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“物质循环系统”在所有细胞生物内普遍存在,可见其对生物的重要性。例如,由糖酵解途径和糖异生途径组成的“物质循环系统”(图1)。在糖酵解途径中,高能化合物葡萄糖经一系列的氧化分解过程,最终生成能量相对较低的丙酮酸,同时将价键断裂释放出的能量储存于ATP、NADH等“能量可用系统”中。在糖异生途径中,丙酮酸经一系列的酶促反应,利用储存在ATP、GTP等“能量可用系统”中的能量转变成葡萄糖。
图1 向下的箭头表示糖酵解途径中的化学反应,向上的箭头表示糖异生途径中的化学反应,绿色箭头表示只在糖酵解途径中的化学反应,棕黄色箭头表示只在糖异生途径中的化学反应,黑色箭头表示两个途径都有的化学反应,属于可逆反应。
当细胞所在环境中的葡萄糖含量充足时,即环境中的能量高于体系(细胞)中的能量,细胞中的糖酵解途径被激活;如果细胞所在环境中的葡萄糖含量匮乏,即环境中的能量低于体系(细胞)中的能量,丙酮酸会经糖异生途径重新合成葡萄糖。
同理,脂肪酸的合成代谢和分解代谢、氨基酸的合成代谢和分解代谢、核苷酸的合成代谢和分解代谢等组合而成的系统,均属于“物质循环系统”。这类“物质循环系统”的合成反应部分可以仅靠体系自身的“能量可用系统”(ATP、GTP、NADH等)得以实现。(注:在《隐藏的动力:生物在自然界的价值》一书中,为了便于与“能量可用系统”相对应,“物质循环系统”用“能量生产系统”表示)。
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