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結構生物化學/合成代謝

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一般資訊

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合成代謝反應是那些需要能量才能發生的反應。細胞可以將合成代謝反應與分解代謝反應結合在一起,形成一個有效的能量迴圈;分解代謝反應將化學燃料轉化為細胞能量,然後利用這些能量啟動需要能量的合成代謝反應。

合成代謝可以被認為是一組代謝過程,其中複雜分子的合成是由分解代謝釋放的能量啟動的。這些複雜分子是透過一個系統化的過程,從小而簡單的前體物質生產出來的。例如,一個合成代謝反應可以從相對簡單的前體分子開始(由分解代謝反應以前產生的),並以相當複雜的產品結束,例如、某些脂類,甚至DNA,它具有極其複雜的物理結構。合成代謝反應產物複雜性的增加也意味著它們比它們簡單的前體物質含有更多的能量。

合成代謝反應是發散的過程。也就是說,相對較少的原料被用來合成各種各樣的最終產物。這會導致細胞大小或複雜性的增加,或兩者兼而有之。合成代謝過程負責細胞分化和身體尺寸的增加。骨骼礦化和肌肉質量歸因於這些過程。合成代謝過程產生肽類、蛋白質多糖脂類核酸。這些分子構成了所有活細胞的物質,如膜和染色體,以及特定型別細胞的特殊產物,如抗體、激素和神經遞質。

ATP 提供了合成代謝發生所需的能量。ATP 是一種高能分子,透過釋放自由能來耦合合成代謝。這種能量不是透過磷酸鍵的斷裂產生的;而是透過磷酸基團的水合作用釋放出來的。ATP 變成 ADP 的化學反應為這種代謝過程提供了能量。合成代謝是分解代謝的反面,例如,合成葡萄糖是一個合成代謝過程,而葡萄糖的分解是一個分解代謝過程。吉布斯自由能合成葡萄糖的數值為正,這意味著反應是非自發的,並且不會在任何時間範圍內完成。然而,當與 ATP 耦合時,這種反應變得熱力學上更有利,就像體內許多其他吸熱反應一樣。合成代謝和分解代謝必須以一種不允許這兩個過程同時發生的方式進行調節。每個過程都有自己的一組激素,用來開啟和關閉這些過程。合成代謝激素包括生長激素、睪酮和雌激素。分解代謝激素包括腎上腺素、皮質醇和胰高血糖素。

細胞需要將代謝過程分成合成代謝和分解代謝途徑。合成代謝需要能量的輸入,這可以描述為一個“上坡”(能量攝入)過程。分解代謝是一個“下坡”過程,在這個過程中,當生物體消耗能量時,能量會被釋放出來。在合成代謝途徑的某些點,細胞必須在反應中投入比分解代謝過程中釋放的更多的能量。這種合成代謝步驟需要與分解代謝過程中在此點使用的反應不同的反應序列。

合成代謝的階段

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  • 合成代謝有三個基本階段。

階段 1 生產前體,如氨基酸、單糖和核苷酸。

階段 2 利用 ATP 中的能量將前體轉化為活性形式。

階段 3 將這些活化的前體組裝成複雜的分子,如蛋白質、多糖、脂類和核酸。

生物化學合成代謝反應的例子

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1) 多糖:多糖是合成代謝的一個例子,因為多糖是從它們的簡單單糖亞基衍生而來的。一個簡單的例子是糖原的形成。糖原是一種多糖,由透過糖苷鍵連線的亞基葡萄糖單糖組成。

2) 多肽:多肽是合成代謝的一個例子,因為多肽是從它們的簡單肽亞基衍生而來的。像血紅蛋白這樣的多肽是由四種不同的蛋白質(本質上是肽)組成的,它們結合在一起形成一種完全不同的蛋白質。肽本身也是合成代謝反應的結果,因為簡單的氨基酸透過縮合反應結合在一起,從而形成肽鏈。

3) 碳固定:碳固定是合成代謝的另一個例子,因為在光合生物體(如植物、藍藻、藻類和其他光合自養生物體)中,二氧化碳被固定為 3-磷酸甘油酸,然後進一步轉化為葡萄糖。從光合作用開始,從陽光和二氧化碳合成碳水化合物。這個過程利用光合作用反應產生的 ATP 和 NADPH 將 CO2 轉化為 3-磷酸甘油酸。這表明了合成代謝,因為從更小更簡單的二氧化碳亞基開始,產生了 3-磷酸甘油酸,這是一種更大更復雜的生化化合物。

合成代謝激素的例子

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生長激素

生長激素是一種基於蛋白質的肽類激素,它刺激人類和其他動物的生長、細胞繁殖和再生。生長激素通常用於治療患有生長障礙的兒童以及成年人生長激素缺乏症。

胰島素

胰島素是一種激素,對調節體內的脂肪和類固醇代謝至關重要。它會導致肝臟、肌肉和脂肪組織中的細胞從血液中攝取葡萄糖。然後,葡萄糖在肝臟和肌肉中儲存為糖原。胰島素還有助於其他身體功能,如血管順應性和認知功能。

睪酮

睪酮是一種在哺乳動物、爬行動物、鳥類和其他脊椎動物中發現的類固醇激素。在哺乳動物中,睪酮主要在雄性的睪丸和雌性的卵巢中分泌。然而,腎上腺也分泌少量的睪酮。睪酮是主要的雄性性激素。

雌二醇

雌二醇是女性體內主要的性激素。然而,它也存在於男性體內,並作為睪酮的活性代謝產物發揮作用。雌二醇對生殖和性功能以及其他器官有重大影響。[1] [Berg]

當合成代謝激素(或類固醇)的使用量過多時,可能會出現副作用。如果男性使用過多,會導致睪酮分泌下降、睪丸萎縮(睪丸萎縮),甚至乳房增大。對於女性來說,過量使用合成代謝激素會導致雌激素分泌減少和排卵能力下降、面部毛髮生長以及乳房退化。

參考資料

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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。生物化學,第 6 版。W.H. Freeman and Company。紐約。2007

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