生物学中的能量代谢

生物学中的能量代谢
生物体的生命活动是需要能量支持的，所以能量代谢是生命活动的基础。

能量代谢包括能量的获取、转换和利用三个过程。

能量获取
所有生物体能量获取的开始都是光能。

光能通过光合作用转化为化学能。

光合作用是植物体的重要能量获取方式，植物体的光合作用基本遵循下面这个反应公式：
CO2 + H2O + 光能→ C6H12O6 + O2
该反应中CO2为二氧化碳，H2O为水，C6H12O6为葡萄糖，O2为氧气。

植物体体内的叶绿体是进行光合作用的主要器官。

在叶绿体中，由叶绿素所吸收的光能被传递到反应中心，反应中心中的光能被转化成电子能，并促使水分解为氧气和电子。

另一方面，光能所转化的电子能促进了二氧化碳合成为有机物，其中
C6H12O6便是生物体的能量来源之一。

能量转换
能量在生物体内经过很多转换，而这些转换都需要特定的酶来催化。

葡萄糖的代谢
葡萄糖是生物体内最主要的代谢产物之一，通过不同的代谢途径，葡萄糖可以被转化成 ATP 、 NADPH等其他重要物质。

糖解途径中，六碳糖（即葡萄糖）通过糖酵解途径被分解成三碳糖分子（即丙酮酸和磷酸烯醇酸），其中所释放的能量会一部分被储存为 ATP 。

经过三个酶催化后，三碳糖分子进一步被分解成跟少的原子数，这个过程中还会发生少量酵解产物被转化成乳酸等物质的副反应。

而氧气的参与可以促进糖的完全氧化，这个过程被称为细胞呼吸作用。

细胞呼吸发生在细胞内的线粒体中。

在细胞呼吸作用中，半乳糖途径和丙酮酸途径会产生反应亚麻酸酰辅酶A，混合酸群和淀粉质等物质。

同时，氧气可以促进卡尔文途径，该途径是植物体的重要糖代谢途径。

脂肪的代谢
脂肪也是生物体另一种重要的能量来源，其中三酰甘油（TG）是最主要的脂质代谢产物。

当需求能量大于进食量时，三酰甘油
可以分解为游离脂肪酸和甘油。

游离脂肪酸通过脂肪酸氧化途径
被 fully 氧化成 ATP 、NADH， FADH2和CO2等物质。

线粒体是脂肪酸氧化的主要场所。

在线粒体中，游离脂肪酸被 activated 为
辅酶A酯，在脂肪酸酰辅酶A合成后，游离脂肪酸进入β氧化导
致二氢-乙酰辅酶A的生成。

此外，线粒体内NAD+和FAD也都
被还原为NADH和FADH2。

在细胞内，这些电子以移动的方式
通过电子传递过程不断将NADH 和 FADH2 中带的电子转移，最
终在呼吸链产生一个质子梯度，促进 ATP 合成酶原位合成 ATP 。

蛋白质的代谢
蛋白质是另一重要的生物大分子，蛋白质摄入量远低于葡萄糖
和脂肪，但蛋白质在生物代谢中仍然有重要的作用，它可以被分
解成氨基酸。

氨基酸分别被氨基转移酶和解酶将氨基脱离，形成
酮酸和尿素。

酮酸和三酰甘油在丙酮酸途径中参与反应生成ATP 、NADPH等物质。

能量利用
细胞内的所有生化反应都需要能量的参与，而能量的参与和转化既是生化反应的必要条件，也是该反应所维持和完成的条件。

在细胞内，ATP 、NADPH等分子是常见储存和传递能量的辅助性化合物。

同时，ATP酶原位特性和结构是确定于ATP 合成酶，腺苷酸转化酶以及其他关键酶的。

分子学研究已经揭示了多种与细胞周期等多方面的生理功能相关的能量代谢催化酶，产生包括活性修饰、结构修饰等多种机制。

总结
能量代谢是生物体生命活动中非常关键的一环，糖、脂肪和蛋白质是生物体代谢的三种基本营养物质，其代谢途径以及代谢产物都有着其特定的分子机理。

而最终，这些代谢途径所生成的ATP 等分子被用作化学反应所需的能量，促使生命活动的推进。