三教学重点和难点 1. 教学重点 (1)ATP 的生理功能 (2) 胞呼吸的意义 (3) 有氧呼吸的过程 2. 教学难点 有氧呼吸的过程 四教学时间建议 章节 内容 时间分配 ( 节 ) 6.1 三磷酸腺苷 (ATP) 胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸

Transcription

1 一知识结构 ATP 的结构和生理功能 胞呼吸的概念 胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 胞呼吸的意义 基本代谢率 呼吸商 二教学目标 1. 了解 ATP 的结构简式和生理功能 2. 清楚了解胞呼吸的概念和意义 3. 理解有氧呼吸和无氧呼吸产生能量的过程 4. 通过对有氧呼吸和无氧呼吸的比较, 了解两者的异同 5. 认识动物的基本代谢率和呼吸商 144

2 三教学重点和难点 1. 教学重点 (1)ATP 的生理功能 (2) 胞呼吸的意义 (3) 有氧呼吸的过程 2. 教学难点 有氧呼吸的过程 四教学时间建议 章节 内容 时间分配 ( 节 ) 6.1 三磷酸腺苷 (ATP) 胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 基本代谢率 呼吸商 1 实验 合计 7 145

3 五教学建议 1. 在开始本节内容的教学时, 教师应当首先指出, 生命系统必须依靠物质和能量来维持, 能量的获取 储存 释放 利用和散失, 伴随着全部生命活动 然后教师可以请学生举出几个生物体内能量转化 ( 或吸收储存 或释放利用 ) 的例子 2. 教师可用以下方式引入 ATP: 动植物通过呼吸作用分解体内的有机物, 而获取生命活动所需的能量 动植物通过呼吸作用释放出的能量, 除了一部分以热能的形式散失或维持体温外, 其余的都要转化成一种活跃的化学能, 才能用于各项生命活动 这种活跃的 随时可以利用的化学能是什么呢? 实际上是一种含有高能磷酸键的有机化合物, 称为三磷腺酸腺苷 ATP 至此可出示本节标题 3. 在 ATP 与 ADP 的相互转化中, 有两点应予以强调, 即胞内 ATP 的含量是相对稳定的和 ATP 在胞内的含量是很少的 所以, 通过 ATP 与 ADP 的相互转化而发生的储能 放能的过程, 总是处在不停顿的动态平衡之中 4. 在胞呼吸这一章的教学过程中, 要抓住以下一些关键问题 : (1) 糖类 脂肪和蛋白质等有机物都富含能量, 这些储存的能量是来自光合作用中所固定的光能 (2) 这些有机物只有在被氧化为更简单一些的有机物或者是被彻底氧化为水和二氧化碳时, 才能部分地或者全部地把储存的能量 146

4 释放出来 (3) 释放出来的能量或者是以热能的形状散失, 或者是用来维持体温的恒定, 更重要的是必需有相当一部分的能量为 ADP ATP 的转化过程所捕获, 并储存于 ATP 分子的高能磷酸键中 (4) 完成能量的释放和转移的结构基础分别是胞质的基质和线粒体, 以及相关的酶系统 六习题参考答案 想一想 p 光合作用 2. 葡萄糖的氧化 3. 淀粉 脂肪 蛋白质 核酸等的合成 4. 酶 激素的合成 5. 胞饮 吞噬作用 6. 纤毛和鞭毛的摆动等 p.88 可以, 因为脂类和蛋白质也能被氧化产生能量 但脂类和蛋白质 必须转换成葡萄糖或其它物质, 再进人克雷伯氏循环, 所以是不 经济的 p.91 厌氧微生物进行无氧呼吸, 将苹果分解, 释出酒精 147

5 习题 A. 选择题 1.C 2.A 3.C 4.A 5.D 6.C 7.D 8.D 9.D 10.B 11.C B. 作答题 1.(1)ATP 是胞重要的能量供应分子, 由一分子腺嘌呤 一分子核糖和三分子磷酸根组成, 是生物体内主要的含高能键化合物 (2) 当 ATP 的含量比例高时, 表示能量充足, 胞限制物质的氧化, 并促进大分子物质如糖元 脂质的合成, 以消耗过多的能量 当 ATP 和 ADP 的含量比例降低, 这表示胞内的能量不足, 于是促进呼吸以增加能量的生产 2.(1) 当反应从下向上进行时, 能量的来源有二 : 一是来自胞内呼吸作用中分解有机物释放出的能量 ; 二是来自光能 能量用于 ATP 的形成 (2) 当反应从上向下进行时, 能量来自 ATP 的水解 此能量用于维持胞分裂 根吸收矿物元素 肌肉收缩等生命活动 3. 参考课文 p 基本代谢率是当身体完全休息, 餐后 12 小时, 在室温内能量应用的速度 影响因素有 : 年龄 性别 体形 内分泌系统 药物 生物品种等 Exercise 1. A 2. D 3. A 4. C 5. ATP is the single energy providing and energy storing molecule for all processes in all cells. 148

6 6. (1)(a) Anaerobic respiration is the breakdown of food substances with the release of a small amount of energy in the absence of oxygen. (b) Aerobic respiration is carried out in the presence of oxygen, anaerobic respiration is carried out in the absence of oxygen. Alarge amount of energy is produced in aerobic compared to anaerobic respiration, therefore aerobic respiration is more efficient. Finally, the waste products are different, carbon dioxide and water are produced in aerobic respiration; ethanol and carbon dioxide in anaerobic respiration. (2)(a) lack of oxygen (b) during flooding (c) during strenuous exercise 7.Substance D 七实验参考答案 问题与讨论 l. 在此实验中, 石灰水的功用是检验二氧化碳 2. 因为要除去葡萄糖溶液中的氧气 3. 石蜡油可防止氧气再溶入葡萄糖溶液中 4. 酒精 二氧化碳 5. 在缺氧的情况下, 活胞产生酶将养料分解 ( 以糖酵解的方式进行 ), 以产生能量, 此种没有氧参与的呼吸作用称为无氧呼吸 6. 能 ; 生成物是水和二氧化碳 ( 酵母菌在氧气充足的环境下, 便不经酒精发酵获取能量, 而是行有氧呼吸, 将葡萄糖分解成水和二氧化碳 ) 149

7 八参考资料 ATP ATP 也叫三磷酸腺苷 腺三磷 ATP 的分子结构比较复杂 ( 参阅课本 p.87), 腺嘌呤与核糖结合成腺苷, 腺苷通过核糖中的第 5 位羟基, 与 3 个相连的磷酸基团结合形成 ATP ATP 中两个磷酸基团之间 ( 也就是 P 与 P 之间 ) 用 ~ 表示的化学键是高能磷酸键 高能磷酸键水解时, 释放出的能量是正常的化学键的 2 倍以上 例如,ATP 末端磷酸基团水解时, 释放出的能量是 30.6 kj/mol, 而 6 磷酸葡萄糖水解时, 释放出的能量只有 13.8 kj/mol 一般说来, 水解时释放 kj/mol 以上能量的化合物就叫高能化合物 显然,ATP 是一种高能化合物 各种胞都是用 ATP 作为直接能源的 实际上,ATP 是胞内能量释放 储存 转移和利用的中心物质 ATP 中能量的利用在生物体内能量的转换和传递中,ATP 是一种关键的物质 生物体的一切生命活动都离不开 ATP ATP 是生物体内直接供给可利用能量的物质, 是胞内能量转换的 中转站 各种形式的能量转换都是以 ATP 为中心环节的 生物体内由于有各种酶作为生物催化剂, 同时又有胞中生物膜系统的存在, 因此,ATP 中的能量可以直接转换成其它各种形式的能量, 用于各项生命活动 这些能量形式主要有以下几种 : 1. 机械能生物体内的胞以及胞内各种结构的运动都在做机械功, 所消耗的就是机械能 例如, 纤毛和鞭毛的摆动 肌胞的收缩 胞分 150

8 裂期间染色体的运动等, 都是由 ATP 提供能量来完成的 2. 电能生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流, 所做的电功消耗的就是电能 电能也是由 ATP 所提供的能量转换而成的 3. 渗透能胞的主动运输是逆浓度梯度进行的, 物质过膜移动所做的功消耗了能量, 这些能量叫做渗透能, 渗透能也来自 ATP 4. 化学能生物体内物质的合成需要化学能, 小分子物质合成大分子物质时, 必须有直接或间接的能量供应 另外, 物质在分解的开始阶段, 也需要化学能来活化成能量较高的物质 ( 如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖 ) 在生物体的物质代谢中, 可以说到处都需要由 ATP 转换的化学能来做化学功 5. 光能目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚, 但是已经知道, 用于发光的能量仍然直接来源于 ATP 6. 热能生物体内的热能, 来源于有机物的氧化分解 大部分的热能通过各种途径向外界环境散发, 只有一小部分热能用于维持胞或恒温动物的体温 通常情况下, 热能的形成往往是胞能量转换和传递过程中的副产品 151

9 有氧呼吸的过程 在呼吸作用的过程中, 葡萄糖分子并不是像燃烧那样一下子就氧 化成二氧化碳和水, 而是要经过一系列复杂的化学反应的 有氧呼吸 的过程可以分为以下三个步骤 : 152

10 1. 糖酵解 将一分子葡萄糖分解成两分子丙酮酸, 并且发生氧化 ( 脱氢 ) 和生成少量 ATP 2. 三羧酸循环 丙酮酸彻底分解为二氧化碳和氢 ( 这个氢被传递氢的辅酶携带着 ), 同时生成少量 ATP 3. 氧化磷酸化 氢 ( 氢离子和电子 ) 被传递给氧以生成水, 并且放出大部分的能量, 以生成 ATP( 图 6.1,6.2) 153

11 下面稍加详地谈谈这三个步骤 : 1. 糖酵解糖酵解名称的由来, 是因为动物进行呼吸作用时, 首先利用糖元 ( 动物淀粉 ) 作为呼吸基质, 把它转变成为葡萄糖, 然后葡萄糖在无氧条件下进行分解而生成乳酸, 所以这个过程称为糖酵解 糖酵解的过程主要分为下列两步 (1) 葡萄糖经过两次磷酸化, 并且发生异构化以后, 转变成 1,6- 二磷酸果糖 (fructose-1,6- biphosphate) 这就是说, 一个六碳化合物变成带有两个磷酸的化合物 这一过程要消耗两分子 ATP (2) 1,6- 二磷酸果糖是不稳定的化合物, 它在醛缩酶的作用下, 很容易分解成为两个磷酸丙糖即 154

12 磷酸二羟丙酮 (phosphodihydroxyacetone) 和磷酸甘油醛 (glyceraldehydehydephosphate,pgal) 这两者可以互相转化, 处于平衡状态 当磷酸甘油醛进一步转化而被消耗掉的时候, 磷酸二羟丙酮也就跟着转变为磷酸甘油醛, 参加到以后的反应中去 由磷酸甘油醛转变为磷酸甘油酸 (phosphoglycerate) 的时候, 脱出的氢被氧化型辅酶 I(NAD + ) 携带着, 成为还原型辅酶 I (NADH) 在这个氧化过程中放出的能量被 ATP 携带着 以后在磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate,pep) 转变为丙酮酸的反应中也生成 ATP 在由葡萄糖到丙酮酸的整个过程中, 能位是逐步下降的, 但只有上述这两个反应的能位下降较大, 足以生成 ATP 其他反应则只有微小的下降, 不足以生成 ATP 因此, 一分子 1,6- 二磷酸果糖实际上可以形成两分子丙酮酸, 共得到四分子 ATP, 但在糖酵解的开始阶段用掉了两分子 ATP, 所以一分子葡萄糖经过糖酵解净得两分子 ATP 糖酵解的过程可以概括如下 : C 6H 12O 6 + 2NAD + 2CH 3COCOOH + 2NADH 葡萄糖辅酶 Ⅰ 丙酮酸还原型辅酶 Ⅰ 2ADP + 2Pi 2ATP 丙酮酸是呼吸过程中的一个重要的中转站 在有氧条件下, 它就进入三羧酸循环 ; 在无氧条件下, 它被 NADH 还原成为乳酸, 或者在脱去羧基 ( 放出 CO 2) 以后转变成为乙醛, 乙醛再被还原成为乙醇 这就是无氧呼吸的过程 动画 ( 糖酵解 1) 动画 ( 糖酵解 2) 2. 三羧酸循环 ( 克雷伯氏循环 ) 三羧酸循环的最初中间产物是柠檬酸, 因为柠檬酸是一种三羧基 155

13 酸, 所以这个过程叫做三羧酸循环, 也叫柠檬酸循环 三羧酸循环的简化过程是 : 丙酮酸在经过氧化 ( 脱氢 ) 和脱羧 ( 放出 CO 2) 以后, 生成乙酰辅酶 A( 乙酰 CoA) 乙酰辅酶 A 与草酰乙酸缩合形成柠檬酸 (C 6), 柠檬酸脱水成为乌头酸, 乌头酸加水再形成异柠檬酸 (isocitrate) 然后, 异柠檬酸氧化脱羧形成 α - 酮戊二酸 ( -ketoglutarate) ( C 5 ), α - 酮戊二酸再氧化脱羧形成琥珀酸 (succinate) ( C 4 ), 琥珀酸经过脱氢氧化, 最终成为草酰乙酸 (oxaloacetate) 草酰乙酸可以再与乙酰辅酶 A 相结合, 再次进入三羧酸循环 ( 图 6.4) 这样下去, 循环不已 每一分子葡萄糖经过糖酵解生成两分子丙酮酸, 然后这两个丙酮酸氧化脱羧, 各进入三羧酸循环, 共产生六分子 CO 动画 ( 三羧酸循环 )

14 三羧酸循环的过程可以概括如下 : 2CH 3COCOOH + 6H 2O + 8NAD + + 2FAD 丙酮酸黄酶 2ADP + 2Pi 6CO 2 + 8NADH + 2FADH 2 2ATP 还原型黄酶 在三羧酸循环中, 一共发生五次脱氢, 其中四次脱出的氢被 NAD 携带着, 另一次 ( 从琥珀酸 ) 脱出的氢被黄酶 (FAD) 携带着, 以后在氧化磷酸化过程中被氧化成为水 另外, 在 α - 酮戊二酸氧化脱羧而生成琥珀酸的时候, 也形成一分子 ATP 在三羧酸循环的整个过程中, 只有丙酮酸被彻底分解, 其他的酸是不被彻底分解的, 所以它们只要有少量存在, 就可以推动这个循环继续进行下去 其他的酸就像工厂里的传送带一样, 把丙酮酸分子向前传送, 并且逐步分解 3. 氧化磷酸化前面讲到, 在糖酵解和三羧酸循环这两个过程中都要发生脱氢反应, 一分子葡萄糖在糖酵解中生成 2NADH, 在三羧酸循环中生成 8NADH + 2FADH 2 以后, 这些化合物中的 H, 经过一系列的氧化还原反应, 最终与氧结合而生成水 首先,NADH 的 H + 传给了 FAD, 于是 NADH 被氧化为 NAD +, 而 FAD 被还原为 FADH 2: NADH + FAD NAD + + FADH 2 以后,FADH 2 中的 H 2 分离成游离的氢离子 (H + ) 和电子 (e) FADH 2 FAD + 2H + + 2e 再往后是电子在多种胞色素中顺序地进行传递 胞色素是一类含铁的卟啉衍生物, 在胞中与蛋白质结合存在着 胞色素分子中的铁可以发生氧化还原反应 : 2 胞色素 Fe e 2 胞色素 Fe

15 现在已经知道, 在有氧呼吸的氧化磷酸化过程中起作用的胞色素有 a a 3 b c 等几种, 电子先由胞色素 b 接受, 以后经由 c a a 3 而传给氧, 加上由 FAD 游离出来的 2H +, 便生成 H 2O ( 图 6.5): 1 O2 + 2e + 2H + H 2O 2 动画 ( 氧化磷酸化 ) 158

16 这个过程中, 氢离子 (H + ) 和电子 (e) 在各个传递体之间进行传递, 这与光合作用中的电子传递很相似 每个传递体都是整个传递过程的一个个环节, 构成一条 链, 因此这条链叫做呼吸作用电子传递链, 或者简称为呼吸链 在上述的氧化还原过程中, 各个电子传递体的能量水平也在逐步下降, 它们所释放的能量的一部分就被保留下来而形成 ATP 这个由氧化 NADH 或 FADH 2 释放出来的能量而形成 ATP 的过程, 就叫做氧化磷酸化 在这个过程中, 氧化作用与磷酸化作用是相偶联的 已经知道, 在由 NADH 氧化到生成水的过程中, 一共发生三次磷酸化, 生成三分子 ATP, 但在由 FADH 2 氧化到生成水的过程中只生成二分子 ATP 一分子葡萄糖氧化磷酸化的过程可以概括如下 : 10NADH + 5O 2 10NAD H 2O 30ADP + 30Pi 30ATP 2FADH 2 + O 2 2FAD + 2H 2O 4ADP + 4Pi 4ATP 现在我们可以把整个呼吸过程作一个总结 : 1. 糖酵解 : C 6H 12O 6 + 2NAD + 2CH 3COCOOH + 2NADH 2ADP + 2Pi 2ATP 2. 三羧酸循环 : 2CH 3COCOOH + 6H 2O + 8NAD + + 2FAD 2ADP + 2Pi 6CO 2 + 8NADH + 2FADH 2 2ATP 159

17 3. 氧化磷酸化 : 10NADH + 5O 2 30ADP + 30Pi 2FADH 2 + O 2 4ADP + 4Pi 10NAD H 2O 30ATP 2FAD + 2H 2O 4ATP C 6H 12O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2O 38ADP + 38Pi 38ATP 在上面的叙述中, 葡萄糖等物质是以 分子 为单位的, 而课本上使用的单位是 mol 我们知道,1 mol 物质含有 个分子 那么, 这个总反应也可以这样表示 : 每氧化 1 mol 葡萄糖, 生成 6 mol 的二氧化碳和 6 mol 的水, 同时生成 38 mol ATP 在标准状态下 1, 1mol ADP 形成 ATP, 要求 kj 能量, 那么 38 mol ATP 就要求 =1161 kj 的能量 每氧化 1 mol 葡萄糖释放出来的总能量是 2870 kj, 其中只有 1161 kj 被保留在 ATP 内, 供给机体生命活动之用 所以呼吸作用的能量转变效率只有 40% 左右, 其余部分的能量就以热能状态散失掉了 无氧呼吸的过程植物除了进行上述的有氧呼吸以外, 还可以进行另一种类型的呼吸作用, 即无氧呼吸 无氧呼吸不需要大气中的氧, 有的组织也可以在有氧条件下进行无氧呼吸 这两种类型呼吸作用的基本区别在于, 有氧呼吸的某些阶段需要大气中的氧参加作为反应物, 但严格的无氧呼吸, 无论在哪一阶段都不需要氧的参与 无氧呼吸也包括许多类型, 但它们有一个共同的特点, 那就是氧不是 H + 和 e 的最终受体, 并且呼 1 标准状态是指作用物浓度为 1 mol,ph 为 7.0, 温度为 25 的状态 160

18 吸底物只是部分地被氧化, 所以最终形成的产物有酒精 乳酸等 ( 图 6.7,6.8) 无氧呼吸作用, 有的时候被称为发酵作用, 但二者并非精确的同义词 这是因为有的发酵作用, 如醋酸发酵, 实际上是需氧的氧化作用 1. 酒精发酵酵母菌和其他一些微生物, 甚至一些高等植物, 在缺氧条件下, 都以酒精发酵的形式进行无氧呼吸 因为酵母菌和高等植物的胞里, 除了含有乙醇脱氢酶以外, 还含有少量的乳酸脱氢酶, 所以在进行酒精发酵的同时, 还产生少量的乳酸 酒精发酵既然是一般无氧呼吸的主要形式, 因此常常以酒精发酵过程来阐述无氧呼吸的途径 161

19 酒精发酵的前一阶段, 与糖酵解的所有步骤完全相同 在缺氧条件下, 丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下, 脱羧成为乙醛 但是, 乙醛不与乙酰辅酶 A 起反应, 也不参加三羧酸循环, 而是在乙醇脱氢酶的作用下, 被糖酵解产生的 NADH, 还原为酒精 ( 乙醇 ) 这些反应可以用下列的反应式来表示 : C 6H 12O 6 + 2NAD + 2CH 3 COCOOH+2NADH 2ADP + 2Pi 2ATP 2CH 3COCOOH 2CH 3CHO + 2CO 2 2CH 3CHO + 2NADH 2C 2H 5OH + 2NAD + 酒精发酵的总反应式是 : C 60 12O 6 +2ADP + 2Pi 2C 2H 5OH + 2CO 2 + 2ATP 酒精发酵所提供的可利用能量, 只是在糖酵解阶段净得的两分子 ATP 葡萄糖分子中原有的大部分键能, 则存留在不能被酵母菌或高等植物利用的酒精中 因此, 无氧呼吸是产生 ATP 的一种低效途径 但是, 酒精发酵的产物在工农业生产中占有很重要的地位 例如, 啤酒 果酒 工业酒精等都是利用不同来源的酵母菌发酵制得的 2. 乳酸发酵乳酸发酵也不需要氧的参与, 而只依靠酶的作用就能把一分子葡萄糖分解成两分子乳酸, 并且产生两分子 ATP 由葡萄糖分解成为丙酮酸的步骤与上述的酒精发酵相同, 只是丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下进行还原, 生成乳酸, 同时还原型辅酶 Ⅰ (NADH) 被氧化成为氧化型辅酶 (NAD + ), 从而保证了乳酸发酵的持续进行 162

20 C 6H 12O 6 + 2NAD + 2CH 3COCOOH + 2NADH 2ADP + 2Pi 2ATP 2CH 3COCOOH + 2NADH 2CH 3CHOHCOOH + 2NAD + 乳酸发酵的总反应式是 : C 6H 12O 6 + 2ADP + 2Pi 2C 3H 6O 3 + 2ATP 乳酸菌可以使牛奶发酵制成奶酪和酸牛奶 泡菜 酸菜 青贮饲料能够较长时间的保存, 也都是利用乳酸发酵积累的乳酸, 抑制了其他微生物活动的缘故 表 6.1 葡萄糖 (1 分子 ) 完全氧化时产生的 ATP 数 糖酵解阶段 反应名称 1 葡萄糖 6- 磷酸葡萄糖 2 6- 磷酸果糖 1,6- 二磷酸果糖 磷酸甘油醛 1,3- 二磷酸甘油酸 (NADH+H + ) 4 1,3- 二磷酸甘油酸 3- 磷酸甘油酸 5 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸氧化脱羧 ATP 生成数 =6 或 2 2=4 2 1=2 2 1=2 6 丙酮酸 乙酰 CoA (NADH+H + ) 2 3=6 三羧酸循环 7 异柠檬酸 α- 酮戊二酸 (NADH+H + ) 8α- 酮戊二酸 琥珀酰 CoA (NADH+H + ) 9 琥珀酰 CoA 琥珀酸 (GTP) 10 琥珀酸 延胡索酸 (FADH+H + ) 11 苹果酸 草酰乙酸 (NADH+H + ) 2 3=6 2 3=6 2 1=2 2 2=4 2 3=6 总计 38 或

21 葡萄糖氧化和其他物质代谢的关系葡萄糖经三羧酸循环彻底氧化, 不仅能产生大量 ATP, 供给其他物质代谢的需要, 而且沟通糖 蛋白质和脂肪的代谢, 成为糖 蛋白质和脂肪代谢的中间枢纽 1. 糖代谢和蛋白质代谢葡萄糖经过糖酵解产生的丙酮酸, 在三羧酸循环中能生成 α- 酮戊二酸和草酰乙酸, 这三种物质经转氨作用能产生相应的丙氨酸 谷氨酸和天冬氨酸 这些氨基酸又能转化成其他氨基酸 而各种氨基酸也能进入三羧酸循环, 经过酵解逆行生成糖 2. 脂肪代谢和糖代谢组成脂肪的脂肪酸部分能转化成乙酰辅酶 A, 再经过三羧酸循环变成草酰乙酸 草酰乙酸又能变成烯醇或丙酮酸, 在另一些酶催化下, 经酵解逆行生成糖 糖代谢中产生的乙酰辅酶 A 也能参与脂肪酸的合成 3. 脂肪代谢和蛋白质代谢上两节讲到脂肪酸能生成 α- 酮戊二酸和草酰乙酸等, 再经过转氨作用生成谷氨酸和门冬氨酸, 这些酸又能生成其他氨基酸 有些氨基酸脱氨后可生成酮酸, 再分解成乙酸, 后者用于脂肪酸的合成, 最终合成脂肪酸 综上所述, 三大物质代谢以三羧酸循环为枢纽而相互沟通 164

22 4. 糖代谢和机体生长发育的关系如果葡萄糖氧化产生的 ATP, 供给生命活动的需要而有余, 那么多余的葡萄糖就经过三羧酸循环分解成各种中间化合物, 转化成氨基酸和乙酰辅酶 A, 参与蛋白质和脂肪代谢, 使能量得到贮存, 机体得以生长 发育, 甚至可使机体积聚脂肪而肥胖 如果葡萄糖量过少, 引起 ATP 短缺 蛋白质和脂肪就分解, 进入三羧酸循环, 氧化而产生能, 弥补葡萄糖的不足, 机体就会逐渐消瘦, 甚至影响生长发育 基本代谢率人体在一天的生命活动中, 能量代谢变化十分明显, 活动时能量代谢较高, 而安静, 特别是睡眠时, 能量代谢较低 如何来衡量人体代谢的基本状况呢? 在对于人体代谢的研究和临床实践中, 研究者发现, 在人体清醒而安静的情况下, 即在不受运动 食物 神经紧张 165

23 胞呼吸与能量的释 外界温度改变等影响时, 来测定能量的消耗, 比较容易做到, 且较能反映身体现阶段情况 ; 其以每小时每平方米人体表面积来表示能量的消耗比率 (J), 这就是基本代谢率 已经测得正常值为 43.85J/m 2 /h, 一般在此基础上, 上下波动 ±15% 以内都是正常的 具体计算方法, 举一例说明 某男人, 体表面积是 m 2, 基础情况下测得他 6 分钟耗氧量为 1.2L, 则每小时耗氧为 12L, 乘以氧的热价 20.19kJ, 再除以人体表面积为 : /1.5241=158.97kJ/m 2 /h 这就是此人的基本代谢率 基本代谢率高说明能量消耗大, 反之, 则能量耗减少 基本代谢率除了受疾病的影响外, 其他诸如年龄 性别 人种都有关系 随着年龄的增长, 代谢率一般呈下降趋势, 同龄女性低于男性 在同一性别 年龄和体重组的正常人中基本代谢率很接近, 其中约 90% 以上的人其代谢率与平均值相差不会超过 15% 故临床上以此百分比作为正常值的界限 超过这一界限就被认为基本代谢异常 如甲状腺机能亢进的患者, 其基本代谢率可比正常值高出 20~80%; 而甲状腺机能低下者则比正常值低 20~40% 166

24 呼吸商食物在体内分解释放能量时, 必须消耗一定量的氧, 产生一定量的 CO 2;CO 2 的产生量与 O 2 的消耗量之间的比称为呼吸商 呼吸商随着体内消耗的能源物质不同而异 糖氧化时的呼吸商约为 1, 以葡萄糖为例 : C 6H 12O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2O 呼吸商 =6mol CO 2/6mol O 2=6 22.4/6 22.4=1.0 脂肪氧化时呼吸商约为 0.7, 以三软脂酸甘油酯为例 : 2C 51H 98O O 2 102CO H 2O 呼吸商 =102mol CO 2/145mol O 2= / =0.7 蛋白质的代谢过程比较复杂, 它在体内未经彻底氧化, 仍有一部分 0 及 C 与 N 结合随尿排出, 即是尿素等, 这部分物质在体外还可继续氧化放出能量 100g 蛋白质在体内氧化大约需要 g 的 0 2, 产生 l52.17g 的 C0 2, 其呼吸商为 : 呼吸商 =(152.17/ ) / (l38.18/ )=0.8 进食混合膳食时, 可先从尿氮计算蛋白质的消耗量 lg 尿氮相当于消耗 6.25g 蛋白质, 同时消耗 6.04 升 0 2, 产生 4.84 升 C0 2 和释放 110kJ 的能量 从总的氧耗量及 C0 2 产量中减去蛋白质氧化所消耗的氧量和 C0 2 产量, 则可得非蛋白呼吸商 按照下式, 可以计算在不同的非蛋白呼吸商情况下, 每消耗 l 升 C0 2 所能放出的能量 这叫做每升氧的能当量 每升氧的能当量 (kj)= r(r 为非蛋白呼吸商 ) 因此, 测定出尿氮和氧耗量后, 即可计算热能消耗量 如果不测 167

25 定尿氧, 用总呼吸商计算所得的热能消耗量与非蛋白呼吸商计算所得者相差只是 l.1%, 所以现在大多直接用总呼吸商进行计算 从上述推理来看, 在一定时间内, 测出之呼吸商可以代表体内代谢物质的种类 168