化學反應與能量－wanjung1222的部落格

2.1 化學反應與能量：

人體的活動需要能量供應，其他所有生物亦復如此。人們即便在睡眠中，仍要消耗能量以維持心臟的搏動以及呼吸運動等，這些能量，係來自所攝入的食物。至於被食的動物或植物，其能量則直接或間接的來自太陽輻射能。太陽能如何由植物將之轉變為儲於食物中的化學能?細胞又如何將食物中的能量釋放出來?凡此皆與細胞的兩大主要機能：光合作用與呼吸作用有關。生物界中，凡是能將無機物合成為有機物者，稱為自營生物(autotroph)。不能自行合成有機物必須直接或間接以有機物為食者，稱為異營生物

(heterotroph)。

任何物質都或多或少含有能量，當一種物質經由化學反應變為另一種物質時，通常也隨之而發生能量的變化。依照能量的改變狀況，可將細胞內的化學變化分為兩類：放能反應與吸能反應。

放能反應(exergonic)是在反應過程中，由高能量物質轉變為低能量物質，此時有能量釋放出來。放能反應通常屬於氧化作用，即反應物與氧化合，亦即物質被除去氫原子或電子者。例如：生物細胞的呼吸作用為放能反應。

吸能反應(endergonic)則恰好相反，是低能量物質在反應過程中加入能量，轉變為高能量物質。吸能反應常為還原作用，即反應物中的氧原子被除去，亦即加入氫原子或電子。例如：生物細胞的光合作用為吸能反應。

C₆H₁₂O₆ 十 6O₂ → 6C0₂ 十 6H₂O 十能量 (放能反應) 6C O ₂+6H₂O 十能量→ C₆H₁₂O₆ 十 6O₂ (吸能反應)

生物體內，放能反應提供吸能反應所需之能量，為連繫此等反應，生物發展出一反應過程是謂能量聯結(偶聯機轉；energy coupling)。

放能反應釋出能量

↓

一部份能量為能量轉移(聯結)化合物所捕取

↓

能量轉移化合物將所捕取之能量贈予吸能反應

2.2 代謝

生物體內，透過千萬種不同的化學反應而互換能量，所有這些化學反應，合稱代謝(metabolism)。某些化學反應，可以依序將之一步步串連起來，此一系列的反應，稱為反應途徑(pathway)。每一途徑可能包含十多個或更多連續的反應步驟。

許多生物的反應途徑常有一致性，例如植物細胞都會消耗能量以製造細胞壁，但動物細胞內則無此反應。又如動物的紅血球能合成血紅素，但動物體的其他細胞則不會產生血紅素。由此可知，細胞或生物間的差異，不僅表現於形態方面，也涉及生化方面。值得驚奇的是許多差異很大的生物，他們有些代謝情形卻十分相似，例如人、水母、榕樹及蕈等，他們的某些反應途徑如：呼吸作用、糖分解等許多代謝途徑十分相似，而且幾乎在所有的生物皆一樣。

細胞內的代謝反應中，有的是消耗能量以合成各種各樣的分子,這些涉及合成物質的化學反應，稱為合成代謝(anabolism)，亦稱同化作用。細胞亦常分解物質以取得能量，這類反應稱為分解代謝(catabolism)，亦稱異化作用。

分解代謝的目的有二:

(1) 釋出能量供合成代謝或其他活動所需。

(2) 供應合成代謝所需的原料。

生物不但可以進行眾多的化學反應，而且大部分的反應都在小小的細胞內進行。許多不同的反應可以在細胞內分別同時進行前互不干擾。這是由於細胞質的結構高度專化，含有粒線體、內質網及其他許多由膜構成的胞器，將細胞質分隔為許多不同的部位，這種情形猶如隔成許多工作間，不同的化學反應，乃停在不同的工作間中進行。至於細胞內這些複雜的化學工作如何得以完成，則需要靠酵素(酶)之催化作用。