南京大学 普通生物学课件细胞代谢优质PPT.ppt

1、高处物体；化学能：一种势能 生物体内最重要能量形式 电子：带负电荷，具势能；细胞中分子：原子排列 势能；,8,4.1.2 热力学定律 能量可从一种形式转变为另一种形式，生命活动依赖于能量的转变。热力学定律：第一定律：即：能量守恒定律。宇宙中总能量不变；能量不能创造、消灭，只能形式转变。第二定律：能量转变导致宇宙的无序性增加。,9,根据热力学第二定律推论 一个特定体系的有序性 其环境的无序性 生物体是开放体系 生物体不断与环境进行 物质、能量交换；,10,细胞：利用有序性低的原料 制造高度有序的结构 氨基酸 特定序列的多肽；多种大分子 结构复杂的膜系统；生长中的生物体或细胞 是熵值不断减少的独立

2、体系；生存于熵值不断增加的宇宙之中；（外界环境之中）,11,12,4.1.3 吸能反应和放能反应化学反应：放能、吸能反应两大类。吸能反应：产物分子中的势能反应物分子中的势能多。吸收的能量=产物分子势能 反应物分子势能；吸收周围物质的能量 贮存于产物分子中；,13,光合作用 生物界最重要的吸能反应；反应物：低能量的CO2、H2O；产物：高能量的糖；能量来源：太阳光（光能）,14,放能反应：产物分子中的化学能 反应物分子中的化学能。释放的能量=反应物分子中势能 产物分子中势能；细胞呼吸产生能量，大部分以ATP的形式 贮藏，供细胞各种活动所需。,15,4.1.4 ATP是细胞中的能量通货,ATP的结

3、构,16,ATP是各种活细胞内的一种高能磷酸化合物,ATP的结构简式：,17,ATP循环：通过ATP的合成和水解使放能反应 所释放的能量用于吸能反应的过程。,18,4.2.1 酶降低反应的活化能酶：生物催化剂，2000 多种;非细胞条件下也能发挥作用。酶催化作用的原因：降低反应活化能，加速化学反应进行。,4.2 酶,19,酶的活性部位：球蛋白表面的小凹或沟状部分。其精确结构决定酶的特异性。,酶促反应的作用机制,20,酶促反应的特点：（1）高效性：提高速度 1061012 倍（2）特异性或专一性（3）可调节性（4）不稳定性,21,4.2.2 多种因素影响酶的活性多种环境因素影响：温度；pH 盐浓

4、度；非蛋白辅因子：无机物（铁、铜、镁离子）有机物（又称辅酶）抑制剂,22,辅酶 传递 辅酶 I（NAD+）H原子（电子）辅酶 II（NADP+）H原子（电子）黄素单核苷酸（FMN）H原子（电子）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）H原子（电子）辅酶Q（CoQ）H原子（电子）辅酶A（CoA）酰基 生物素（biotin）羧基,23,酶抑制剂：停止或减慢酶作用。竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂两类。竞争性抑制剂：与底物分子构象相似，竞争酶 活性部位，酶不能与底物结合，降低酶活性。非竞争性抑制剂：结构与底物不同，与酶的 其它部位结合，酶分子形状变化，活性部位不再与底物结合，抑制酶活性。,24,抑制剂的作用 可逆

5、或 不可逆。竞争性抑制剂的作用可逆；不可逆抑制剂：与酶分子结合，使之永久 失活，甚至使酶分子受到破坏。杀虫剂：有机磷杀虫剂抑制乙酰胆碱脂酶，抗菌素：青霉素抑制细菌转肽酶。,25,26,4.2.3 核酶,核酶：RNA生物催化剂种类：催化分子内反应 RNA的一段在该分子内改换位置，此RNA分子既是底物又是催化剂（即核酶）。催化分子间反应 催化别的分子反应，RNA核酶分子本身无变化，如催化促进线粒体内DNA复制的反应。,27,4.3 细胞呼吸,4.3.1 细胞呼吸引论细胞呼吸：细胞在有氧条件下从食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的过程。常温进行，能量 贮存ATP中;有控制的氧化还原作用,28,所有细

6、胞都必须通过氧化有机物释放能量，供生命活动之需。葡萄糖的氧化分解：C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能细胞内呼吸作用分为3个阶段：1）糖酵解；2）柠檬酸循环；3）电子传递链,29,“嫦娥二号”发射升空瞬间,30,4.3.2 糖酵解一系列反应，细胞质中，不需氧。总反应：葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O底物水平磷酸化：底物上的高能磷酸键转移到ADP，生成ATP的磷酸化。,31,32,丙酮酸氧化脱羧丙酮酸 扩散 进入线粒体，继续氧化。丙酮酸氧化脱羧，与辅酶A结合成活化的乙酰辅酶A（乙酰CoA），进入三羧酸循环。释放1分子CO2，生成1分子N

7、ADH。丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环在线粒体基质中进行。,33,4.3.3 柠檬酸循环又称三羧酸循环或Krebs循环。琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜，其余在线粒体基质中。1分子葡萄糖在柠檬酸循环中产生4个CO2分子，6个NADH分子，2个FADH2分子和2个ATP分子。各种细胞的呼吸作用都有柠檬酸循环；柠檬酸循环是最经济和最有效率的氧化系统。,34,35,4.3.4 电子传递链和氧化磷酸化NADH、FADH2中的能通过电子传递链释放并转移到ATP中。电子传递链：存在于线粒体内膜上的一系列电子传递体。糖酵解、柠檬酸循环产生的NADH和FADH2中的高能电子，沿着呼吸链上各电子传递体的氧化还原反应而从高

8、能水平向低能水平顺序传递，最后到达分子氧。,36,细胞呼吸中的电子传递链,37,氧化磷酸化：电子传递过程中高能电子释放的能，通过磷酸化被储存到ATP中。这里发生的磷酸化作用和氧化过程的电子传递紧密相关，称氧化磷酸化。化学渗透学说：1961 英 Mitchell提出，解释氧化磷酸化的作用机制。,38,电子传递体和蛋白质复合体,39,化学渗透学说,40,呼吸作用产生的ATP统计1分子葡萄糖经过呼吸作用产生的ATP统计：,41,糖酵解产生的2分子NADH不能在细胞质中进行氧化磷酸化，因为：氧化磷酸化只能在线粒体中通过电子传递链进行；NADH不能透过线粒体膜。实际通过磷酸甘油环路或苹果酸天冬氨酸环路进

9、行。,42,磷酸甘油环路NADH本身不进入线粒体，它的电子由3-磷酸甘油带入线粒体。3-磷酸甘油穿膜运输2个电子，消耗1分子ATP，因此，1个NADH实际上只形成1.5分子ATP。,43,苹果酸天冬氨酸环路NADH的电子由苹果酸带入线粒体，苹果酸释放电子成草酰乙酸，草酰乙酸再转变成天冬氨酸穿过线粒体膜进入细胞质；细胞质中天冬氨酸再经草酰乙酸转变成苹果酸，进入下一轮循环。此过程NADH的电子运输不耗能，1个NADH形成2.5分子ATP。,44,4.3.5 发酵作用无氧呼吸：细菌等利用无机物代替氧作为最终的电子受体进行呼吸。发酵：厌氧细菌和酵母菌在无氧条件下获取能量的过程。（1）酒精发酵：葡萄糖经

10、糖酵解成丙酮酸，丙酮酸脱羧，放出CO2而成乙醛，乙醛接受H还原成酒精。,45,46,（2）乳酸发酵：某些微生物（乳酸菌）、高等动物（人）葡萄糖酵解产生的丙酮酸不经过脱羧，直接接受H还原成乳酸。无氧呼吸的效率远比有氧呼吸低（1/20），但可作为O2供应不及时的应急措施。,47,48,4.3.6 各种分子的分解和合成氨基酸、脂肪酸的氧化，都首先转化为某种中间代谢物，再进入糖酵解或柠檬羧酸循环。氨基酸氧化：先脱氨，再进入呼吸代谢途径。脂肪酸氧化：转化为乙酰CoA，再进入柠檬酸循环。甘油：转变为磷酸甘油醛，进入糖酵解过程。,49,50,51,能的利用细胞呼吸作用释放的能用于细胞的各种生命活动：（1）细

11、胞生长、分裂时合成物质；（2）恒温动物维持体温；（3）细胞主动运输；（4）动物机械活动；（5）萤火虫发光、电鳗放电等*能都由ATP的化学键能转变而来。,52,光合作用：绿色自养植物将光能转换为有机分子的化学能的过程。光合作用为异养生物提供食物和氧气，是地球上绝大多数生物赖以生存的基础。,4.4 光合作用,53,4.4.1 光合作用引论1.光合作用的发现柳树实验：17世纪van Helmont将2.3 kg的小柳树种在90.8 kg干土中，雨水浇5年后，小柳树重76.7kg，而土仅减少57 g。由此，他认为植物从水中取得所需的物质。Joseph Priestley（1772）：密闭容器、小鼠、薄

12、荷；Jan Ingenhousz（1779）：植物净化空气依赖光照；J.Senebier（1782）：植物照光吸收CO2，释放O2;N.T.De Saussure（1804）:水参与光合作用；j.Sachs（1864）：光合作用产生葡萄糖。光6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 绿色细胞,54,希尔反应：1937，R.Hill用离体叶绿体培养证明，光合作用放出的O2，来自H2O。40年代初，用18O同位素示踪，更进一步证明光合作用放出的O2，来自H2O。光合作用通式：6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2,55,2.光合作用概述光合作用是地球上最重要的化学过程，为地球上绝

13、大多数的生物提供食物。自养生物：能进行光合作用的生物是自养生物。异养生物：依靠光合作用产物生活的生物是异养生物。光合作用是吸能反应，利用太阳光能把CO2转变为糖，并将能量贮存在糖分子内。,56,光合作用分两个阶段：光反应：将光能变成化学能并产生氧气。在叶绿体类囊体膜中，发生水的光解、O2的释放、ATP及NADPH的生成，需要光。碳反应：在叶绿体基质中，利用光反应形成的ATP和NADPH，将CO2还原为糖，不需光直接参与，但也必须在光下进行。,57,58,4.4.2 光反应 1.叶绿素对光的吸收在高等植物中，光合色素位于类囊体膜中。作用：吸收日光。吸收光谱：光合色素对不同波长光的吸收率。吸收高峰

14、在红光区、蓝光区，绿光被大量反射或透射过叶片，故植物叶片显示为绿色。,59,德国科学家恩吉尔曼（C.Engelmann）实验：研究光合作用的作用光谱，水绵，好氧细菌，棱镜，显微镜，得出在红光区和蓝光区光合作用最强。,60,主要作用的色素是叶绿素叶绿素a、叶绿素b，叶绿体中还有类胡萝卜素胡萝卜素、叶黄素。直接参与光合作用的色素只有叶绿素a；叶绿素b和类胡萝卜素吸收的光传递给叶绿 素a后才能被光合作用利用，称为辅助色素。色素吸收光的实质是色素分子中的一个电子得到 光子中的能量，从基态进入激发态，成为激发电子。,61,2.光系统光系统：叶绿体中的光合色素有规律地组成的许多特殊的功能单位。每一系统包含

15、250-400个叶绿素和其他色素分子。反应中心：光系统中12个高度特化的叶绿素a分子，在红光区的吸收高峰略远于一般叶绿素a分子。天线色素：光系统中作用中心以外的所有各种色素分子。作用将吸收的光能传递给作用中心的叶绿素a分子。,62,63,叶绿体中有两种光系统：PS I：反应中心叶绿素吸收高峰在700 nm，称P700PS II：P680为反应中心。2个光系统之间有电子传递链相连接。,64,3.光合电子传递链,65,两光合作用系统间的协同作用,66,光合磷酸化：光合作用中，质子穿过类囊体膜上的ATP合成酶复合体上的管道从类囊体腔流向叶绿体基质，同时将能量通过磷酸化而贮存在ATP中，这一磷酸化过程在光合作用过程中发生，称为光合磷酸化。,67,氧化磷酸化、光合磷酸化比较,68,光合磷酸化与氧化磷酸化的异同,69,非环式光合磷酸化 PS I、PS II 2个系