细胞代谢课件

酶
酶 A-P~P +Pi + 能量
请问：这是不是可逆反应？
不是
ATP与ADP的转化关系
ATP
Pi
酶
酶
ADP
能量
物质可逆
能量不可逆
• ATP释放的能量转化成其它能量的形式主要有：
1.机械能 2.电 能 3.渗透能 4.光 能 5.热 能
ATP的生理功能 ATP是生物体进行各种生命活动
所需能量的直接来源
三磷酸腺苷 ＡＴＰ
腺苷（Ａ）
ATP的结构简式
• ATP的结构简式为A—P ~ P ~ P
普通化 学键
高能 磷酸键
ATP即三磷酸腺苷，是各种活细胞内普遍存 在的一种高能磷酸化合物。
ATP的水解过程 A–P～P～P
A–P～P
酶 ATP
Pi
能量 ADP+Pi+能量
ATP与ADP的相互转化
A-P~P~P
（PFK）
H C OH
H C OH HO
H2C O P O OH
(F-1,6-2P）
⑷ 磷酸丙糖的生成
HO
H2C
O PO
HO
CO
HO C H H C OH
醛缩酶
HC H2C
OH HO
O PO OH
(F-1,6-2P）
糖酵解过程2
HO
H2C
O PO
HO
CO
CH2 OH
磷酸二羟丙酮
+
H
O
C
HC OH HO
糖酵解过程4
形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
O
C HC
H2C
OH OH
O PO
OH OH
H2O
烯醇化酶 (Mg2+/Mn2+ )
2-磷酸甘油酸
氟化物能与Mg2+络合 而抑制此酶活性
O C OH C O-
OH P+ O
CH2
OH
磷酸烯醇式 丙酮酸（PEP）
⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸 转变为烯醇式丙酮酸
糖酵解过程4
3. 酶的催化机理
酶是通过与底物形成中间产物，降低反应的活 化能来加速化学反应速度的。酶分子中存在有活性 中心，活性中心由催化基团和结合基团组成。在酶 与底物分子相互接近的过程中，底物分子诱导酶 的活性中心结构发生利于与底物结 合的变化。酶与底物接触，酶分子 通过结合基团与底物分子互补契合， 催化基团催化底物分子中键断裂或 形成新的化学键，底物转化为产物， 产物由酶分子上脱落下来，酶又恢 复到原来构象。
第四章 细胞代谢
第一节 能与细胞
机体的生存需要能量，机体内主要提供 能量的物质是ATP。
ATP的形成主要通过两条途径： 一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从 中释放出大量的自由能形成36分子ATP。 另外一条是在没有氧分子参加的条件下， 即无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，并 在此过程中产生2分子ATP。
O
H
C
H C OH
HO C H
ATP ADP
Mg2+
H C OH H C OH
已糖激酶
H2C OH
(G)
糖酵解过程1
O
H
C
H C OH
HO C H
H C OH
H C OH
O
H2C OH HO
P
-
O
HO
(G-6-P）
已糖激酶(hexokinase)
激酶：能够在ATP和任何一种
底物之间起催化作用，转移磷酸 基团的一类酶。
已糖激酶：是催化从ATP转移 磷酸基团至各种六碳糖（G、F） 上去的酶。
激酶都需离子要Mg2+作为辅助
因子
⑵ 6-磷酸葡萄糖异构化 转变为6-磷酸果糖
糖酵解过程1
O
H
C
H C OH
HO C H H C OH
磷酸葡萄糖异构酶
HC H2C
OH OH
O PO OH
(G-6-P）
H2C OH CO
HO C H
说明：微生物的无氧呼吸又称为发酵
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
主要在线粒体中进行 在细胞质基质中进行
需要氧气参与
不需要氧气参与
区别
分解有机物彻底 CO2 H2O
分解有机物不彻底 CO2 酒精 乳酸
释放大量能量
释放少量能量
第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）的过 联系 程和场所（细胞质基质）完全相同；有酶
ATP形成的途径
第二节 酶
一、酶及其特点
酶：活细胞产生的具有催化作用的一类有机物。
H
H
化学特点：绝大多|数是蛋白质，少数| 为RNA。
作用特点：H高OO效C性—C，—专NH一2 性，HO条O件C—温C—和N性H2
|
|
H
H
二、酶的作用机理
1. 中间产物理论
酶与底物形成中间产物，通 过降低反应的活化能来加快反应 速度，酶促反应要比非催化反应 多经历几个步骤。
H C OH
H C OH HO
H2C O P O OH
(F-6-P）
⑶ 6-磷酸果糖再磷酸化 生成1,6-二磷酸果糖
H2C OH CO
糖酵解过程1
H2C C
OH
-
O- P O
O OH
HO C H
HO C H
H C OH H C OH
ATP Mg2+ADP
HO
H2C O P O 磷酸果糖激酶
OH
(F-6-P）
ADP
丙酮酸 (pyruvate)
ATP
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
丙酮酸激酶
E1
Glu
G-6-P
ATP ADP
F-6-P E2 F-1, 6-2P
ATP ADP
糖 酵
E1:己糖激酶
磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
NAD+
解 E2: 6-磷酸果糖激酶-1
NADH+H+
的 代
E3: 丙酮酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
⑻ 3-磷酸甘油酸转变 为2-磷酸甘油酸
糖酵解过程3
O C OH
HC OH
HO 磷酸甘油酸变位酶
H2C O P O OH
O
C HC H2C
OH HO
O-- P O
OH OH
3-磷酸甘油酸
(3phosphoglycerate)
2-磷酸甘油酸
(2-phosphoglycerate)
⑼ 2-磷酸甘油酸脱水
第三节 细胞呼吸
一、呼吸作用的概念
细胞呼吸是所有生物都具有的一项重要 的生命活动。其实质是氧化分解有机物，最 终生成二氧化碳或其他产物，并且释放能量 产生ATP的总过程。
细胞呼吸的类型
有氧呼吸 无氧呼吸
有氧呼吸
•概念——指生物细胞在氧气的作用下，通过酶的催
化作用把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出CO2和 水，同时释放出大量能量的过程。
❖糖酵解是在细胞质中进行。不论有氧还
是无氧条件均能发生。
二、糖酵解过程
10个酶催化的11步反应
四 第一阶段： 磷酸已糖的生成(活化)
个 第二阶段： 磷酸丙糖的生成(裂解)
阶
第三阶段： 3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸 甘油酸
段 第四阶段： 由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸
⑴ 葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖
H2C
O
PO
OH
3-磷酸甘油醛
⑸ 磷酸丙糖的互换
糖酵解过程2
HO
H2C
O PO
HO
CO
CH2 OH
磷酸丙糖异构酶
磷酸二羟丙酮
(dihydroxyacetone phosphate)
H
O
C
HC OH HO
H2C O P O OH
3-磷酸甘油醛
(glyceraldehyde 3-phosphate)
1,6-二磷酸果糖
6. 抑制剂
抑制剂：能使酶活性下降或丧失的物质。
无机离子：Ag＋，Hg2＋，Pb2＋。
化学物质：CO，H2S，氰化物，砷化物（砒 霜），氟化物，有机磷。
类型1------非竞争性抑制剂：它与酶分子结合的部位 不是活性部位，但它的结合却使酶分子的形状发生 了变化，使得活性部位不适于接纳底物分子。
类型2------竞争性抑制剂：与酶的底物相似的化学物， 与底物分子竞争酶的活性部位，使得底物分子不能 发生反应。（可逆的）
脱氢反应
1,3-二磷酸甘油酸
(1,3diphosphoglycerate)
⑺ 1,3-二磷酸甘油酸
糖酵解过程3
转变为3-磷酸甘油酸
O
C OO-PO 3 2- ADP
ATP
HC OH HO
Mg2+
H2C
O
P OH
O
3-磷酸甘油酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
(1,3diphosphoglycerate)
这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反应
参与；都产生能量。
细胞呼吸的意义
• 为生物体的生命活动提供能量。 • 为体内其他化合物的合成提供原料。
一、糖酵解的概述
总论
有氧情况 “三羧酸循环” CO2 + H2O
葡
萄
“糖酵解” 丙酮酸
糖
不需氧
无氧情“况乳酸发酵”、“酒精发酵” 乳酸或酒精
1、糖酵解的概念
糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解形 成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵 解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解 途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。 也称为EMP途径。
三、酶促反应的影响因素
1.底物浓度对酶促反应速度影响
2. 酶的浓度
3. 温 度
t＜T时，V 随 t 的升高而增加。（T为最适温度） t＝T时，V＝Vmax。 t＞T时，V 随 t 的升高而减小。 高温条件下，酶蛋白空间结构被破坏易变性，导致失活。
Q10（温度系数）：温度 每提高10℃所增加的反应速 率的倍数。
ADP
谢
ATP
途 径
乳酸
NAD+
E + S --→ ES --→ P + S E：酶 S：底物 P：产物
2. 活性中心理论
酶分子上直接参与反应的氨基酸残基或侧链基 团组成的活性空间结构称酶的活性中心，分催化基 团和结合基团两部分。 前者决定酶的催化能 力（高效性），后者 决定酶与哪些底物结 合（专一性）。活性 中心外维持形成活性 中心构象的一些基团， 称为非活性中心。
⑹ 3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸
糖酵解过程3
O CH
H+ PO4 NAD+
2-
NADH+H+
O
C Oห้องสมุดไป่ตู้-PO 3 2-
HC OH HO
3-磷酸甘油醛脱氢酶
H2C O P O
HC H2C
OH HO
O PO OH
OH
3-磷酸甘油醛
(glyceraldehyde 3-phosphate)
糖酵解 中唯一的
4. pH 值
pH值影响酶分子构象改变，酶均有其各自不同的最适 pH值范围。在最适pH值范围内，反应速度最大。在过酸和 过碱的条件下，酶活性完全丧失。
5. 激活剂
激活剂：能提高酶活性的物质。 无机离子：Na＋ K＋ Mg2＋ Ca2＋ Zn2＋ Fe 2＋ Cl有机分子：抗坏血酸（Vc），半胱氨酸， 亚硫酸钠，谷胱甘肽。
场所——始终在细胞质基质内进行
总反应式
C6H12O6 酶 C6H12O6 酶
2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 2C3H6O3 （乳酸）＋能量
无氧呼吸比有氧呼吸释放出的能量要少得多，未释 放的能量储存在酒精或乳酸等不彻底的氧化产物中，酒 精能燃烧，说明酒精中还储存有大量的能量。
无氧呼吸
无氧呼吸的过程
•场所──先在细胞质基质内，后在线粒体内
•总反应式：
酶
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
6CO2 + 12H2O + 能量（2870kJ）
有氧呼吸的全过程
１分子葡萄糖
第
[H]
酶
一 2ATP（少量） 阶
段
2分子丙酮酸
6H2O
第 三
[H]
2ATP（少量）
阶
第
段
6分子O2
酶
二 阶
段
酶
34ATP（大量）
O C OH C O-
OH P+ O
CH2
OH
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP ATP
Mg2+, K+
O C OH
丙酮酸激酶
C OH
(PK )
CH2
烯醇式丙酮酸
也是第二次底物水平磷酸化反应
⑾ 烯醇式丙酮酸 转变为丙酮酸
糖酵解过程4
COOH C OH CH2
自发进行
COOH CO CH3
烯醇式丙酮酸
(enolpyruvate)
12分子H2O
6分子CO2
1161kJ=38ATP
有氧呼吸的全过程
场所
反应物
第一阶段 细胞质基质 葡萄糖
第二阶段 线粒体 第三阶段 线粒体
丙酮酸 H2O 【H】 H2O
产物
丙酮酸 【H】
CO2 【H】
H2O
能量 少 少 多
无氧呼吸
概念——指在无氧条件下，通过酶的催化作用，生
物细胞把糖类等有机物分解成为不彻底的氧 化产物，同时释放出少量能量的过程。
2× 3-磷酸甘油醛
上述的5步反应完成了糖酵解的准备阶 段。酵解的准备阶段包括两个磷酸化步骤 由六碳糖裂解为两分子三碳糖，最后都转 变为3-磷酸甘油醛。
在准备阶段中，并没有从中获得任何能 量，与此相反，却消耗了两个ATP分子。
以下的5步反应包括氧化—还原反应、 磷酸化反应。这些反应正是从3-磷酸甘油 醛提取能量形成ATP分子。
酶
C6H12O6
2丙酮酸 酶
2C2H5OH+2CO2+能量 2C3H6O3 ＋能量
第一阶段
第二阶段
（均在细胞质基质中完成）
两种无氧呼吸方式的具体实例
产生酒精的无氧呼吸常见的例子有：
①某些水果（如苹果）及某些植物的根在缺氧时 ②酵母菌在缺氧时
产生乳酸的无氧呼吸常见的例子有：
①马铃薯块茎、甜菜块根和玉米胚在无氧时 ② 动物的肌肉细胞在缺氧时 ③乳酸菌在无氧时
O C OH
HC OH HO
H2C O P O OH
3-磷酸甘油酸
(3-phosphoglycerate)
底物磷酸化：这由已经形成的高能磷酸键与 ADP合成ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化 。
其中ATP的形成直接与一个代谢中间物（ 1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移相 偶联
这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也 是糖酵解过程开始收获的阶段。在此过程中 产生了第一个ATP。