大学生物学04-细胞代谢

→ 制造高度有序的结构 制造高度有序的 高度有序的结构 特定序列的多肽 多肽； ◆ 氨基酸 → 特定序列的多肽； 结构复杂的膜系统 膜系统； ◆ 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体系； 是熵值不断减少的独立体系； 生存于熵值不断增加的宇宙之中； 生存于熵值不断增加的宇宙之中； （外界环境之中） 外界环境之中）
ATP合成酶 合成酶
ATP
各项需能的 生命活动
ATP
ATP（水解）酶 （水解）
ADP + P i + 能量
Байду номын сангаас
ATP循环：通过 循环：通过ATP的合成和水解使放能反应 循环 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。 所释放的能量用于吸能反应的过程。
17
4.2 酶
4.2.1 酶降低反应的活化能
化学反应：放能、吸能反应两大类。 化学反应：放能、吸能反应两大类。 吸能反应： 吸能反应：产物分子中的势能>反应物分子中的
势能多。 势能多。
● 吸收的能量 = 产物分子势能 反应物分子势能； － 反应物分子势能； 吸收周围物质的 周围物质的能量 ● 吸收周围物质的能量 → 贮存于产物分子中； 贮存于产物分子中 于产物分子中；
生物催化剂， 多种; 酶：生物催化剂，2000 多种 ☆ 非细胞条件下也能发挥作用。 非细胞条件下也能发挥作用。
酶催化作用的原因： ☆ 酶催化作用的原因： 降低反应活化能，加速化学反应进行。 降低反应活化能，加速化学反应进行。
18
酶促反应的作用机制
•酶-底物复合物学说： 酶 底物复合物学说 底物复合物学说：
32
33
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 、 中的能通过电子传递链 电子传递链释放并转 移到ATP中。 中 移到
• 电子传递链：存在于线粒体内膜上的一系列 电子传递链：
电子传递体。 电子传递体。 • 糖酵解、柠檬酸循环产生的NADH和FADH2中的 糖酵解、柠檬酸循环产生的 和 高能电子， 高能电子，沿呼吸链上各电子传递体的氧化还原 反应从高能水平向低能水平顺序传递， 反应从高能水平向低能水平顺序传递，最后到达 分子氧。
25
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。 主要是葡萄糖）中取得能量的过程。 常温进行， 贮存ATP中; ◊ 常温进行，能量 贮存 中
◊ 有控制的氧化还原作用
26
• 所有细胞都必须通过氧化有机物释放能量， 所有细胞都必须通过氧化有机物释放能量， 供生命活动之需。 供生命活动之需。 • 葡萄糖的氧化分解： 葡萄糖的氧化分解：
● 释放的能量 = 反应物分子中势能 产物分子中势能； － 产物分子中势能； 细胞呼吸产生能量， ● 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。 形式贮藏，供细胞各种活动所需。
14
4.1.4 ATP是细胞中的能量通货 是细胞中的能量通货
ATP的结构 ATP的结构
戊糖
ATP
含氮碱基—腺嘌呤 含氮碱基 腺嘌呤 3个磷酸根 个磷酸根
解释氧化磷酸化的作用机制。 解释氧化磷酸化的作用机制。
36
电子传递体和蛋白质复合体
37
H+
ADP
电 化 学 梯 度 ATP
H+
化学渗透学说
38
呼吸作用产生的ATP统计 统计 呼吸作用产生的
1分子葡萄糖经过呼吸作用产生的 分子葡萄糖经过呼吸作用产生的ATP统计： 统计： 分子葡萄糖经过呼吸作用产生的 统计
31
4.3.3 柠檬酸循环
• 又称三羧酸循环或Krebs循环。 又称三羧酸循环或 循环。 三羧酸循环 循环 • 琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜，其余在线粒体基质 琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜， 位于线粒体内膜 中。 • 1分子葡萄糖在柠檬酸循环中产生 个CO2分子，6 分子葡萄糖在柠檬酸循环中产生4个 分子， 分子葡萄糖在柠檬酸循环中产生 分子， 个 分子和2个 分子。 个NADH分子，2个FADH2分子和 个ATP分子。 • 各种细胞的呼吸作用都有柠檬酸循环； 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。 的氧化系统。
第二定律：能量转变导致宇宙的无序性增加 第二定律：
8
根据热力学第二定律推论 ● 根据热力学第二定律推论
一个特定体系的有序性 一个特定体系的有序性↑ 有序性 → 其环境的无序性 其环境的无序性 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； 物质、能量交换；
9
细胞：利用有序性低的 有序性低的原料 ● 细胞：利用有序性低的原料
—————————————————————普通生物学• 细胞和生物大分子• 细胞代谢
第 四 章
细胞代谢
1
● 新陈代谢
生物最基本的生命活动， 生物最基本的生命活动， 最重要特征之一； 最重要特征之一；
细胞：新陈代谢的基本单位； ● 细胞：新陈代谢的基本单位；
2
● 细胞代谢
细胞从环境汲取能量、物质， 细胞从环境汲取能量、物质， 能量 在内部进行各种化学变化， 在内部进行各种化学变化， 维持自身高度复杂的有序结构， 维持自身高度复杂的有序结构， 有序结构 保证生命活动的正常进行； 保证生命活动的正常进行； 催化细胞内各种化学变化； ● 酶：催化细胞内各种化学变化；
C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能 能
• 细胞内呼吸作用分为3个阶段： 细胞内呼吸作用分为 个阶段： 个阶段
1）糖酵解； ）糖酵解； 2）柠檬酸循环； ）柠檬酸循环； 3）电子传递链 ）
27
“嫦娥二号”发射升空瞬间 嫦娥二号” 嫦娥二号
28
4.3.2 糖酵解
• 一系列反应，细胞质中，不需氧。 一系列反应，细胞质中，不需氧。 • 总反应：葡萄糖 总反应：葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+
2丙酮酸 丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O 丙酮酸
• 底物水平磷酸化：底物上的高能磷酸键转 底物水平磷酸化：
移到ADP，生成ATP的磷酸化。 ，生成 的磷酸化。 移到 的磷酸化
29
30
丙酮酸氧化脱羧
• 丙酮酸 扩散 进入线粒体，继续氧化。 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 丙酮酸氧化脱羧，与辅酶 结合成活化的 结合成活化的乙 酰辅酶A(乙酰 酰辅酶 乙酰CoA)，进入三羧酸循环。 乙酰 ，进入三羧酸循环。 • 释放 分子CO2，生成 分子 释放1分子 生成1分子 分子NADH。 分子 。 • 丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环在线粒体基质 丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环在线粒体基质 在线粒体 中进行。 中进行。
6
动能、 ● 能：动能、势能
势能：物体因位置、 ◆ 势能：物体因位置、本身排列
而具有的能量， 位能； 而具有的能量，即位能；
高处物体； ♦ 高处物体； 化学能： ♦ 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； 电子：带负电荷，具势能； 细胞中分子： 势能； 细胞中分子：原子排列 → 势能；
22
不可逆。 抑制剂的作用 可逆 或 不可逆。 • 竞争性抑制剂的作用可逆； 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 不可逆抑制剂：与酶分子结合，
失活，甚至使酶分子受到破坏。 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， 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。 抗菌素：青霉素抑制细菌转肽酶。
12
● 光合作用
生物界最重要的吸能反应； 生物界最重要的吸能反应； 反应物：低能量的 反应物：低能量的CO2、H2O； ； 产物：高能量的糖； 产物：高能量的糖； 能量来源：太阳光（光能） 能量来源：太阳光（光能）
13
●放能反应：产物分子中的化学能 放能反应：
< 反应物分子中的化学能。 反应物分子中的化学能。
10
细胞中能的转换
能的转换 化学能转换为渗透能 化学能转换为机械能 化学能转换为辐射能 化学能转换为电能 光能转换为化学能 声能转换为电能 光能转换为电能 肾 肌细胞、 肌细胞、纤毛上皮细胞 萤火虫发光器官 神经、 神经、脑、味觉 感受器 叶绿体 内耳 视网膜
11
发生部位
4.1.3 吸能反应和放能反应
E+S E-S E+P
酶的活性部位： 酶的活性部位：
球蛋白表面的小凹或沟 状部分。 状部分。其精确结构决 定酶的特异性。 定酶的特异性。
19
酶促反应的特点： 酶促反应的特点：
（1）高效性：提高速度 106~1012 倍 ）高效性： （2）特异性或专一性 （3）可调节性 （4）不稳定性 ）
20
4.2.2 多种因素影响酶的活性
•竞争性抑制剂：与底物分子构象相似，竞争酶 竞争性抑制剂：与底物分子构象相似， 竞争性抑制剂
活性部位，酶不能与底物结合，降低酶活性。 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 非竞争性抑制剂：结构与底物不同， 非竞争性抑制剂
其它部位结合，酶分子形状变化， 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。 底物结合，抑制酶活性。
7
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 能量可从一种形式转变为另一种形式， 活动依赖于能量的转变。 活动依赖于能量的转变。 • 热力学定律： 热力学定律： 第一定律： 能量守恒定律。 第一定律：即：能量守恒定律。