3] 

以光為能源，以有機物為主要碳源的生物稱為光能異養型主物。有些細菌具有光合色素，能進行光合作用。它們以有機物作為供氫體，同化有機物質形成自身物質，是一種不產氧的光合作用。 ^[3] 

化能自養型主物的能源是化學能，主要碳源是CO₂這類主物能氧化某些無機物如NH₃和H₂S%取得化學能以還原CO₂， 合成有機物質。例如亞硝酸細菌能將氨氧化為亞硝酸而獲得能量。氨的氧化和CO₂的還原在細菌的細胞內是偶聯進行的。 ^[3] 

這類生物的能源來自有機物質的氧化所產生的化學能，而碳源也主要來自有機物質，如糖類、有機酸等，所以，有機碳化物既是碳源又是能源。動物、真菌和絕大多數細菌屬於這一類型。 ^[3] 

按生物異化作用的方式 （即呼吸類型）的不同可分為需氧生物和厭氧生物兩類。 ^[3] 

大多數生物都要生活在氧充分的環境中，它們可以從大氣中獲得遊離氧來分解體內的有機物而獲得能量。 ^[3] 

這類生物不能從大氣中吸收遊離氧在體內進行氧化而獲得能量。需氧生物行有氧呼吸，使有機物經過一系列反應釋放能量，最後形成CO₂和H₂O 等物質。厭氧生物行無氧呼吸，由於有機物未徹底分解，其中的能量未完全釋放，因此，比需氧生物行有氧呼吸釋放能量要少得多，而且效率也低。 ^[3] 

但是需氧生物與厭氧生物的區分也不是絕對的。需氧生物在某些條件下也可以進行厭氧呼吸。例如，人體肌肉在劇烈運動時，若氧供應不足，則可用厭氧呼吸供給能量。又如，酵母菌和一些腸道細茵，在有氧或缺氧的條件下均能生長，不過以不同的氧化方式獲得能量。在缺氧時，酵母菌迸行乙醇發酵，積累乙醇和CO₂，有氧時則行有氧呼吸，將有機物徹底氧化成CO₂和H₂O等。 ^[3] 

① 從外界環境獲取營養物，獲得物質和能量； ^[2] 

② 將外界攝取獲得的物質轉化為自身的組成成分； ^[2] 

③ 將結構元件裝配成蛋白質、核酸和脂類等自身的大分子； ^[2] 

④ 分解有機營養物質； ^[2] 

⑤ 提供生物體生命活動的一切能量。 ^[2] 

新陳代謝包括物質代謝與能量代謝。物質代謝是指生物體與外界環境之間物質的交換和生物體內物質的轉變過程，能量代謝是指生物體與外界環境之間能量的交換和生物體內能量的轉變過程，二者是相互聯繫、相互偶聯的。例如，進食後能量攝入過多時，脂肪合成增加；而在飢餓時進行脂肪動員，釋放出能量供機體使用。 ^[2] 

生物體內的舊物質分解和新物質的合成是同時進行的，生物體內一切物質的代謝變化統稱為物質代謝，它包括合成代謝與分解代謝。合成代謝是指生物體內一切物質的合成作用，它屬於同化作用的範疇，如氨基酸合成蛋白質、核苷酸合成核酸；分解代謝是指生物體內一切物質的分解作用，屬於異化作用的範疇，如糖類物質經過三羧酸循環被徹底分解為二氧化碳和水。 ^[2] 

在物質交換的過程中同時伴有能量的交換稱為能量代謝。機體從外界環境中攝取營養物進行合成代謝的同時也從外界攝取能量，這部分能量主要來源於營養物質所含的化學能。當這些營養物質在機體內進行分解代謝時又將化學能釋放出來，以供生命活動的需要。化學能除一部分用於合成機體內其他成分外，還用於各種生命活動。但化學能不能全部轉化為可做功的能，必定有一部分不可避免地以熱的形式釋放，成為散發熱(q)。用於做功的能量稱為自由能 (∆F)，轉變的總能量稱為反應熱 (∆H)。根據能量守恆定律，反應熱等於轉變的自由能與散發熱之和，即∆H=∆F+q ^[2] 

基礎代謝是指人體所有器官維持生命所需要的最低能量。即人體在清醒又極端安靜的狀態下，不受肌肉活動、環境温度、食物及精神緊張等因素影響時維持心跳、呼吸等基本生命活動所需的最低的能量代謝情況。為了比較不同個體的能量代謝水平，可用機體每小時每平方米體表面積散發的熱量 [kJ/(h·m²)]，即基礎代謝率來表示。基礎代謝率隨着性別、年齡等不同生理情況會有變動，男子的基礎代謝率平均高於女子的代謝率；幼兒的基礎代謝率平均高於成人的代謝率；年齡越大，基礎代謝率越低。正常人的基礎代謝每天約為5900~7500kJ。 ^[2] 

營養物質在體內氧化分解時需要消耗氧，同時釋放出二氧化碳，二者的比值稱為呼吸商。呼吸商是一個重要的代謝概念。各種營養物質因結構不同，其物質組成不同，碳氫氧含量比例也就不同，所以呼吸商不同。糖、蛋白質和脂肪的呼吸商分別是1.0、0.8和0.7，正常人混合膳食的呼吸商平均為0.85，通過呼吸商的測定可以預判不同生理和病理狀態下能量消耗的情況。 ^[2] 

人體所需要的能量來源於動物性和植物性食物中的糖類、脂類和蛋白質三種產能營養素。每克產能營養素在體內氧化所產生的能量值稱為 “食物的熱價”或 “食物的卡價”，亦稱 “能量係數”。在代謝研究中，人們常使用食物的卡價來衡量食物供能方面的情況。每克糖、脂肪和蛋白質的卡價分別為4kcal、9kcal、4kcal，若換算成目前國際常用的熱量計算單位焦耳 (J)，則每克糖、脂肪和蛋白質的卡價分別為17kJ、38kJ和17kJ。 ^[2] 

體內新陳代謝的途徑不止一種，而途徑中的化學反應更是多且複雜，甚至很多代謝過程在微小細胞中同時進行，因此需要合適的研究方法對代謝過程進行追蹤。 ^[2] 

同位素是指原子序數相同而原子量不同的同種元素。當化合物分子中的原子被相同元素的同位素所取代，而取代後的分子性質沒有改變時，稱為 “同位素標記”。同位素標記是研究體內代謝水平的常用方法，將同位素標記的化合物引進代謝體系來觀察其代謝過程與結果的方法就是同位素示蹤法。同位素有穩定同位素和放射性同位素兩種，二者都可作為示蹤原子應用於代謝研究，但放射性同位素比穩定同位素應用更為方便，使用也較為廣泛。例如研究氨基酸的脱羧反應，將¹⁴C標記在羧基上，只有這種定位標記的氨基酸才能在脱羧後產生¹⁴CO²。氚標記的胸腺嘧啶核苷 (³H‐TdR)和尿嘧啶核苷 (³H‐UR)是兩種常用的示蹤劑，前者能有效地結合到DNA中，後者則能摻入到RNA中，它們的輻射分解速度隨放射性的增高及保存時間的延長而增加，在不同温度和不同溶液中的穩定性也不同。 ^[2] 

此法常用於體外代謝研究。基本上所有代謝反應都是酶促反應，因此可以通過使用某種酶的抑制劑或抗代謝物阻斷中間代謝的某一環節，根據反應被抑制的結果，推測某物質在體內的代謝情況。例如，糖酵解過程中，碘乙酸專一抑制磷酸丙糖脱氫酶的活性，導致磷酸丙糖在肌肉中大量堆積，説明磷酸丙糖的代謝受到碘乙酸的抑制。 ^[2] 

切除某種動物的器官後給予某種物質，觀察其代謝改變，可推知該器官的代謝功能。如在對排尿動物的尿素合成部位進行研究時，切除動物的肝臟後發現動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，動物存活期很短，但切除動物的腎臟卻無此現象，説明肝臟與尿素的合成有關。 ^[2] 

運用超離心、差速離心或密度梯度離心等離心技術將細胞內的各種細胞器，如細胞核、核糖體、微粒體、線粒體等進行分離，再使用其他方法來研究亞細胞成分的代謝特點與各種代謝過程在細胞內進行的部位。比如，利用該方法我們得知脂類物質的分解代謝是在線粒體中進行，脂肪酸的合成是在胞漿中進行，核糖體是合成蛋白質的主要場所等。 ^[2] 

向動物體內灌注、飼餵或注射大量某種代謝物，然後分析血液、組織或排泄物中的中間產物或終產物，可以幫助我們獲得物質在體內代謝的信息。比如給予實驗動物不同碳原子數的脂肪酸後，分析其排泄物成分，發現奇數碳的脂肪酸與偶數碳的脂肪酸代謝產物不同，也是脂肪酸β‐氧化提出的基礎。 ^[2] 

(1)喝水。水是人體燃燒熱量的必備物質，沒有水就會降低人體的新陳代謝水平。每天飲用1.5L的水可以多燃燒近50cal（1cal=4.186J）的熱量。 ^[2] 

(2)早餐。早起的時候恰好是新陳代謝改變的時段。經常吃早餐的人，通常會比較精力充沛，不容易長贅肉。 ^[2] 

(3)運動。生命在於運動，我們可以適當變換運動的方式和種類，避免單一方式的枯燥感，用最快樂的方式燃燒更多的脂肪，加速新陳代謝。 ^[2]