陈阅增普通生物学第1篇4细胞代谢
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——细胞维持正常生命活动的基础之一
膜的选择透性
4.3.1 膜的选择透性源于其分子组成 决定选择透性的因素有二：脂双层和转运蛋白。 脂双层是亲脂性的。烃类、二氧化碳和氧溶于脂双层中 ，所以易于透过质膜。 亲水性物质通过转运蛋白ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ入细胞，避免了与膜中亲脂 部分的接触，这是由于转运蛋白（膜内在蛋白）提供了 专门通道供这些物质通过。
机物—辅酶，维生素B6-转氨酶的）
另一大类影响酶的活性的化学物质是酶的抑制剂 竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂。
竞争性抑制
有的酶在遇到一些化学结构与底物相 似的分子时，这些分子与底物竞争结
合酶的活性中心，亦会表现出酶活性
的降低（抑制）。这种情况称为酶的 竞争性抑制。
竞争性抑制剂
在结构上与
底物相似
磺胺类药物 竞争性抑制 细菌体内的酶
ATP循环
生物体把能量用在生命活动的各个方面
4.2 酶
生命活动的原动力在于生物体内一刻不 停的新陈代谢。通过新陈代谢不断把太 阳能或食物中贮存的能量，转化为可供 生命活动利用的能量，不断制造出各种 大、小分子以供生命活动所需要。体内 的新陈代谢过程又都是在生物催化剂---酶的催化下进行的。
细胞中促进化学反应速度的催化剂;
•体系 环境 •生物体是一个开放体系，它的物质和能量总是不 断地与其环境之间发生交换。开放体系是所有生 物的特点。 •任何形式的能量转化，必定伴随着无序性的增加。 •无序性程度——熵，表示不可利用的能量。 •热是分子的随机运动，是无序性的一种形式
• 一个特定体系的有序性要增加，其环境的无序 性便必须增加。这一概念完全适用于细胞的活 动。
对氨基苯甲酸 （细菌生长因子）
对氨基苯磺酸 （磺胺药）
非竞争性抑制剂：不占据活性部位，但它 与酶分子的结合使酶分子的形状发生变 化，从而使活性部位不再适合接纳底物 分子。图4.6
•酶的抑制剂有的可逆的（氢键等弱键），有 的不可逆的（共价键）。
竞争性抑制剂的作用是可逆的。条件？
底物浓度>抑制剂浓度 有时酶的抑制剂就是产物。如ATP供过于求 时，非竞争性抑制剂--干扰ATP酶（负反馈） 酶的抑制剂的应用： 举例：杀虫剂——马拉硫磷—— 乙酰胆碱酶—神经系统（杀虫剂量对人无害） 抗生素——青霉素—— 细菌合成细胞壁的酶（对人无害）
膜的选择透性决定于脂双层本身的限制和转运蛋白的专
例如：从牛肝提取出来的过氧化氢酶在 0°C时， 其转换数高达5,000,000，而一 分子Fe与5,000,000分子H2 O2 作用则需用 300年的时间。 2 H 2 O2 2 H2 O + O2
4.2.2 多种因素影响酶的活性
温度：只有在最适温度下酶活性最高
pH和盐的浓度也影响酶的活性
许多种酶的正常活动还需要非蛋白质成分的参与，这 些成分为辅因子。（无机物 —辅基，锌钾镁离子；有
首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白
结构中有酶的活性部位。 然后，酶蛋白分子以各种方式，作用
于底物分子，使底物分子活化起来。
底物分子结合在酶的活性部位
酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一性
的体现。
催化效率高
转换数(turnover number） 每分钟每个 酶分子能催化多少反应物分子发生变化表 示，大部分酶为1,000。
4.2.3 核酶
•蛋白质是酶，RNA也是酶。 •RNA催化剂——核酶
两类核酶：
一类是催化分子内的反应，即分子的一部分与
另一部分反应。例如RNA的一段在该分子内改换
位置。(RNA本身既是底物，又是催化剂）
另一类核酶则催化分子间的反应，就是别的分
子发生反应而作为核酶的 RNA分子在反应前后无
变化。
4.3 物质的跨膜运输
•细胞是利用有序性较低的原料制造高度 有序的结构。
生物摄取低熵状态的食物———通过代谢将它 们转化为 高熵（不稳定）———排出体外———避 免了由于生物代谢导致总熵增加———维持了生物内 部的有序性。效率不是100%，热能散失。
4.1.3 吸能反应和放能反应
吸能反应：指反应产物分子中势能比反应物 分子中的势能多。如光合作用 放能反应：指产物分子中的化学能少于反应 物分子中的化学能。 如：燃烧、细胞呼吸 （将糖分子中的势能释放出来）
2000多种;
在非细胞条件下也能发挥作用。
牛胰
核糖核酸酶 （RNase）
4.2.1 酶降低反应的活化能
催化剂只能催化原来可以进行的反应，加 快其反应速度。 即使对可以进行的反应来说，反应物分子 应越过一个活化能才能发生反应。 酶作为催化剂的作用是降低活化能。
酶的催化机理是降低活化能
酶是如何降低活化能的呢 ?
4 细胞代谢
4.1 能与细胞 4.2 酶 4.3 物质的跨膜转运 4.3 细胞呼吸 4.4 光合作用
新陈代谢 是生物体内进行的物质和能的变化的总称 是最基本的生命活动过程
合成物质 同化作用 贮存能量 能量代谢
新陈代谢
异化作用
释放能量 分解物质 物质代谢
最终能源:太阳能
4.1能与细胞
4.1.1 能是做功的本领
细胞代谢：每一个活细胞吸能和放能反应的 总称。
4.1.4 ATP（腺苷三磷酸）是细胞中的能 量通货 一个代谢反应释出的能量贮入ATP，
ATP所贮能量供另一个代谢反应消耗能 量时使用。
下图
高能磷酸键 （焦磷酸键）
腺嘌呤 腺嘌呤核苷 磷酸 核糖
ATP 结 构
ATP
水解
是 通过ATP合成和 能 分解而使放能反 量 应释放的能量用 流 于吸能反应的过 通 程称为ATP循环 的 图4.2 货 币 ATP参与常使一个吸能 反应能自发进行。图4.3
定义：能是产生变化的本能或可以做功的本领。 存在形式：动能 由于运动而具有的能。热、电、光
势能:物体由于所在位置或 本身的排列而具 有的能。
势能就是活细胞做各种功的化学能。 所以，化学能是分子中的势能，是活 的生物体内最重要的能量形式。
4.1.2
热力学定律
热力学是研究所有物体能量转化规律的科学 第一定律（能量守恒定律）：宇宙中总能量是 固定不变的，能量既不能创造，又不能消灭， 只能从一种形式转化成另一种形式。如：发电 厂、光合作用。 第二定律：能量的转变导致宇宙有序性的降低、 无序性的增加。如：汽油的燃烧（75%热）
膜的选择透性
4.3.1 膜的选择透性源于其分子组成 决定选择透性的因素有二：脂双层和转运蛋白。 脂双层是亲脂性的。烃类、二氧化碳和氧溶于脂双层中 ，所以易于透过质膜。 亲水性物质通过转运蛋白ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ入细胞，避免了与膜中亲脂 部分的接触，这是由于转运蛋白（膜内在蛋白）提供了 专门通道供这些物质通过。
机物—辅酶，维生素B6-转氨酶的）
另一大类影响酶的活性的化学物质是酶的抑制剂 竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂。
竞争性抑制
有的酶在遇到一些化学结构与底物相 似的分子时，这些分子与底物竞争结
合酶的活性中心，亦会表现出酶活性
的降低（抑制）。这种情况称为酶的 竞争性抑制。
竞争性抑制剂
在结构上与
底物相似
磺胺类药物 竞争性抑制 细菌体内的酶
ATP循环
生物体把能量用在生命活动的各个方面
4.2 酶
生命活动的原动力在于生物体内一刻不 停的新陈代谢。通过新陈代谢不断把太 阳能或食物中贮存的能量，转化为可供 生命活动利用的能量，不断制造出各种 大、小分子以供生命活动所需要。体内 的新陈代谢过程又都是在生物催化剂---酶的催化下进行的。
细胞中促进化学反应速度的催化剂;
•体系 环境 •生物体是一个开放体系，它的物质和能量总是不 断地与其环境之间发生交换。开放体系是所有生 物的特点。 •任何形式的能量转化，必定伴随着无序性的增加。 •无序性程度——熵，表示不可利用的能量。 •热是分子的随机运动，是无序性的一种形式
• 一个特定体系的有序性要增加，其环境的无序 性便必须增加。这一概念完全适用于细胞的活 动。
对氨基苯甲酸 （细菌生长因子）
对氨基苯磺酸 （磺胺药）
非竞争性抑制剂：不占据活性部位，但它 与酶分子的结合使酶分子的形状发生变 化，从而使活性部位不再适合接纳底物 分子。图4.6
•酶的抑制剂有的可逆的（氢键等弱键），有 的不可逆的（共价键）。
竞争性抑制剂的作用是可逆的。条件？
底物浓度>抑制剂浓度 有时酶的抑制剂就是产物。如ATP供过于求 时，非竞争性抑制剂--干扰ATP酶（负反馈） 酶的抑制剂的应用： 举例：杀虫剂——马拉硫磷—— 乙酰胆碱酶—神经系统（杀虫剂量对人无害） 抗生素——青霉素—— 细菌合成细胞壁的酶（对人无害）
膜的选择透性决定于脂双层本身的限制和转运蛋白的专
例如：从牛肝提取出来的过氧化氢酶在 0°C时， 其转换数高达5,000,000，而一 分子Fe与5,000,000分子H2 O2 作用则需用 300年的时间。 2 H 2 O2 2 H2 O + O2
4.2.2 多种因素影响酶的活性
温度：只有在最适温度下酶活性最高
pH和盐的浓度也影响酶的活性
许多种酶的正常活动还需要非蛋白质成分的参与，这 些成分为辅因子。（无机物 —辅基，锌钾镁离子；有
首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白
结构中有酶的活性部位。 然后，酶蛋白分子以各种方式，作用
于底物分子，使底物分子活化起来。
底物分子结合在酶的活性部位
酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一性
的体现。
催化效率高
转换数(turnover number） 每分钟每个 酶分子能催化多少反应物分子发生变化表 示，大部分酶为1,000。
4.2.3 核酶
•蛋白质是酶，RNA也是酶。 •RNA催化剂——核酶
两类核酶：
一类是催化分子内的反应，即分子的一部分与
另一部分反应。例如RNA的一段在该分子内改换
位置。(RNA本身既是底物，又是催化剂）
另一类核酶则催化分子间的反应，就是别的分
子发生反应而作为核酶的 RNA分子在反应前后无
变化。
4.3 物质的跨膜运输
•细胞是利用有序性较低的原料制造高度 有序的结构。
生物摄取低熵状态的食物———通过代谢将它 们转化为 高熵（不稳定）———排出体外———避 免了由于生物代谢导致总熵增加———维持了生物内 部的有序性。效率不是100%，热能散失。
4.1.3 吸能反应和放能反应
吸能反应：指反应产物分子中势能比反应物 分子中的势能多。如光合作用 放能反应：指产物分子中的化学能少于反应 物分子中的化学能。 如：燃烧、细胞呼吸 （将糖分子中的势能释放出来）
2000多种;
在非细胞条件下也能发挥作用。
牛胰
核糖核酸酶 （RNase）
4.2.1 酶降低反应的活化能
催化剂只能催化原来可以进行的反应，加 快其反应速度。 即使对可以进行的反应来说，反应物分子 应越过一个活化能才能发生反应。 酶作为催化剂的作用是降低活化能。
酶的催化机理是降低活化能
酶是如何降低活化能的呢 ?
4 细胞代谢
4.1 能与细胞 4.2 酶 4.3 物质的跨膜转运 4.3 细胞呼吸 4.4 光合作用
新陈代谢 是生物体内进行的物质和能的变化的总称 是最基本的生命活动过程
合成物质 同化作用 贮存能量 能量代谢
新陈代谢
异化作用
释放能量 分解物质 物质代谢
最终能源:太阳能
4.1能与细胞
4.1.1 能是做功的本领
细胞代谢：每一个活细胞吸能和放能反应的 总称。
4.1.4 ATP（腺苷三磷酸）是细胞中的能 量通货 一个代谢反应释出的能量贮入ATP，
ATP所贮能量供另一个代谢反应消耗能 量时使用。
下图
高能磷酸键 （焦磷酸键）
腺嘌呤 腺嘌呤核苷 磷酸 核糖
ATP 结 构
ATP
水解
是 通过ATP合成和 能 分解而使放能反 量 应释放的能量用 流 于吸能反应的过 通 程称为ATP循环 的 图4.2 货 币 ATP参与常使一个吸能 反应能自发进行。图4.3
定义：能是产生变化的本能或可以做功的本领。 存在形式：动能 由于运动而具有的能。热、电、光
势能:物体由于所在位置或 本身的排列而具 有的能。
势能就是活细胞做各种功的化学能。 所以，化学能是分子中的势能，是活 的生物体内最重要的能量形式。
4.1.2
热力学定律
热力学是研究所有物体能量转化规律的科学 第一定律（能量守恒定律）：宇宙中总能量是 固定不变的，能量既不能创造，又不能消灭， 只能从一种形式转化成另一种形式。如：发电 厂、光合作用。 第二定律：能量的转变导致宇宙有序性的降低、 无序性的增加。如：汽油的燃烧（75%热）