异化作用和能量

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异化作用和能量之间的区别

异化作用 vs. 能量

异化作用（Catabolism）是生物的新陈代谢途径，将分子分解成更小的单位，并被氧化释放能量的过程，或用于其他合成代谢反应释放能量的过程。 异化作用将大分子（例如多糖、脂类、核酸和蛋白质）分解成更小的单元（例如分别为单糖、脂肪酸、核苷酸和氨基酸）。 细胞使用从分解聚合物释放的单体来构建新的聚合物分子，或进一步将单体降解为简单的废物产物，释放能量。 细胞废物包括乳酸、乙酸、二氧化碳、氨和尿素。 呼吸作用是异化作用中重要的过程。根据生物的呼吸作用是否需要氧气，可将生物分为需氧生物、厌氧生物和兼性生物。 异化作用的实质是生物体内的大分子，包括蛋白质、脂类和糖类被氧化并在氧化过程中放出能量。能量中的部分为ADP转化为ATP的反应吸收，并由ATP作为储能物质供其他需要。 有氧的异化作用中，糖、脂类、蛋白质等变为含羧基的化合物并进行了脱羧的酶促反应，生成二氧化碳；而氢则由脱氢酶激活在线粒体内经过呼吸链的传递将底物还原逐步释放能量，自身被氧化生成水。 无氧的异化作用缺乏氧这一氧化剂，不能完全将大分子分解，释放出其中的能量。. 在物理學中，能量（古希臘語中 ἐνέργεια energeia 意指「活動、操作」）是一個間接觀察到的物理量。它往往被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。由於功被定義為力作用一段距離，因此能量總是等同於沿著一定的長度阻擋某作用力的能力。 一個物體所含的總能量奠基於其質量，能量如同質量一般，不會無中生有或無故消失。能量就像質量一樣，是一個純量。在國際單位制（SI）中，能量的單位是焦耳，但是在有些領域中會習慣使用其他單位如千瓦·時和千卡，這些也是功的單位。 A系統可以藉由簡單的物質轉移將能量傳輸到B系統（因為物質的質量等效於能量）。然而，如果能量不是藉由物質轉移而傳輸能量，而是由其他方法轉移能量，將會使B系統產生變化，因為A系統對B系統作了功。這功表現的效果如同於一個力沿一定的距離作用在接收能量的系統裡。舉例來說，A系統可以藉由轉移（輻射）電磁能量到B系統，而這會在吸收輻射能量的粒子上產生力。同樣的，一個系統可能藉由碰撞轉移能量，而這種情況下被碰撞的物體會在一段距離內受力並獲得運動的能量，稱為動能。熱可以藉由輻射能轉移，或者直接藉由系統間粒子的碰撞而以微觀粒子之動能的形式傳遞。 能量可以不表現為物質、動能或是電磁能的方式儲存在一個系統中。當粒子在與其有交互作用的力場中受外力移動一段距離，此粒子移動到這個場的新位置所需的能量便如此的被儲存了。當然粒子必須藉由外力才能保持在新位置上，否則其所處在的場會藉由釋放儲存能量的方式，讓粒子回到原來的狀態。這種藉由粒子在力場中改變位置而儲存的能量就稱為位能。一個簡單的例子就是在重力場中往上提升一個物體到某一高度所需要做的功就是位能。 任何形式的能量可以轉換成另一種形式。舉例來說，當物體在力場中，因力場作用而移動時，位能可以轉化成動能。當能量是屬於非熱能的形式時，它轉化成其他種類能量的效率可以很高甚至達百分之百，如沿光滑斜面下滑的物體，或者新物質粒子的產生。然而如果以熱能的形式存在，則在轉換成另一種型態時，就如同熱力學第二定律所描述的，總會有轉換效率的限制。 在所有能量轉換的過程中，總能量保持不變，原因在於總系統的能量是在各系統間做轉移，當某個系統損失能量，必定會有另一個系統得到這損失的能量，導致失去和獲得達成平衡，所以總能量不改變。這個能量守恆定律，是十九世紀初時提出，並應用於任何一個孤立系統。(其後雖有質能轉換方程式的發現，但根據該方程式，亦可以把質量視為能量的另一存在形式，所以此定律可說依舊成立)根據諾特定理，能量守恆是由於物理定律不會隨時間改變而得到的自然結果。 雖然一個系統的總能量，不會隨著時間改變，但其能量的值，可能會因為參考系而有所不同。例如一個坐在飛機裡的乘客，相對於飛機其動能為零；但是相對於地球來說，動能卻不為零。.

呼吸作用

呼吸作用，又称為细胞呼吸（Cellular respiration），是生物体细胞把有机物氧化分解並转化能量的化學过程，也稱為釋放作用。无论是否自养，细胞内完成生命活动所需的能量，都是来自呼吸作用。真核細胞中，粒線體是與呼吸作用最有關聯的胞器，呼吸作用的幾個關鍵性步驟都在其中進行。 呼吸作用是一種酶促氧化反应。雖名為氧化反應，不論有否氧气参与，都可称作呼吸作用（這是因為在化學上，有電子轉移的反應過程，皆可稱為氧化）。有氧气参与時的呼吸作用，稱之為有氧呼吸；没氧气参与的反應，則称为无氧呼吸。 呼吸作用的目的，是透過釋放食物裡之能量，以製造三磷酸腺苷，即細胞最主要的直接能量供應者。呼吸作用的氢與氧的燃燒，但兩者間最大分別是：呼吸作用透過一連串的反應步驟，一般的一次性釋放。在呼吸作用中，三大营养物质：碳水化合物、蛋白质和脂質的基本组成单位──葡萄糖、氨基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透過數個步驟，将能量转移到还原性氢（化合价为0的氢）中。最後經過一連串的電子傳遞鏈，氢被氧化生成水；原本貯存在其中的能量，則转移到ATP分子上，供生命活动使用。.

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蛋白质

蛋白质（protein，旧称“朊”）是大型生物分子，或高分子，它由一个或多个由氨基酸残基组成的长链条组成。氨基酸分子呈线性排列，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种“标准”氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被改變原子的排序而发生化学结构的变化，从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以一起，往往是通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物，发挥某一特定功能。 与其他生物大分子（如多糖和核酸）一样，蛋白质是地球上生物体中的必要组成成分，参与了细胞生命活动的每一个进程。酶是最常见的一类蛋白质，它们催化生物化学反应，尤其对于生物体的代谢至关重要。除了酶之外，还有许多结构性或机械性蛋白质，如肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白，以及细胞骨架中的微管蛋白（参与形成细胞内的支撑网络以维持细胞外形）。另外一些蛋白质则参与细胞信号传导、免疫反应、细胞黏附和细胞周期调控等。同时，蛋白质也是动物饮食中必需的营养物质，这是因为动物自身无法合成所有氨基酸，动物需要和必须从食物中获取必需氨基酸。通过消化过程将蛋白质降解为自由氨基酸，动物就可以将它们用于自身的代谢。.

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氧化

氧化又被称为氧化作用、氧化反应。是还原剂（被氧化物）与氧化剂（被还原物）之间的氧化数升降。还原剂的氧化数上升（失去电子），氧化剂的氧化数下降（获得电子）。 一般物质与氧气发生氧化时放热，个别可能吸热，如氮气与氧气的反应。电化学中阳极发生氧化，阴极发生还原。.

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氧气

氧气（Oxygen, Dioxygen，分子式O2）是氧元素最常见的单质形态，在空气中按体积分数算大约占21%，在标准状况下是气体，不易溶于水，密度比空气略大，氧气的密度是1.429g/L 。不可燃，可助燃。.

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