能量换算

能量的转化与传递

1 总的情况食物从食入到排出的流程，可用图1-1表示。

每一环节都牵连能的收支与传递,而营养物质被吸收到营养库后的能量转化，实质上是组织内细胞水平的能量转化。主要包括糖酵解循环、三羧酸循环和氧化磷酸化循环三个垂直循环，以及由氨基酸组成的蛋白质合成、降解与周转和由脂肪酸、甘油组成的脂肪循环两个旁支构成的养分和能量代谢系统。简示如图1-2。

2. 能量的转化

在体内可供能量转化的基质有：葡萄糖、糖原、脂肪酸、甘油、氨基酸和发酵产生的乙酸、丙酸与丁酸。

2. 1 葡萄糖：葡萄糖在机体内的氧化供能分为两个阶段，即无氧条件下的糖酵

图1-1 食物从食入到排出的流程

糖原

图1-2 细胞水平代谢循环

A.葡萄糖经磷酸化成为葡萄糖-6-磷酸，消耗1分子ATP

B.葡萄糖-6磷酸的异构体转化为果糖-6-磷酸，又消耗1分子ATP。

C.在由1，3-二磷酸甘油向3-磷酸甘油酸转化，以及由磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸转化

的过程中，共产生4分子ATP。

D.NAD还原为NADH + H＋参与氧化磷酸化循环，产生3分子ATP。但NADH + H+从胞液进

入线粒体要耗用1分子ATP，故净产生2分子ATP。因为1mol葡萄糖分解为2mol甘油醛，所以共得4molATP。这样，葡萄糖在糖酵解循环中实际产生6molATP（-1-1+4+4=6）。在糖酵解阶段，1摩尔的葡萄糖分解为2摩尔丙酮酸。其中，能量转化的具体过程是:1mol丙酮酸在三羧酸循环中的能量得失:有4次NAD还原为NADH+ H＋，每

，产生2分子ATP和1次ADP氧化次产生3分子ATP；有1次FAD还原为FADH

2

为ATP。按1mol葡萄糖计算，共30molATP，连同糖酵解的6分子ATP，1mol葡萄糖总共产出36分子ATP。以每摩尔供能7.3kcal计，共计262.8kcal。据测定

每摩尔葡萄糖彻底分解为CO

2 和H

2

O。时，共放出能量约686kcal，所以，葡萄糖

在体内的转化效率仅为39%。

2. 2 糖原：糖原乃葡萄糖临时的贮存形式，动物机体可通过对糖原的分解以获得能量。肌肉中的糖原，在肾上腺素的影响下，经磷酸化酶、脱枝酶和磷酸葡萄糖变位酶的催化，转变为葡萄糖-6-磷酸，进入糖酵解循环。其中耗用1分子ATP，以后仍然产出36分子ATP。所以，糖原的放能效率为葡萄糖的97%（35/36）。

2. 3 乙酸：乙酸是碳水化合物在反刍动物瘤胃中发酵的主要终产物。单胃动物盲肠、大肠内发酵产物，亦以乙酸为主。乙酸的供能过程，首先是在脂酰辅酶A 合成酶催化下，与辅酶A结合成乙酰辅酶A，并耗用2分子ATP。所生成的乙酰辅酶A进入三羧酸循环后，每摩尔产出12分子ATP。故一分子乙酸净产10分子ATP（-2+12=10）。

2. 4 丙酸：丙酸也是碳水化合物在瘤胃的发酵产物，它经门静脉运至肝脏，转变为葡萄糖。丙酸在转化为葡萄糖的过程中，首先是转变为琥珀酰辅酶A，然后进入三羧酸循环，转化为苹果酸，并产生3分子ATP。苹果酸经扩散进入细胞质转变为草酰乙酸，进而转变为磷酸烯醇式丙酮酸，最后转化为丙酮酸。丙酮酸再转入酵解的逆方向合成葡萄糖，生成的葡萄糖按正常降解供能。总计：

产生ATP（+）消耗ATP（-）2分子丙酸→2分子琥珀酰辅酶A 6

2分子琥珀酰辅酶A→2分子苹果酸 6

2分子苹果酸→2分子磷酸烯醇式丙酮酸 6 2

2分子磷酸烯醇式丙酮酸→1分子葡萄糖 8

1分子葡萄糖→CO2 + H2O 36

共计48 16

净得 32 ATP

即2分子丙酸经合成与分解得全过程净产32分子ATP，放能效率为葡萄糖89%（32/36）。

2. 5 丁酸：反刍动物瘤胃里产生的丁酸，在通过瘤胃壁与瓣胃壁的吸收后，可转化为β-羟丁酸，然后经乙酰辅酶A进入三羧酸循环参与代谢过程，给许多组织尤其是骨骼肌提供能源。其产能情况如下：

产生ATP（+）消耗ATP（-）1分子丁酸→1分子β-羟丁酸 5 5

1分子β-羟丁酸→2分子乙酰辅酶A 2 2

2分子乙酰辅酶A→CO2 + H2O 24

共计 31 7

净得 24 ATP

2. 6甘油：脂肪水解产生的甘油，首先在甘油激酶催化下与ATP反应，生成α-磷酸甘油。α-磷酸甘油进一步转化为磷酸二羟丙酮。磷酸二羟丙酮可循糖的异生作用途径合成葡萄糖，供作能源物质。此外，亦可沿糖的酵解途径转变为丙酮酸，而后氧化脱羧生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环氧化供能。甘油所产生的能量计算如下：

产生ATP（+）消耗ATP（-）

2分子甘油→2分子磷酸二羟丙酮 6 2

2分子磷酸二羟丙酮→1分子葡萄糖 2

1分子葡萄糖→CO2 + H2O 36

共计 42 4

净得 38 ATP

2. 7脂肪酸：脂肪酸的降解过程是在线粒体内通过β-氧化途径进行的。脂肪酸首先在脂酰辅酶A合成酶作用下，与辅酶A起β-氧化反应，生成脂酰辅酶A；然后经过一系列反应，每次减掉2个碳原子，产出5分子ATP。以棕榈酸为例，经7次β-氧化生成8分子乙酰辅酶A，然后每分子乙酰辅酶A在三羧酸循环中产生12分子ATP，即：

产生ATP（+）消耗ATP（-）

1分子棕榈酸→8分子乙酰辅酶A 35 2

8分子乙酰辅酶A→CO2 + H2O 96

共计 131 2

净得 129 ATP

2. 8 氨基酸：当动物机体内的氨基酸数量超过动物的需要或被迫降解以维持生命时，氨基酸也可作机体的能源物质。氨基首先在肝脏经特异性酶作用发生脱氨

基或转氨基作用，分解为氨与酮酸。氨对动物机体具有毒性，主要是通过尿素循环处理的；酮酸直接进入三羧酸循环，或发生其它生化反应。以谷氨酸为例，计算其能量的产生：

产生A TP（+）消耗ATP（-） 1分子谷氨酸脱氨基 3

1分子α-酮戊二酸→草酰乙酸 9

1分子草酰乙酸→1分子磷酸烯醇式丙酮酸 1

1分子磷酸烯醇式丙酮酸→CO2 + H2O 16

1分子胺→1分子氨甲酰磷酸 2

1分子瓜氨酸→1分子精氨酸 2

共计 28 5

净得 23 ATP