樹綠花香，鶯飛蝶舞，鳥鳴蟲唱……地球因生命的出現而不再荒涼。草青草枯，花開花謝，活著逝去，生命的出現讓地球從此不再平淡無奇，不再無悲無喜。我們感歎生命的力量，又詫異生命的脆弱。我們不禁會問：生命因何而存在，又因何而消逝？
19世紀下半葉，偉大哲學家恩格斯首次較為科學地定義了“生命”。他認為，生命是蛋白體的宏觀存在方式，而這種存在方式的基本要素在於能和外部自然界不斷地進行新陳代謝，一旦這種新陳代謝受阻或停止，那生命也將隨之改變或停止，並導致蛋白質的分解和消失。現在看來，恩格斯的生命定義在一定程度上揭示了生命的物質能量轉換的載體和方式，即以蛋白體為核心的新陳代謝過程。
進入20世紀以來，伴隨著自然科學迅速發展，關於生命的科學研究相繼從宏觀的個體、組織及細胞水平逐步發展到分子水平，人類對生命有了更為深刻的理解和認識。現代科學研究表明，活細胞中完全除去水分後，約有90%是蛋白質、核酸、糖、脂四類大分子。其中，以蛋白質和核酸相對含量較高。生物蛋白質約有20種基本氨基酸小分子，對核酸代謝的催化，新陳代謝的調節控製，以及高等動物的記憶、識別功能等起重要的作用。核酸是遺傳信息的主要載體，核酸控製蛋白質的合成代謝，並從根本上決定蛋白質的化學性質。可以說，蛋白質和核酸兩者互相依賴、互相作用，相互調節，進而使生命體成為一個統一體。
在生命活動過程中，物質與能量間的相互轉換，也就是新陳代謝，包括物質代謝和能量代謝，是生物維持生命活動的重要機製。生物體的各種生命活動，如生長、發育、繁殖、遺傳、變異乃至運動、思維等都是通過新陳代謝來實現的。可以說，沒有新陳代謝，就沒有生命，也沒有生命體。
4.1新陳代謝
為什麼說沒有新陳代謝就沒有生命呢？舉個例子，人體從一個受精卵開始，進行細胞分裂、組織分化，形成各種器官和係統，完成生長發育的過程；當個體成熟後又可以“製造”和自己大同小異的後代，即生物具有遺傳和變異的特性；同時，人體可以通過自身的調節機製，對外界的各種刺激發生反應，從而適應變化了的環境。所有這一切，均是在新陳代謝的基礎上完成的。
在自然界中，從低等的微生物到高等的動植物，盡管它們的形態、大小、結構千差萬別，但它們的代謝途徑都大同小異。生物在生命活動過程中，一方麵不斷地從外界環境中吸收營養物質，另一方麵又不斷地排出廢物。這種生物體與外界環境的物質交換作用，就是生物的新陳代謝。
人和動物從環境中獲取氧氣、水和食物，又把二氧化碳、水和其他廢物排泄到環境中去。綠色植物從環境中取得二氧化碳和水，並利用太陽能，通過光合作用，合成機體的糖，並放出氧氣，又從環境中取得氮、磷、鉀等鹽類，合成糖、脂類、蛋白質和核酸等。在這些過程中，不但有物質間的相互轉化，也包含了能量存儲，也屬於新陳代謝。
4.1.1分解代謝和合成代謝
生物是怎樣進行新陳代謝的呢？生物的新陳代謝可以分為分解代謝和合成代謝兩種不同方向的代謝變化。在分解代謝過程中，生物體將複雜的大分子有機物轉化成為結構簡單的小分子有機物質，並釋放能量，即生物的同化作用。與此相反，在合成代謝過程中，在生物能量的協助下，結構簡單的小分子的前體物質逐步轉化為複雜的大分子物質，即生物的異化作用。
合成代謝和分解代謝是對立矛盾的統一體，它們之間是互相聯係、互相製約、互相依存的。在每一個合成代謝過程中，常常包括許多分解反應，每一個分解過程也常常包括許多合成反應。同時，在能量合成與釋放方麵也是相互聯係、相互製約的，如能源物質（ATP）在合成反應過程中需消耗能量，所以它的合成會受到生物體能量供應體係的製約。
因此，在新陳代謝過程中，合成代謝為分解代謝提供了物質前提，使外部物質變為內部物質；同時，分解代謝為合成代謝提供了必需能量，使內部物質又能轉變為外部物質。在機體的生命過程中，合成代謝與分解代謝的主次關係也是互相轉化的，這種轉化使生物個體呈現出生長、發育和衰老等不同階段。
生物都具有特異的新陳代謝類型，其特異性取決於遺傳，環境條件也對其有一定影響。新陳代謝過程雖然複雜，但卻有共同的特點。生物體內的絕大多數代謝反應是在溫和條件下，由酶催化進行的。生物體內的各種代謝反應雖然繁多，但相互配合，有條不紊，彼此協調而有嚴格的順序，而且生物體對內外環境條件有高度的適應性和靈敏的自動調節性。新陳代謝實質上就是錯綜複雜的化學反應互相配合，彼此協調，對周圍環境高度適應而形成的一個有規律的總過程。
4.1.2新陳代謝的類型
在長期的生物進化過程中，不同種類的生物都形成了自己特有的新陳代謝方式。根據不同的作用類型，可以有以下兩種劃分方式。
（1）以是否利用無機物分類
根據生物體在同化作用過程中能不能利用無機物製造有機物，新陳代謝可以分為自養型和異養型兩種。
1）自養型。自養型生物如綠色植物能直接從外界環境攝取無機物，通過光合作用，將無機物製造成複雜的有機物，並且儲存能量，來維持自身生命活動的進行。
綠色植物能通過光合作用把吸收來的水、二氧化碳和無機鹽類生產出碳水化合物，進一步將其合成為脂肪和蛋白質等，不需要消耗現成的有機物來維持自身生命活動的進行。此外，還有一些細菌俗稱化能合成細菌，雖然不能進行光合作用，但是可以通過某些物質在體內發生化學變化時產生的能量將無機物合成為有機物，並且依靠這些有機物氧化分解時所釋放出的能量來維持自身的生命活動。例如，硝化細菌能將氨（NH3）氧化成亞硝酸和硝酸，利用這一氧化過程中釋放出來的能量把二氧化碳和水合成為有機物。
總之，自養型生物體在同化作用的過程中，能夠把從外界環境中攝取的無機物轉變成為自身的組成物質，並且儲存能量。
2）異養型。異養型生物如人和動物不能像綠色植物那樣進行光合作用，也不能像硝化細菌那樣進行化能合成作用，隻能依靠攝取外界環境中現成的有機物來維持自身的生命活動。土壤中的小型無脊椎動物如線蟲、蚯蚓等將植物殘體粉碎，起著加速有機物在微生物作用下分解和轉化的作用。此外，這些土壤動物也能夠在體內進行分解，將有機物轉化成無機鹽類，供植物再次吸收、利用。
此外，營腐生或寄生生活的真菌和大多數細菌，它們的新陳代謝類型也屬於異養型。總之，異養型生物體在同化作用的過程中，把從外界環境中攝取的現成的有機物轉變成為自身的組成物質，並且儲存能量。
（2）以對氧的需求情況分類
根據生物體在異化作用過程中對氧的需求情況，新陳代謝可以分為需氧型、厭氧型和兼性厭氧型三種。
1）需氧型。絕大多數的需氧型動物和植物都需要生活在氧充足的環境中。它們在異化作用的過程中，必須不斷地從外界環境中攝取氧來分解體內的有機物，釋放能量，以便維持自身各項生命活動的進行。這種新陳代謝類型叫作需氧型，也叫有氧呼吸型。
2）厭氧型。厭氧型的生物有乳酸菌和寄生在動物體內的寄生蟲等，它們在缺氧的條件下，仍能夠將體內的有機物氧化，從中獲得維持自身生命活動所需要的能量。這種新陳代謝類型叫作厭氧型，也叫無氧呼吸型。
3）兼性厭氧型。在有氧和無氧環境中皆能正常生長的兼性厭氧型微生物，包括腸道細菌，人及許多動物的致病菌、酵母菌及一些絲狀真菌等，若有氧，就通過氧化磷酸化途徑獲取能量；若無氧，菌體的細胞色素和其他呼吸係統組分減少或失去，通過發酵途徑獲得能量。
例如，兼性厭氧型生物——酵母菌，是單細胞真菌，通常分布在含糖量較高和偏酸性的環境中，如蔬菜、水果的表麵和菜園、果園的土壤中。酵母菌在有氧的條件下，將糖類物質分解成二氧化碳和水；在缺氧的條件下，將糖類物質分解成二氧化碳和酒精。人類了解了酵母菌的這個本事，把它應用在生活生產中，除了熟知的釀酒、發麵外，還能用於生產有機酸、提取多種酶等。
4.1.3新陳代謝的場所
在新陳代謝過程中，細胞中的多種物質主要發生著合成和分解兩個方向的變化，而這些變化不是一步就能夠完成的。因此，生物體內的生物化學反應數量可想而知，那麼，這樣大量的反應如何在微小的細胞中有序地進行呢？這主要是由於細胞（特別是真核細胞）內含有由膜包圍的各種細胞器，將細胞物質隔離分室。細胞的這種高度分室化的結構，能夠使各類代謝反應在特定的場所中進行。
物質種類合成代謝方式反應場所反應場所光合作用葉綠體胞質糖類糖原合成胞質線粒體糖異生胞質胞質微體脂質脂肪酸合成胞質胞質（活化）、線粒體蛋白質膜蛋白和分泌蛋白核糖體（粗麵內質網上的）線粒體細胞內含有的蛋白質核糖體（遊離在細胞質中的）肝細胞線粒體、胞質核酸嘌呤、嘧啶合成肝的胞質為主胞質複製、轉錄細胞核、線粒體、葉綠體胞質細胞結構的高度分室化，限定了各類代謝途徑在一定區域內進行，使整個新陳代謝過程具有以下的優點：
（1）有利於對代謝反應的調控
代謝調控主要在四種不同水平上進行，即酶水平、細胞水平、激素水平和神經水平。這些調控方式均與細胞結構的隔離分室化密切相關。
例如，細胞內調控主要通過酶和底物實現。細胞結構的分室化，使酶和底物形成了不同的區域定位，令代謝途徑區域化，從而有利於代謝的調節。某些調節因素可以專一性調節細胞中的某種酶活性，影響該酶催化的代謝反應，但是卻不會影響到其他的代謝途徑。例如，鈣離子從肌細胞線粒體中出來，可以促進胞質中的糖原分解，進入線粒體則有利於糖原合成。
（2）防止細胞內發生錯誤的代謝反應
細胞結構分室化，使細胞內的反應限定在一定的時間和空間，避免了因為錯誤反應而發生代謝紊亂。
例如，溶酶體內的水解酶是被溶酶體限定的，而且依靠溶酶體膜上質子泵的作用，使溶酶體內的pH值小於5，低於胞質溶膠中的pH值（約等於7）。這樣，如果溶酶體偶然發生滲漏，其內含有的酶進入胞質溶膠後就會失去活性，可避免對細胞質內結構的破壞。因此溶酶體內部的酶隻能在其內部發生作用，降解通過胞吞作用進入其內部的複雜分子和自身完成代謝使命的物質等。
（3）避免無效反應的發生
在大多數生物細胞中，同時存在分解和合成各類生物大分子的酶，但如果分解和合成反應同時進行，就有可能會產生無效反應而造成浪費。而細胞將催化分解和合成反應的酶分隔到不同區域，就避免了因無效反應造成的物質或能量的浪費。