代謝 - 科學Online - 國立臺灣大學

代謝是生物體為了維持生命所進行的一系列化學反應，這些反應使生物體能成長、繁殖、維持身體結構並對環境做適當的反應。

代謝通常分為兩個範疇：異化代謝（ ... Wednesday13thApril2022 13-Apr-2022 人工智慧 化學 物理 數學 生命科學 生命科學文章 植物圖鑑 地球科學 環境能源 科學繪圖 高瞻專區 第一期高瞻計畫 第二期高瞻計畫 第三期高瞻計畫 綠色奇蹟－中等學校探究課程發展計畫 關於我們 網站主選單 代謝(Metabolism) 國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯 代謝是生物體為了維持生命所進行的一系列化學反應，這些反應使生物體能成長、繁殖、維持身體結構並對環境做適當的反應。

代謝通常分為兩個範疇：異化代謝（catabolism）將有機物質分解，例如利用細胞呼吸以獲取能量；同化代謝（anabolism）消耗能量以建構細胞的成分如蛋白質與胺基酸。

代謝的化學反應被組織成代謝途徑，在代謝途徑中，化合物被一連串的酶催化，經由一系列的步驟轉化為另一種化合物。

在代謝過程中，酶十分重要，酶可使生物體進行必要的反應，這些反應因需消耗能量，本身不會自然發生，酶可將這些反應與某些可釋出能量的自發反應結合。

以酶作為催化劑，可使這些反應快速而有效的進行，酶也可因應細胞環境的變化及其他細胞發出的信號而調整代謝途徑。

生物體的代謝決定何種物質為營養素，何種物質有毒。

例如某些原核生物（prokaryote）使用硫化氫為營養素，然而對動物而言，此種氣體有毒。

代謝的速率，又稱代謝率（metabolicrate）也會影響生物體需要多少食物。

代謝有一項值得注意的特色，在非常不同的物種間具有相似的代謝途徑及代謝物質。

例如作為檸檬酸循環中間物的數種羧酸，在所有生物體中均可發現，其中包含單細胞細菌大腸桿菌及體積龐大的多細胞生物如大象等。

可能由於這些代謝途徑的高效率，而且在演化史的早期，這些途徑即已存在，所以不同生物間的代謝才會有如此驚人的相似性。

關鍵性化合物 構成動物、植物與微生物的大部分組織是由三類基本分子組成：胺基酸、醣和脂質（通常稱為脂肪）。

因為這些分子是生命不可或缺的，代謝反應主要的工作，即在建構細胞與組織時製造這些分子，或在消化與利用食物時，將這些分子分解，並以其作為能源。

許多重要的化合物可以結合在一起，製造如DNA和蛋白質等聚合物。

這些巨分子是所有生物體必要的物質，下表中列出了一些最常見的生化聚合物。

胺基酸與蛋白質 蛋白質是由胺基酸構成，胺基酸排列成鏈狀再以肽鍵連接在一起。

許多蛋白質是可催化代謝化學反應的酶，其他蛋白質則有結構或機械功能，例如形成細胞骨架（cytoskeleton）的蛋白質，這是一種維持細胞形狀，類以鷹架的系統。

蛋白質在細胞信號、免疫反應、細胞吸附（celladhesion）、穿透細胞膜的主動運輸及細胞循環都非常重要。

脂質 脂質是生化物質中種類最繁雜的一類。

脂質主要用途是構成生物膜（如細胞膜）的一部分，或作為能量的來源。

脂質通常定義為可溶於有機溶劑（如苯或氯仿）的疏水性或兩親媒性生物分子。

脂肪是含脂肪酸與甘油的許多化合物的總稱；甘油與三個脂肪酸構成的酯是三醯甘油（如圖1）。

此一基本結構有許多種變化，包括神經脂質中的神經胺醇（sphingosin），連主鏈都與三醯甘油不同。

固醇類（如膽固醇）是另一類細胞製造的主要脂質。

圖1　脂質三醯甘油的結構 醣 醣是有許多羥基的直鏈醛或酮，可以直鏈或環狀存在。

醣是含量最豐富的生物分子，且扮演多種角色，如貯存並輸送能量（澱粉、肝醣），和結構上的成分（植物的纖維，動物的幾丁質）。

醣類最基本的單位稱為單醣，包括半乳糖、果糖和最重要的葡萄糖（如圖2）。

單醣幾乎可以無限制的連接形成多醣。

圖2　葡萄糖可以鏈狀及環狀形式存在 核苷酸 聚合物DNA和RNA是長鏈的核苷酸，經由轉錄和蛋白質生物合成，這些分子成為儲存及利用遺傳資訊時必要的物質。

利用DNA修復可以保護遺傳資訊，利用DNA複製傳遞遺傳資訊。

少數病毒，如HIV，有RNA基因體，利用反轉錄由其病毒RNA基因體製造DNA模板。

在核糖核酸酵素（ribozyme）（如剪接體（spliceosome）和核糖體）中的RNA與酶相似，可以加速化學反應。

鹼基連接在核糖上，形成核苷。

這些鹼基是含有氮的雜環，分為嘌呤和嘧啶兩類。

在代謝性基轉移（grouptransfer）反應中，核苷酸也作為輔酶（如圖3）。

圖3  輔酶腺苷三磷酸的構造，此輔酶為能量代謝的重要中間物 輔酶 代謝涉及許多化學反應，但大多可歸類為數種官能基轉移的基本類型。

此種化學共通性，使得細胞只用少數幾組代謝中間物，在不同的反應之間轉移化學基團，這些基轉移的中間物稱為輔酶。

每一種基轉移反應都有特定的輔酶（如圖4），這些輔酶作為受質，有一組酶製造它，有一組酶消耗它。

因此，這些輔酶不停的被製造、被消耗，接著再回收。

圖4　輔酶乙醯Co-A的結構。

在分子最左端，可轉移的乙醯基鍵結在硫原子上。

  礦物質與輔因子 無機物質在代謝中扮演重要角色，其中某些元素含量頗豐（如鈉和鉀），有些濃度很小即可發揮功能。

哺乳動物質量中約99%為碳、氮、鈣、鈉、氯、鉀、氫、磷、氧和硫。

碳和氮大多存在於有機化合物（蛋白質、脂質和醣）中，而大多數氧和氫則以水的形式存在。

參考資料 1.http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolism 2.http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_adhesion 3.http://en.wikipedia.org/wiki/Sphingosine Tags:Metabolism,代謝,生物化學 前一篇文章下一篇文章 您或許對這些文章有興趣 化學傳記：法拉第不為人知的一面（一）：時至今日為何重提法拉第？ 莫耳和公斤單位的重新定義 利用奈米粒子高效率吸收太陽能 化學傳記：法拉第不為人知的一面（九）：法拉第和社會的關係 目前世界上最精準的時鐘－光晶格光頻原子鐘在低溫環境下的突破 不需溶劑的紅血球冷凍保存方法 [講座]AaronCiechanover教授（2004諾貝爾化學獎得主）醫藥通俗演講 化學傳記：法拉第不為人知的一面（三）：皇家研究院與法拉第 發表迴響Cancelcommentreply 你的電子郵件位址並不會被公開。

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