【南京大学 普通生物学课件】细胞代谢

与酶其它部位结合
（非活性部位）
→ 酶分子形变
→ 活性部位不能
非活性中心结合
与底物结合。
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如 ATP：是ATP合酶的催化产物， 也是ATP合酶的非竞争性抑制剂；
当 ATP 供 > 求，干扰 ATP 合酶；
♦ 负反馈：细胞代谢最主要调节机制
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● 抑制剂的作用：可逆、不可逆 ◆ 可逆的抑制剂：竞争性抑制剂 ♦ 抑制剂、酶：弱键（氢键）结合； ♦ 底物浓度 > 抑制剂浓度时 底物、酶活性部位 → 仍可结合 → 发生反应；
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② 辅因子：酶正常活动需要， 非蛋白成分；
● 无机物：铁、铜、镁离子等； ● 有机物：又称辅酶
维生素，或其衍生物； 如：维生素B6，转氨酶的辅酶；
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③ 酶的抑制剂：减慢、停止酶的作用
● 竞争性抑制剂
分子构象似底物
→ 与酶的活性
部位结合
→ 底物不能
与酶结合；
构象相似
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● 非竞争性抑制剂：结构与底物不同
4.2.3 核酶
核酶：具催化作用的RNA分子。 两类： ① 催化分子内反应
分子的一部分与另一部分反应。 如 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。
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② 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 从基因的RNA拷贝上切去不需要片 段、促进线粒体内DNA复制的反应。
—————————————————————普通生物学• 细胞和生物大分子• 细胞代谢
第四章
细胞代谢
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● 新陈代谢
生物最基本的生命活动， 最重要特征之一；
● 细胞：新陈代谢的基本单位；
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● 细胞代谢
细胞从环境汲取能量、物质， 在内部进行各种化学变化， 维持自身高度复杂的有序结构， 保证生命活动的正常进行；
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4.1.1 能是作功的本领
• 生物体内作的功多种多样： 肌肉收缩、生物体运动、 物质流动、细胞内物质合成等。
• 作功都要消耗能量，没有能，生物就 不可能存活。
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● 能：动能、势能 ◆ 势能：物体因位置、本身排列
而具有的能量，即位能；
♦ 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；
● 生物体是开放体系
生物体不断与环境进行 物质、能量交换；
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● 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体系； 生存于熵值不断增加的宇宙之中；
（外界环境之中） 10
4.1.3 吸能反应和放能反应
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酶为什么能够加速化学反应的进行？
任何一个分子要发生化学反应，都必须获 得活化能，被活化后才能进行。
正因如此，生物体内化学性质活泼的物质 才能保持稳定。如 ATP，丰富的水环境中能 稳定存在。只有在ATP酶的催化下才能发生 水解反应释放能量。
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酶为
什么能 够加速 化学反 应的进 行？
酶能降低反应的活化能
吸能活化－将谷氨酸 磷酸化，高能谷氨酸
ATP水解的放能反应与吸能反应相偶联 17
ATP是细胞中的能量载体， 常称之为细胞中的能量通货 （energy currency）。
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4.2 酶
4.2.1 酶降低反应的活化能
酶：生物催化剂，2000 多种;
☆ 催化作用—加速反应进行、不发生变坏。 ☆ 非细胞条件下也能发挥作用。
活化能——断裂化学键，启动反应所需的最
低的能量。
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酶分子怎样降低反应的活化能？
•酶-底物复合物学说：
E+S E-S E+P
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。
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活性部位只适于结合一种或一类底物分 子——专一性
（酶将产物释放）
酶作用示意图
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4.2.2 影响酶活性的因素 ① 最适条件：酶活性最高 ● 温度：人体温附近； ● pH：中性附近； ● 盐浓度：低；
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◆ 不可逆的抑制剂 ♦ 抑制剂、酶：强键（共价键）结合； → 酶分子变形、破坏 → 永久失活；
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● 抑制剂的应用 ◆ 有机磷杀虫剂：马拉硫磷等 抑制乙酰胆碱脂酶 → 阻断神经通路 → 昆虫死亡； （突触信号传递）（危害人畜） ◆ 青霉素：抑制合成细胞壁的酶； 抗生素，杀菌； 对人、畜无害
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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。8Biblioteka ● 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↑
苷 基团 磷酸键 释放出大量的能量
ATP是各种活细胞内的一种高能磷酸化 合物。
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能量 + ADP + Pi ATP合成酶 ATP
各项需能的 生命活动
ATP ATP（水解）酶 ADP + P i + 能量
ATP循环：通过ATP的水解和合成使放能反
应所释放的能量用于吸能反应的过程。
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ATP水解， 放能
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● 细胞呼吸产生能量，将糖分子
中的能量释放，用于细胞内的吸能 反应。 ● 细胞内的放能反应与吸能反应通
过ATP进行能量传递。
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4.1.4 ATP是细胞中的能量通货 ATP的结构
戊糖
ATP 含氮碱基—腺嘌呤
3个磷酸根
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• ATP的结构简式：
A— P ~ P ~ P
腺 磷酸
高能
第二个高能磷酸键相当 脆弱，水解时容易断裂，
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； ● 吸收周围环境中的能量
→ 贮存于产物分子中；
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● 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）
● 酶：催化细胞内各种化学变化；
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● 能量：生物利用的能量几乎全都
直接、间接来自太阳光；
◆ 光合作用：唯一直接利用太阳光
的过程；
◆ 细胞呼吸：间接利用太阳光的过程； ● 本章内容：能量、酶；
细胞呼吸（重点） 、光合作用（重点）
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4.1 能与细胞
4.1.1 能是作功的本领； 4.1.2 热力学定律 4.1.3 吸能反应、放能反应 4.1.4 ATP是细胞中的能量通货