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结构生物化学/合成代谢

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一般信息

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合成代谢反应是那些需要能量才能发生的反应。细胞可以将合成代谢反应与分解代谢反应结合在一起,形成一个有效的能量循环;分解代谢反应将化学燃料转化为细胞能量,然后利用这些能量启动需要能量的合成代谢反应。

合成代谢可以被认为是一组代谢过程,其中复杂分子的合成是由分解代谢释放的能量启动的。这些复杂分子是通过一个系统化的过程,从小而简单的前体物质生产出来的。例如,一个合成代谢反应可以从相对简单的前体分子开始(由分解代谢反应以前产生的),并以相当复杂的产品结束,例如、某些脂类,甚至DNA,它具有极其复杂的物理结构。合成代谢反应产物复杂性的增加也意味着它们比它们简单的前体物质含有更多的能量。

合成代谢反应是发散的过程。也就是说,相对较少的原料被用来合成各种各样的最终产物。这会导致细胞大小或复杂性的增加,或两者兼而有之。合成代谢过程负责细胞分化和身体尺寸的增加。骨骼矿化和肌肉质量归因于这些过程。合成代谢过程产生肽类、蛋白质多糖脂类核酸。这些分子构成了所有活细胞的物质,如膜和染色体,以及特定类型细胞的特殊产物,如抗体、激素和神经递质。

ATP 提供了合成代谢发生所需的能量。ATP 是一种高能分子,通过释放自由能来耦合合成代谢。这种能量不是通过磷酸键的断裂产生的;而是通过磷酸基团的水合作用释放出来的。ATP 变成 ADP 的化学反应为这种代谢过程提供了能量。合成代谢是分解代谢的反面,例如,合成葡萄糖是一个合成代谢过程,而葡萄糖的分解是一个分解代谢过程。吉布斯自由能合成葡萄糖的数值为正,这意味着反应是非自发的,并且不会在任何时间范围内完成。然而,当与 ATP 耦合时,这种反应变得热力学上更有利,就像体内许多其他吸热反应一样。合成代谢和分解代谢必须以一种不允许这两个过程同时发生的方式进行调节。每个过程都有自己的一组激素,用来打开和关闭这些过程。合成代谢激素包括生长激素、睾酮和雌激素。分解代谢激素包括肾上腺素、皮质醇和胰高血糖素。

细胞需要将代谢过程分成合成代谢和分解代谢途径。合成代谢需要能量的输入,这可以描述为一个“上坡”(能量摄入)过程。分解代谢是一个“下坡”过程,在这个过程中,当生物体消耗能量时,能量会被释放出来。在合成代谢途径的某些点,细胞必须在反应中投入比分解代谢过程中释放的更多的能量。这种合成代谢步骤需要与分解代谢过程中在此点使用的反应不同的反应序列。

合成代谢的阶段

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  • 合成代谢有三个基本阶段。

阶段 1 生产前体,如氨基酸、单糖和核苷酸。

阶段 2 利用 ATP 中的能量将前体转化为活性形式。

阶段 3 将这些活化的前体组装成复杂的分子,如蛋白质、多糖、脂类和核酸。

生物化学合成代谢反应的例子

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1) 多糖:多糖是合成代谢的一个例子,因为多糖是从它们的简单单糖亚基衍生而来的。一个简单的例子是糖原的形成。糖原是一种多糖,由通过糖苷键连接的亚基葡萄糖单糖组成。

2) 多肽:多肽是合成代谢的一个例子,因为多肽是从它们的简单肽亚基衍生而来的。像血红蛋白这样的多肽是由四种不同的蛋白质(本质上是肽)组成的,它们结合在一起形成一种完全不同的蛋白质。肽本身也是合成代谢反应的结果,因为简单的氨基酸通过缩合反应结合在一起,从而形成肽链。

3) 碳固定:碳固定是合成代谢的另一个例子,因为在光合生物体(如植物、蓝藻、藻类和其他光合自养生物体)中,二氧化碳被固定为 3-磷酸甘油酸,然后进一步转化为葡萄糖。从光合作用开始,从阳光和二氧化碳合成碳水化合物。这个过程利用光合作用反应产生的 ATP 和 NADPH 将 CO2 转化为 3-磷酸甘油酸。这表明了合成代谢,因为从更小更简单的二氧化碳亚基开始,产生了 3-磷酸甘油酸,这是一种更大更复杂的生化化合物。

合成代谢激素的例子

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生长激素

生长激素是一种基于蛋白质的肽类激素,它刺激人类和其他动物的生长、细胞繁殖和再生。生长激素通常用于治疗患有生长障碍的儿童以及成年人生长激素缺乏症。

胰岛素

胰岛素是一种激素,对调节体内的脂肪和类固醇代谢至关重要。它会导致肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞从血液中摄取葡萄糖。然后,葡萄糖在肝脏和肌肉中储存为糖原。胰岛素还有助于其他身体功能,如血管顺应性和认知功能。

睾酮

睾酮是一种在哺乳动物、爬行动物、鸟类和其他脊椎动物中发现的类固醇激素。在哺乳动物中,睾酮主要在雄性的睾丸和雌性的卵巢中分泌。然而,肾上腺也分泌少量的睾酮。睾酮是主要的雄性性激素。

雌二醇

雌二醇是女性体内主要的性激素。然而,它也存在于男性体内,并作为睾酮的活性代谢产物发挥作用。雌二醇对生殖和性功能以及其他器官有重大影响。[1] [Berg]

当合成代谢激素(或类固醇)的使用量过多时,可能会出现副作用。如果男性使用过多,会导致睾酮分泌下降、睾丸萎缩(睾丸萎缩),甚至乳房增大。对于女性来说,过量使用合成代谢激素会导致雌激素分泌减少和排卵能力下降、面部毛发生长以及乳房退化。

参考资料

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http://science.jrank.org/pages/319/Anabolism.html#ixzz0UM1KSRXO

http://science.jrank.org/pages/319/Anabolism.html

Berg,Jeremy;Tymoczko,John L.;Stryer,Lubert。生物化学,第 6 版。W.H. Freeman and Company。纽约。2007

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