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物质代谢

作者:汇感农业百科  阅读:次  类别:生物学卷

    生物体与外界环境之间的物质交换以及物质在生物体内转变和转化的过程。动物从外界摄取营养物质,经胃肠消化和吸收进入血液循环运送至机体各组织器官,在细胞内进行复杂的生物化学反应,合成机体组织的新成分,使组织更新,维持细胞生存;同时不断地产生代谢废物,通过一定途径排出体外。在物质转变和转化过程中伴随有能量的转化和释放,两者密切相关。研究物质代谢,主要是研究蛋白质、脂肪和糖在体内的代谢规律和调节情况。

    蛋白质代谢 氨基酸是蛋白质的基本组成单位,以它合成蛋白质来满足机体生长发育及组织修复更新的需要。氨基酸还是合成酶及肽类激素,以及其他许多有重要生理作用的含氮化合物,如核酸、尼克酰胺、儿茶酚胺类激素、甲状腺素和一些神经介质的重要原料。动物体内的氨基酸可来自食物的消化吸收,也可来自组织蛋白质的分解,以及糖、脂肪等在体内的转化,血中氨基酸的正常浓度为35~65毫克%。大部分由耗能需钠的主动转运通过细胞膜,进入细胞,在细胞内酶类作用下,组成结构蛋白质;一部分氨基酸经脱氨基作用分解为氨基和不含氨部分;氨基可以通过氨基移换作用将氨转移给其他化合物而形成新的氨基酸。也可以转变成尿素排出体外;不含氮部分可以转化成糖类、脂肪,或分解为二氧化碳和水。在蛋白质供应过多,超过机体细胞蛋白质合成的极限,或在糖、脂肪的供应严重不足时,血液内的氨基酸会大量在肝脏经脱氨基作用被降解,作为能源或转变成脂肪贮存。成年健康动物,每天摄取的蛋白质和消耗的蛋白质几乎相等,经常保持氮平衡状态。当摄入蛋白质减少时,机体可减少蛋白质分解,使排泄物中的氮量相应降低,以维持氮平衡;但是当摄入量低于临界限度即蛋白质最低需要量时,则出现氮的负平衡,说明动物体内的蛋白质被消耗。患病或蛋白质摄入量长期不足时,动物将逐渐消瘦。当摄入的氮量大于排泄的氮量时,则出现氮的正平衡,表明动物体内蛋白质含量增加,沉积在体内,如生长的幼畜、妊娠期和疾病恢复期的动物体内代谢。蛋白质的最低需要量常因饲料中蛋白质的种类、动物品种和生理状态等而不同。

    蛋白质代谢受激素调节。生长激素使细胞蛋白质合成速率加快,组织蛋白质增加,血浆氨基酸浓度下降;胰岛素能加速氨基酸向细胞内转运,刺激蛋白质合成。糖皮质激素能使肝外蛋白质降解加强,体液内氨基酸量增加,以及使肝合成蛋白质增多。睾酮促使体组织内蛋白质(特别是肌肉内收缩蛋白质)的合成和沉积。当糖类和脂肪供能不足时,甲状腺素能使蛋白质迅速降解,以提供能量。当糖类和脂肪摄入量足够供能,细胞外液又有充分的氨基酸时,甲状腺素可增加蛋白质的合成。

    脂类代谢 脂类是脂肪和类脂以及它们的许多衍生物的总称。脂类的生理功能为供能储能;构成生物膜,特别是磷脂和胆固醇,是所有生物膜的重要组成部分。食物中的脂肪在消化道内分解成甘油(或甘油一酯)和脂肪酸而被吸收,并在粘膜上皮细胞中再合成为新的甘油三酯,聚合成乳糜微粒,进入淋巴系统,经胸导管和右淋巴导管进入静脉血中。乳糜微粒中的大部分甘油三酯在血液中脂蛋白脂酶的作用下,水解成甘油和脂肪酸进入组织直接氧化供能,或被脂肪组织的脂肪细胞利用,再合成甘油三酯,贮存在脂肪细胞内。血液中的乳糜微粒还可通过毛细血管壁进入肝细胞,在肝脏内氧化,或者转变成其他脂类物质、糖类和蛋白质。在脂肪组织中,脂肪是不断合成(沉积)和分解(动员)的。当合成多于分解时,脂肪在体内沉积;分解多于合成时,则体内脂肪量减少。在脂肪分解时,甘油三酯水解成脂肪酸和甘油。甘油被细胞内的酶转变成甘油醛,通过葡萄糖的降解途径释放能量。脂肪酸经β-氧化降解为乙酰辅酶A,后者进入三羧酸循环被完全降解成水、二氧化碳并释放出能量。乙酰辅酶A也能在肝脏中缩合形成乙酰乙酸,β-羟丁酸和丙酮。这类称为酮体的小分子能源物质,再经血液送至其他组织中去利用。当动物摄食大量糖类后,过量的糖类大部分在脂肪组织内转变成甘油三酯,贮存在脂肪组织内。此外,很多氨基酸能转变成乙酰辅酶A,并合成甘油三酯贮存起来。反刍动物瘤胃微生物发酵产生的挥发性脂肪酸,被吸收后也是体内合成脂肪的原料。脂肪代谢也受激素的调节,胰岛素缺乏时引起葡萄糖利用降低,脂肪合成减少,分解加强;糖皮质激素、促肾上腺皮质激素、生长素、甲状腺素、肾上腺素和去甲肾上腺素均可加强脂肪的动员。

    糖代谢 糖类即碳水化合物,广泛存在于生物界,它是组织细胞的构成成分,是主要的供能物质。食物中的糖类(包括纤维素)经动物胃肠道中消化酶或经微生物作用后,形成单糖和挥发性脂肪酸,被机体吸收进入血液。经门静脉进入肝脏后,一部分转变为糖元贮存起来,此过程称为糖元合成。其余的直接或转变为葡萄糖后补充血糖,正常动物的血糖浓度是相对恒定的,如母马为74~89mg%,乳牛35~55mg%,山羊45~60mg%。血糖的主要去路是在各组织器官中氧化供能,也可合成糖元贮存或转变成脂肪、糖的衍生物及某些氨基酸等。当血糖浓度降低时,体内糖元贮存即行分解,生成葡萄糖予以补充,称为糖元分解。在组织器官中糖的分解代谢主要有三条途径:①在无氧条件下,葡萄糖(或糖元)通过一系列酶促反应分解成乳酸,并释放能量,这称为糖酵解作用,或称糖的无氧分解,虽然它产能不多,但仍有重要的生理意义。如激烈运动所需能量大增,糖的分解加快,造成氧供应不足,这时肌肉活动就需依靠糖酵解供能。成熟红细胞因缺乏完整的有氧氧化体系,而靠糖酵解和磷酸戊糖途径供能。②在动物体内氧的供应充足时,葡萄糖或糖元通过一系列复杂的生化反应,直至生成丙酮酸,丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A进入三羧酸循环,彻底氧化为二氧化碳和水,放出大量能量,这个过程称为糖的有氧氧化。大部分组织器官都以有氧氧化为主提供能量。③磷酸戊糖途径也是一条重要的供能途径,它存在于肝、乳腺、脂肪组织、睾丸和肾上腺皮质等组织,通过这一途径在肝内葡萄糖降解可达30%,在脂肪细胞和乳腺内可能更多。

    在动物体内糖类还可由非糖物质转化而来,称为糖异生作用。这些非糖物质主要是生糖氨基酸、乳酸、丙酮酸及甘油。糖异生作用的主要途径是循糖酵解途径逆行的。正常条件下,肝脏是糖异生的主要器官,在饥饿时肾脏也可成为糖异生的重要部位。糖代谢受激素的影响和调节,参与糖代谢调节的激素有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素和生长素等。除胰岛素有降低血糖水平作用外,其他激素均可提高血糖水平。交感神经通过内脏神经—肾上腺髓质的途径,产生高血糖效应,副交感神经可通过迷走神经—胰岛的途径,产生低血糖效应。同时,高级中枢可通过下丘脑—腺垂体的途径,调节有关内分泌腺活动,影响糖的代谢。

【参考书目】:

    Melvin J.Swen son(Ed)Dukes’ Physiology of Domestic Animals,10th ed.,Comstock Publishing Associates,Cornell University Press,1984

    沈同、王镜岩、赵邦梯主编:《生物化学》,高等教育出版社,北京,1987。齐顺章主编:《动物生物化学》,农业出版社,北京,1987。

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