異化作用

異化作用

異化作用（Catabolism）是指生物體將複雜的有機物質分解為簡單小分子的過程，屬於新陳代謝的兩大組成部分之一。這個過程會釋放能量，為生物體的生命活動提供動力。異化作用與同化作用（Anabolism）共同構成了生物體的新陳代謝系統。

1. 分解代謝：將大分子（如蛋白質、脂肪、多糖）分解為小分子（如氨基酸、脂肪酸、單糖）

2. 能量釋放：在分解過程中釋放化學能，部分以ATP形式儲存

3. 產生廢物：代謝過程會產生二氧化碳、水、尿素等廢物

4. 氧化反應：多數異化作用涉及氧化過程，需要氧氣參與（有氧呼吸）

有氧呼吸

• 在氧氣參與下徹底分解有機物

• 主要場所：真核生物的線粒體

• 最終產物：二氧化碳、水及大量ATP（約36-38個/葡萄糖分子）

• 包括三階段：糖酵解→檸檬酸循環→電子傳遞鏈

無氧呼吸

• 在無氧條件下進行不完全分解

• 產物包括乳酸或乙醇等

• 能量產率低（僅2個ATP/葡萄糖分子）

• 常見於肌肉劇烈運動時或某些微生物

發酵作用

• 特殊的無氧代謝途徑

• 不涉及電子傳遞鏈

• 常見類型：乳酸發酵、酒精發酵

糖類分解

1. 糖酵解（細胞質中）

   • 葡萄糖→2丙酮酸+2ATP+2NADH

2. 丙酮酸氧化（線粒體中）

   • 形成乙酰輔酶A，進入檸檬酸循環

脂肪分解

1. 脂肪酶分解三酸甘油酯→甘油+脂肪酸

2. β-氧化分解脂肪酸→乙酰輔酶A

蛋白質分解

1. 蛋白酶將蛋白質分解為氨基酸

2. 氨基酸脫氨後進入檸檬酸循環

1. 能量供應：為生物體提供約95%的能量需求

2. 物質循環：分解產物可重新參與合成代謝

3. 體溫維持：釋放的能量部分轉化為熱能

4. 廢物排泄：清除體內多餘或有害物質

1. 激素調節：

   • 腎上腺素、胰高血糖素促進異化

   • 胰島素抑制異化作用

2. 酶活性調節：

   • 關鍵酶如磷酸果糖激酶受ATP/ADP比例調控

3. 神經調節：

   • 交感神經興奮促進異化

   • 副交感神經興奮抑制異化

1. 代謝疾病：

   • 糖尿病患者的異常糖異化

   • 甲亢患者的異化作用亢進

2. 運動生理：

   • 耐力訓練提高有氧異化效率

   • 爆發力訓練增強無氧異化能力

3. 衰老過程：

   • 隨年齡增長異化作用逐漸佔優勢

   • 導致肌肉流失等衰老現象

1. 發現新的異化途徑如乙醛酸循環

2. 表觀遺傳調控異化作用的研究

3. 微生物特殊異化途徑的工業應用

4. 癌症細胞異常代謝的特徵研究

1. 食品工業：利用發酵作用生產酒類、酸奶等

2. 廢水處理：微生物異化分解有機污染物

3. 生物能源：通過異化作用產生甲烷、氫氣

4. 醫學診斷：通過代謝產物分析疾病狀態