代谢能量

代谢与消耗氧

新陈代谢是机体生命活动的基本特征，新陈代谢包括物质代谢与相传伴的能量代谢，简称代谢。在分解代谢过程中，营养物质蕴藏的化学能便释放出来。这些化学能经过转化，便成了机体各种生命活动的能源，所以说分解是代谢的放能反应。而在合成代谢过程中，需要供给能量，因此是吸能反应。可见，在物质代谢过程中，物质的变化与能量的代谢是紧密联系着的。生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等，称为能量代谢。

基本信息

由糖分解成乳酸所产生的能量是以什么方式供给细胞，而细胞又是怎样利用这种能量的呢？德国出生的美国化学家F.A.李普曼从他1941年开始的研究中找到一个答案。他证明，在碳水化合物代谢过程中形成的某些磷酸化合物，在连接磷酸基和分子其余部分的键上，储存着大量的能量。这种高能磷酸键被转移给所有细胞中都有的能量载体，这些载体中最有名的就是ATP（腺苷三磷酸）。ATP分子和某些类似的化合物可以说是身体能量的“零用钱”。它们把这种能量储存在整齐的、大小适宜而又随时可取的“口袋”里。当磷酸键被水解断开时，这种能量就能转换成把氨基酸合成蛋白质的化学能，转换成传导神经冲动的电能，或者经过肌肉收缩转换成动能等等。虽然在任何一个时候ATP的储量都很少，但总是够用（只要生命存在），因为旧的ATP分子一用完，新的ATP分子立即形成。

由于这一重要发现，F.A.李普曼分享了1953年的诺贝尔医学与生理学奖。

哺乳动物

的身体不能像酵母那样把乳酸转变成乙醇，而是通过另一种代谢途径，绕过乙醇，把乳酸直接分解成二氧化碳（CO2）和水。在进行这种分解时，身体消耗氧，而且产生的能量比葡萄糖变为乳酸的不需要氧的转换所产生的能量多得多。

代谢与消耗氧

有关，这个事实提供一种追踪代谢过程（即查明在代谢过程中产生的中间产物）的简便方法。比如说，在连续反应的某一步骤上，某一种物质（例如琥珀酸）被怀疑是中间底物。我们可以把这种酸和活组织（或在许多情况下和单一的酶）混合在一起，测定出这种混合物的耗氧速率。如果耗氧快，我们就可以确信，这种特殊的物质确实能够促进这个过程。

德国研究

生物化学家瓦尔堡设计了一种可以用来测定耗氧速率的关键仪器，叫做瓦尔堡测压计。它是由一具小烧瓶（在里面将底物和活组织或酶混合）和一个细U型管组成的，U型管的一端连接着烧瓶，另一端的口开着。在U型管的下部装有带色的液体。当酶和底物的混合物从烧瓶里的空气中吸收氧时，就会在烧瓶里形成少量的真空，因而连接烧瓶那一侧的U型管里的带色液体就会上升。利用这种带色液体上升的速率，就可以计算出耗氧的速率

瓦尔堡的活组织耗氧实验为他赢得了1931年的诺贝尔医学与生理学奖。

瓦尔堡和另一位德国生物化学家维兰德证认了乳酸分解过程中的放能反应。在一系列的反应过程中，成对的氢原子被一种叫做脱氢酶的酶从中间产物上脱掉。这些被脱掉的氢原子在一种叫细胞色素的酶的催化作用下又与氧化合。在20世纪20年代后朗，瓦尔堡和维兰德对这两个反应哪一个更重要争论不已，瓦尔堡认

为是耗氧，维兰德认为是脱氢。最后，基林证明这两个步骤都是必不可少的。

德国化学家克雷布斯继续研究出了由乳酸变成二氧化碳和水的全部反应顺序和中间产物。这叫做克雷布斯循环，也称做柠檬酸循环，因为柠檬酸是这一过程中形成的主要产物之一。由于他在1940年完成的这项成就，克雷布斯和F.A.李普曼分享了1953年的诺贝尔医学与生理学奖。

克雷布斯循环为在呼吸中利用分子氧的那些生物（即除少数几种厌氧菌以外的所有生物，厌氧菌依靠与氧无关的化学反应的能量）产生了所需要的大部分能量。在克雷布斯循环的不同点上，一种化合物会失去两个氢原子，这两个氢原子最终要与氧化合成水。这个“最终”隐藏了许多细节。这两个氢原子由一种细胞色素分子传递给另一种细胞色素分子，直到最后一种细胞色素氧化酶才把这两个氢原子传递给分子氧。沿着细胞色素的行列，形成ATP（腺苷三磷酸）分子，为身体提供了自身化学反应所需能量的“零用钱”。克雷布斯循环的每一圈总计形成18个ATP分子。因为整个过程涉及到氧和为形成ATP而积聚的磷酸基，所以这整个过程叫做氧化磷酸化，这是活组织的一个关键反应。如果这个反应受到任何严重干扰（如一个人吃了氰化钾），几分钟之内就会致死。

解释

参加氧化磷酸化的全部物质和酶都包含在细胞质内的小颗粒里。这些颗粒是德国生物学家本达1898年首先发现的，当然，当时他并不了解它们的重要性。他把它们称为线粒体（他误认为它们是“软骨的丝”），这个名称就这样保留下来。

一般线粒体呈橄榄球形，约 1/10 000英寸长，l/25 000英寸粗（1英寸=2．47厘米）。一个一般细胞含有大约几百个到上千个线粒体。非常大的细胞可以含有几十万个，而厌氧菌里一个也没有。第二次世界大战以后，电子显微镜的研究证明，线粒体虽然很小但有自身的复杂结构。线粒体有一个双层膜，外膜光滑，内膜精巧地折叠成脊，以增大表面积。沿着线粒体的内层表面有几千个叫做基粒的微小结构。看来这些基粒就是进行氧化磷酸化的实际场所。

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