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臨床執業醫師考點：代謝總論
代謝是生物體內所發生的用于維持生命的一系列有序的化學反應的總稱。這些反應進程使得生物體能夠生長和繁殖、保持它們的結構以及對外界環境做出反應。代謝通常被分為兩類：分解代謝可以對大的分子進行分解以獲得能量(如細胞呼吸);合成代謝則可以利用能量來合成細胞中的各個組分，如蛋白質和核酸等。代謝可以被認為是生物體不斷進行物質和能量交換的過程，一旦物質和能量的交換停止，生物體的結構和系統就會解體。代謝又稱細胞代謝。
第一節 概述
一、定義
代謝(metabolism)又稱新陳代謝，是生物體內所有化學變化的總稱。代謝是生命的基本特征。
代謝包括合成代謝和分解代謝，前者又稱同化作用，是指機體從環境中攝取營養物質，把它們轉化為自身物質;后者又稱異化作用，是指機體將自身物質轉化為代謝產物，排出體外。二者是相輔相成的，它們的平衡使生物體既保持自身的穩定，又能不斷更新，以適應環境。
二、代謝途徑
代謝過程是通過一系列酶促反應完成的。完成某一代謝過程的一組相互銜接的酶促反應稱為代謝途徑。代謝途徑有以下特點：
1.沒有完全可逆的代謝途徑。物質的合成與分解，有的要完全不同的兩條代謝途徑(如脂肪酸的代謝);有的要部分地通過單向不可逆反應(如糖代謝)。
2.代謝途徑的形式是多樣的，有直線型的，有分支型的，也有環形的。
3.代謝途徑有確定的細胞定位。酶在細胞內有確定的分布區域，所以每個代謝過程都是在確定的區域進行的。例如，糖酵解在細胞質中進行，三羧酸循環在線粒體基質中進行，氧化磷酸化在線粒體內膜進行。
4.代謝途徑是相互溝通的。各個代謝途徑之間，可通過共同的中間代謝物而相互交叉，也可通過過渡步驟相互銜接。這樣各種代謝途徑就聯系起來，構成復雜的代謝網絡。通過網絡，各種物質的代謝可以協調進行，某些物質還可相互轉化。
5.代謝途徑之間有能量關聯。通常合成代謝消耗能量，分解代謝釋放能量，二者通過ATP等高能化合物作為能量載體而連接起來。
6.代謝途徑的流量可調控。機體在不同的情況下需要不同的代謝速度，以提供適量的能量或代謝物。這是通過控制物質代謝的流量來實現的。因為代謝是酶促過程，所以可通過控制酶的活力與數量來實現。每個代謝途徑的流量，都受反應速度最慢的步驟的限制，這個步驟稱為限速步驟，或關鍵步驟，這個酶稱為限速酶或關鍵酶。限速步驟一般是代謝途徑或分支的第一步，這樣可避免有害中間產物的積累。限速步驟一般是不可逆反應，其逆過程往往由另一種酶催化。限速酶的活性甚至數量，往往受到多種機制的調節，最普遍的是反饋抑制，即代謝終產物的積累對限速酶產生抑制。
第二節 合成代謝
一、階段性和趨異性
生物分子結構的多層次性決定了合成代謝的階段性。首先由簡單的無機分子(CO2、NH3、H2O等)合成生物小分子(單糖、氨基酸、核苷酸等)，再用這些構件合成生物大分子，進而組裝成各種生物結構。
趨異性是指隨著合成代謝階段的上升，傾向于產生種類更多的產物。
二、營養依賴性
人類不能從無到有合成所有的生物分子。那些不能自己合成，只能從食物中攝取的物質，稱為是必需的。如氨基酸中有10種是必需氨基酸，維生素和某些高不飽和脂肪酸也是必需的。嚴格說，糖是非必需的。
三、需要能量推動
合成代謝需要消耗能量。合成生物小分子的能量直接來自ATP和NADPH，合成生物大分子直接來自核苷三磷酸。
合成代謝所需的能量主要用于活化前體或構件分子，以及用于還原步驟等。
四、信息來源
生物大分子有兩種組裝模式：
1.模板指導組裝核酸和蛋白質的合成，都以先在的信息分子為模板。如DNA復制、轉錄以及反轉錄、翻譯都是在模板指導下的聚合過程。所需的信息存在于模板分子的構件序列中，能量來自活化的構件分子或ATP等。生物大分子形成高級結構并構成亞細胞結構是自我組裝過程，其信息存在于一級結構中，其能量來自非共價作用力，即組裝過程中釋放的自由能。
2.酶促組裝有些構件序列簡單均一的大分子通過酶促組裝聚合而成。其信息指令來自酶分子，不需要模板。如糖原、肽聚糖、一些小肽等，都在專一的酶指導和催化下合成。
第三節 分解代謝
一、階段性和趨同性
生物大分子的分解有三個階段：水解產生構件分子、氧化分解產生乙酰輔酶A、氧化成二氧化碳和水。在這個過程中，隨著結構層次的降低，傾向產生少數共同的分解產物，即具有趨同性。
二、意義
分解代謝的各個階段都是釋放能量的過程。第一階段放能很少。第二階段約占三分之一，可推動ATP和NADPH的合成，它們可作為能量載體向體內的耗能過程提供能量。第三階段通過三羧酸循環和氧化磷酸化釋放其余的能量，主要用于ATP的合成。三羧酸循環形成二氧化碳和還原輔酶，后者在氧化磷酸化過程中釋放能量，形成ATP和水。
第四節 代謝中的能量與調控
一、代謝與能量
1.有關定律
**熱力學第一定律：能量守恒定律
**熱力學第二定律：熵定律
**自由能：ΔG=ΔH—TΔS，<0為自發。
自由能表示系統中總能量，對于化學反應與每一組分的化學穩定性有關，變化為負值表示由不穩定的化學能高的狀態變成低能狀態，是放能反應。
ΔG0是標準自由能變化，各物質的濃度都是1mol/L，其值為2.303RTlogK。生化中常用ΔG0’，即pH=7時的值。
2.ATP及其偶聯作用
生物體內的放能和需能反應經常以ATP相偶聯。ATP可分解為ADP或AMP。前者如各種激酶，后者如乙酰輔酶A的合成。反應過程中有的由一個酶催化，如谷氨酰胺合成酶，先生成磷酰谷氨酸中間物，它是谷氨酸的活化形式，再與氨反應;有的需多個酶參與，如蔗糖的合成需3個酶，首先生成葡萄糖6磷酸的活化形式;也有的沒有ATP直接參與，如蘋果酸生成草酰乙酸，是需能反應，利用下一步由草酰乙酸生成檸檬酸時高能硫酯鍵放能促進其反應。
3.其它高能化合物
UTP參與多糖合成，CTP參與脂類合成，GTP參與蛋白質合成。
烯醇酯、硫酯等也是高能化合物，如磷酸烯醇式丙酮酸、乙酰輔酶A等。高能化合物根據鍵型可分為磷氧鍵型、氮磷鍵型、硫酯鍵型、甲硫鍵型等，絕大多數含磷酸基團。
磷酸肌酸和磷酸精氨酸可通過磷酸基團的轉移作為儲能物質，稱為磷酸原。磷酸肌酸是易興奮組織如肌肉、腦、神經等唯一能起暫時儲能作用的物質ΔG0’為-10.3千卡/摩爾，是ATP的能量儲存庫。肌肉中的含量比ATP高3-4倍，可維持ATP水平的恒定。磷酸精氨酸是無脊椎動物肌肉中的儲能物質，與磷酸肌酸類似。
二、代謝調節
代謝過程是一系列酶促反應，可通過酶活性和數量進行調節。如別構調節、共價調節、同工酶、誘導酶、多酶體系等調節。此外，神經和激素的調節也起著重要作用。
代謝是動態的。生物體內總是同時進行著分解代謝與合成代謝，分解老化的生物分子并合成新的分子來代替。即使體重保持不變，代謝也在不斷地進行。
名詞解釋：
分解代謝反應(catabolic reaction)：降解復雜分子為生物體提供小的構件分子和能量
代謝反應。
合成代謝反應(anablic reaction)：合成用于細胞維持和生長所需分子的代謝反應。
反饋抑制(feedback inbition)：催化一個代謝途徑中前面反應的酶受到同一途徑終產物抑制的現象
前饋激活(feed-forward activition)：代謝途徑中一個酶被該途徑中前面產生的代謝物激活的現象。
標準自由能變化(△GO)：相應于在一系列標準條件(溫度298K，壓力1atm(=101.325KPa),所有溶質的濃度都是不是mol/L)下發生的反應自由能變化。△GO′表示pH7.0條件下的標準自由能變化。
標準還原電動勢(EO′)：25℃和pH7.0條件下，還原劑和它的氧化形式在1mol/L濃度下表現出的電動勢.
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