物质代谢与能量代谢的关系ee
物质代谢、能量代谢和信息传递的统一
二、物质代谢、能量代谢和信息传递间的联系
同化作用
把从外界环境中获取 的营养物质,转变成 自身的组成物质
新陈代谢
第4节 物质代谢、能量代谢 和信息传递的统一
一、细胞的整体性
1.从结构上看:细胞核和细胞质通过 核孔相互沟通;细胞膜,核膜和细 胞器膜等结构相互连接构成细胞完 整的生物膜系统。
2.从功能上看:各种细胞器之间并不 是孤立的,它们虽有分工,却又相 互配合,密切联系,使细胞成为一 个统一的整体。
3、从调控上看:细胞核是遗传物质储存和 复制的场所,是细胞遗传特性和细胞代谢 活动的控制中心,细胞核在细胞的生命活 动中起着决定性的作用,使整个细胞形成 了一个高度有序的调控系统。
异化作用
储存能量
分解自身的一部分组 成物质,把分解的最 终产物排出体外
释放能量
物质代谢 能量代谢
物质代谢 新陈代谢
能量代谢
提供物质和能量 调节和控制
信息传递
物质代谢的同时伴随着能量 的代谢,而细胞内物质代谢 和能量代谢之所以能协调进 行,信息传递起着调节和控 制的作用。另外,物质代谢 和能量代谢又为信息传递提 供物质和能量的基础。
3、变形虫细胞中具有双层膜结构的一组是 (D )
A 线粒体和叶绿体
B 线粒体和高尔基体
C 中心体和细胞核
D 线粒体和细胞核
4、mRNA在细胞核内合成后,从细胞核中出来 与细胞质中核糖体结合的过程中,通过的生物膜 层数是( A )
A0
B1
C2
运动生理学---第五章-物质与能量代谢PPT课件
三大能源系统及供能特点
磷酸原系统 (ATP-CP)
乳酸系统
无氧代谢
无氧代谢
有氧系统 有氧代谢
十分迅速
迅速
慢
化学能源:CP
食物能源:糖原
食物能源:糖原、 脂肪、蛋白质
ATP生成很少 肌肉存贮量少 高功率、短时间
ATP生成有限 乳酸致肌肉疲劳
用于1.~3分钟
ATP生成较多
无致疲劳副产品
ห้องสมุดไป่ตู้
耐力运动
31
运动过程中能源物质的动员
氮平衡:一天食物中摄取蛋白质的含氮量与当 天排泄物中的含氮量平衡
正氮平衡:儿童、孕妇、病后恢复、运动锻炼 过程中,蛋白质摄取量大于排泄量
负氮平衡:衰老、饥饿、营养不良、消耗性疾 病时,蛋白质摄取量小于排泄量
.
23
蛋白质代谢
蛋白质
氨基酸 合成代谢
组成蛋白质
分解代谢
血浆蛋白
丙酮酸 + NH3
尿素
性的需要; 水解复杂的食物成分,使之便与吸收; 通过分泌粘液、抗体和大量液体,保护消化
道粘膜。
.
10
营养物质在消化道内各部位的消化
口腔:主要是咀嚼和少量唾液淀粉酶消化糖 类,分解成麦芽糖;
胃:机械和化学消化,胃液含盐酸,呈酸性, Ph值在0.9-1.5,胃蛋白酶。食物在胃中的 排空速度,糖类>蛋白质>脂肪。
溶液(35-40%),服用量为40-50克 长时间运动中饮用低浓度饮料,每次15-20克 一般补充人工合成的低聚糖(2-10个G)
.
19
(二)脂肪代谢
脂肪在体内的作用 含能量最多,最重要的供能物质 构成细胞 贮存体内:能量储备,保护器官、减少摩擦、
物质代谢与能量代谢
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energy
第一节 能量代谢
能量的来源和去路 能量代谢的测定 影响能量代谢的因素
基础代谢
能量的来源:
1、糖:机体的主要能源 70%(中国人) 有氧氧化 CO2+H2O+ E 38mol ATP 乳酸+E 2mol ATP
葡萄糖 1mol
无氧酵解
剧烈运动时,骨骼肌耗氧量猛增,循环呼吸不能 很快满足机体对氧的需要,骨骼肌处于相对缺氧 状态,称为氧债。
与能量代谢测定有关的概念
食物的热价:1g食物氧化(或在体外燃烧)时释放 出来的能量。 caloric value 分为:物理热价 指 食物在体外燃烧时释放的热量。 生物热价 指食物 在体内经过生物氧化所产生的热量。 物理热价 生物热价 17.15 17.99 39.75 营养学热价 16.7 16.7 37.7 kj/g
腋下温度 36.0 – 37.4
<
口腔温度 36.7 - 37.7
<
直肠温度 36.9 – 37.9
(二)体温的变动
1、昼夜波动 昼夜节律、日周期清晨2-6时最低,午后1-6时最高 2、性别: 女性高于男性0.3摄氏度女性的月周期 -- 月经后期体 温升高。
3、年龄 小儿体温高且不稳定,老年人体温低。 4、肌肉活动 剧烈的肌肉活动使产热量增加,体温升高。 5、其他 情绪、进食、环境温度等
基础代谢的条件下,新陈代谢只维持在心跳、呼吸及 其一些必要的生理活动的程度上。 测定条件:肌肉松弛、室温20-25摄氏度、空腹1214H、安静平卧30分钟以上,并且排除精神紧张的影 响。 男性的BMR高于女性,幼年的BMR高于成年,年龄 越大BMR越低。 甲亢时BMR可比正常高25-80%,甲低时BMR可比 正常低20-40%,所以 BMR的测量时甲状腺疾病的重要辅助手段。
物质代谢的联系和调节专业知识讲解
汇报人: 2023-12-30
目录
• 物质代谢的基本概念 • 物质代谢的联系 • 物质代谢的调节 • 物质代谢异常与疾病 • 物质代谢的研究方法 • 物质代谢的前沿进展与未来展
望
01
物质代谢的基本概念
物质代谢的定义
物质代谢
指生物体内所发生的用于维持生命活动的化学反应的总和,包括 合成代谢和分解代谢两类。
合成代谢
指生物从外界吸收各种营养物质,通过一系列化学反应将其转化 为自身组成成分,并储存能量的过程。
分解代谢
指生物体将自身组成成分分解为简单物质,并释放能量的过程。
物质代谢的过程
消化吸收
食物经过物理和化学方式被分解为可被细胞吸 收的小分子,如氨基酸、单糖和脂肪酸。
转运
吸收的小分子通过细胞膜的转运进入细胞内部 。
物质代谢与细胞信号转导的联系
激素调节物质代谢
激素作为细胞信号分子,可以调节细胞内酶的活性或影响基因的表达,从而调 节物质代谢的速度和方向。
物质代谢影响细胞信号转导
细胞内的物质代谢可以产生一些小分子信号分子,如cAMP、Ca2+等,这些信 号分子可以作为第二信使参与细胞信号转导过程。
03
物质代谢的调节
05
物质代谢的研究方法
生物化学研究方法
生物化学研究方法是通过生物化学手段来研究物质代谢的过 程。这些手段包括生物化学实验、生物化学分析和生物化学 技术等。通过这些方法,可以深入了解物质代谢的分子机制 和代谢途径。
生物化学研究方法还可以用来研究生物体内各种物质的合成 、分解和转化等过程,以及这些过程之间的相互联系和调节 机制。这些研究对于理解生物体的生命活动和疾病发生机制 具有重要意义。
运动生理学——第六章 物质和能量代谢
磷酸酶只存在于肝脏,其他组织缺乏这种磷 酸酶,故其他组织中的糖元如肌糖元,就不能直 接分解为葡萄糖.
(三)糖在体内的氧化
两种形式:
A.缺氧条件下,糖元和葡萄糖 分解为HL释放能量极少.
第二节 能量代谢
有机体的一切生命活动,如呼 吸循环神经活动,肌肉活动等都 要消耗能量,所消耗的能量来自 糖,脂肪,蛋白质的氧化.1克 糖或1克蛋白质在体内完全氧化 能释放4千卡热量.
1克脂肪在体内完全氧化能释放出 9千卡的热量.一般说来,分解代 谢是释放能量的过程,而合成代谢 则是吸能过程.通常把物质代谢过 程中所伴随的能量释放、转化和利 用称为能量代谢.
(二)蛋白质代谢的动态平衡
蛋白质的主要功用是构成新的组织蛋白, 另一方面旧的组织蛋白又不断分解最后产 生水,二氧化碳和一些含氮的最终产物排 出体外,那么体内蛋白质(合成占优势) 还是消减(分解占优势),要解答这得从 氮平衡来得出结果.
什么是氮平衡?(食物中的含氮物质主 要是蛋白质)蛋白氮.
而且蛋白质分子中的含氮量约为16%
1.甘油的氧化利用:A.在肝脏中甘油 可转变成磷酸丙糖,经糖的有氧氧化途径 参加三羧循环,氧化释放能量 B.甘油 亦根据生理需要经糖元异生途径合成糖元 或葡萄糖.
2.脂肪酸的氧化:脂肪酸在 体内彻底氧化成二氧化碳和水, 同时释放出大量能量的全过程.
三 蛋白质代谢
蛋白质是生命的物质基础,一切生命活 动都与蛋白质联系在一起.导师恩格斯他 在十九世纪七十年代时提出“生命是蛋白 体的存在方式”他这一科学的定义说明了 两个问题:A.蛋白体是生命最重要的物 质基础B.蛋白体的新陈代谢是生命活动 的基本特征.
2022高考生物备考冲刺易错点:专项07新陈代谢的概念和类型(含酶
2022高考生物备考冲刺易错点:专项07新陈代谢的概念和类型(含酶1.对新陈代谢概念的明白得2.酶的本质、特性及其与代谢的关系3.生物的代谢与ATP4.新陈代谢的差不多类型及其应用5.关于酶的本质和特性的图形和曲线分析6.生活实际中代谢类型和知识应用7.新陈代谢类型的进化【易错点点睛】易错点1 对新陈代谢概念的明白得1.新陈代谢中,物质代谢和能量代谢的关系是A.物质代谢相伴能量代谢B.相对独立的两个生理过程C.物质代谢在先,能量代谢在后D.能量代谢在先,物质代谢在后【错误答案】 B②从方向上认识,新陈代谢包括同化作用和异化作用。
或简称为合成代谢和分解代谢。
③从实质上认识,新陈代谢是生物体内进行的一系列连锁发生的生物化学反应。
④从意义上认识,生物体的新陈代谢过程也确实是生物体的自我更新过程。
在新陈代谢基础上,生物体既能进行新旧细胞的更替,又能进行细胞内化学成分的更替。
【变式探究】1 下列关于新陈代谢的叙述中,错误的是A.新陈代谢包括合成代谢和分解代谢B.先有物质合成,才有物质分解C.生物体内,时刻以新合成的物质取代旧物质D.能量代谢总是相伴着物质代谢发生的答案:B 解析:生物体新陈代谢的同化作用(合成代谢)和异化作用(分解代谢)是同时进行的不能分割的两个有机统一过程。
2 下列生理过程中,总是同时进行的是①光合作用②呼吸作用③蒸腾作用④合成代谢⑤分解代谢⑥物质代谢⑦能量代谢A.①②③④B.①③④⑤C.①②④⑤D.④⑤⑥⑦答案:D 解析:对新陈代谢概念的明白得。
易错点2 酶的南质、特性及其与代谢的关系1.图所示将小麦种子分别置于20℃和30℃培养箱中培养4天,依次取等量的萌发种子分别制成提取液Ⅰ和提取液Ⅱ。
取3支试管甲、乙、丙,分别加入等量的淀粉液,然后按下图加入等量的提取液和蒸馏水,45℃水浴保温5分钟,赶忙在3支试管中加入等量斐林试剂并煮沸2分钟,摇匀观看试管中的颜色。
结果是A.甲呈蓝色,乙呈砖红色,丙呈无色B.甲呈五色,乙呈砖红色,丙呈蓝色C.甲、乙皆呈蓝色,丙呈砖红色D.甲呈浅砖红色,乙呈砖红色,丙呈蓝色【错误答案】AB【错解分析】对提取液的作用物质及其作用不清晰,对不同温度条件下生物代谢强度的实质分析不透彻,而导致思维联系中断。
生物化学期末复习(简答、名词解释)
⽣物化学期末复习(简答、名词解释)⽣物化学期末复习(简答、名词解释)1. 什么是物质代谢?什么是能量代谢?⼆者之间的关系如何?答:物质代谢:研究各种⽣理活性物质(如糖、蛋⽩质、脂类、核酸等)在细胞内发⽣酶促反应的途径及调控机理,包含旧分⼦的分解和新分⼦的合成;能量代谢:研究光能或化学能在细胞内向⽣物能(ATP)转化的原理和过程,以及⽣命活动对能量的利⽤。
能量代谢和物质代谢是同⼀过程的两个⽅⾯,能量转化寓于物质转化过程之中,物质转化必然伴有能量转化。
2. 中间代谢:消化吸收的营养物质和体内原有的物质在⼀切组织和细胞中进⾏的各种化学变化称为中间代谢。
3. 呼吸商(respiratory quotient 简称RQ):指⽣物体在同⼀时间内,释放⼆氧化碳与吸收氧⽓的体积之⽐或摩尔数之⽐,即指呼吸作⽤所释放的CO2 和吸收的O2 的分⼦⽐。
4. ⾃养型⽣物:为能够利⽤⽆机物合成有机物的类型,⼜分为光合⾃养——绿⾊植物,和化能⾃养——硝化细菌等。
5. 异养型⽣物:不能⾃⼰合成有机物,必须依靠⾃养⽣物制造的有机物⽣存。
6. 简述活体内实验及其意义。
答:1)⽤整体⽣物材料或⾼等动物离体器官或微⽣物细胞群体进⾏中间代谢实验研究称为活体内实验,⽤“in vivo”表⽰。
2)活体内实验结果代表⽣物体在正常⽣理条件下,在神经、体液等调节机制下的整体代谢情况,⽐较接近⽣物体的实际。
7. 活体外实验:⽤从⽣物体分离出来的组织切⽚,组织匀浆或体外培养的细胞、细胞器及细胞抽提物进⾏中间代谢实验研究称为活体外实验,⽤“in vitro”表⽰。
8. 简述代谢途径的探讨⽅法答:1)代谢平衡实验;2)代谢障碍实验(代谢途径阻断实验);3)使⽤抗代谢物;4)代谢物标记追踪实验;5)测定特征性酶;6)核磁共振波谱法。
9. 简述糖的⽣理功能答:1)作为⽣物体的结构成分;2)作为⽣物体内的主要能源物质;3)在体内转变为其他物质;4)作为细胞识别的信息分⼦。
物质和能量的代谢
绿色植物 光
CH2O + H2O +
光合作用的意义 (了解)
光合作用是绿色植物(主要在叶片中) 吸收日光能量,利用二氧化碳和水,合 成有机物质,并释放氧的过程。 在这个过程中,无机物质(二氧化碳和 水)被转化为有机物质,日光能转变为 化学能。所产生的有机物质,主要是糖 (葡萄糖等),被转变的化学能贮藏在 有机物质中。
光合器与光合色素
光合器:叶肉细胞的叶绿体是光合作用
的细胞器
叶绿体的结构
光合色素种类
叶绿素类:叶绿素a、b、c、d
类胡萝卜素:胡萝卜素、叶黄素 藻胆素:藻红素、藻蓝素
叶绿素的分子式
问题:为什么植物都是绿色的?
几种光合色素的吸收光谱
几种光合色素的吸收区域
叶绿素类:蓝紫光、红光
叶绿素a红光区吸收带偏长波方向,蓝紫光区偏 短波方向 叶绿素a 和b对绿光吸收很少,故呈绿色,叶绿 素a 蓝绿色和叶绿素b呈黄绿色
第四章 物质和能量的代谢
代谢:也称新陈代谢,是生物体内进行的 全部物质和能量的变化的总称。 合成代谢:也称同化作用,机体从外界环 境中吸取营养物质,将其转变为自身的物 质,并贮存能量,建立生长发育的物质基 础。 分解代谢:也称异化作用,机体通过呼吸 作用,不断将自身的组成物质分解以释放 能量,并把分解产生的废物排出体外。
酶的催化专一性主要决定于蛋白部分,辅因子通常是作 为电子、原子或某些化学基团的载体。
(四)酶的分类
根据酶分子的特点和大小分: 1、单体酶(monomeric enzyme) 2、寡聚酶 (oligomeric enzyme) 3、多酶复合物 (multienzyme system) 根据酶催化的反应分: 1、水解酶类 2、氧化还原酶类 3、转移酶类 4、裂合酶类 5、异构酶 6、合成酶类
生物学中的代谢与能量转换
生物学中的代谢与能量转换代谢与能量转换是生物学领域中的一个非常重要的领域,它是生命活动的基础,同时也是生命现象的物质基础和能量基础。
本文将从代谢、能量转换的原理和生命活动与代谢的关系等方面进行探讨,希望能够给读者带来一些启发。
一、代谢的概念与分类代谢是指生物体对外部物质进行的化学反应,包括分解代谢和合成代谢两个方面。
分解代谢是物质从高分子化合物转变为低分子化合物的过程,合成代谢则是低分子化合物被生物体合成为高分子化合物的过程。
在代谢过程中,能量被转换为物质,同时也有物质被转换为能量的过程。
代谢可分为有氧代谢和无氧代谢两种。
有氧代谢是指有氧生物在氧气的参与下进行代谢,将有机化合物氧化为二氧化碳和水,同时释放出能量,这种代谢产生的能量较为充足,常被称为高能燃料。
无氧代谢则是指在没有氧气的情况下,生物体以无氧代谢物质为底物,经过发酵或异化等过程产生ATP和其他代谢产物的代谢,需要产生大量的能量,但能量不如有氧代谢丰富。
二、能量转换的原理能量转换是指在代谢过程中,化学能量被转化为其他形式的能量,例如机械能,电能等等。
生命体内的能量转换需要利用到酶催化作用。
酶是一种大分子蛋白质,在生物体内具有催化作用和选择性特点。
酶催化作用的原理基本上是保持底物的稳态,在酶分子中发生变化,产生中间体,最终得到产物。
细胞内的能量转换主要通过三种途径实现:糖基化作用、氧化磷酸化和光合作用。
糖基化作用是指将碳水化合物分解为能用于合成ATP的三磷酸半乳糖,这个过程实际上是一种不断翻转底物、得到ATP的过程。
氧化磷酸化是指过氧化物酶体内的氧化反应。
通过将底物进行氧化反应,将磷酸基转移至三磷酸腺苷分子中,形成高能键,进而得到较多的ATP。
光合作用则是植物利用太阳能和细胞色素进行的一种能量转换过程。
在此过程中,光合细胞将能量分子转化为碳水化合物,释放氧气,进而维持生物的生命活动。
三、生命活动与代谢的关系代谢是生命活动的基础,代谢活动和生命活动是紧密相连的。
新陈代谢的含义
生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程叫做新陈代谢。
新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称。
它包括物质代谢和能量代谢两个方面。
物质代谢:是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。
可细分为:从外界摄取营养物质并转变为自身物质。
(同化作用)自身的部分物质被氧化分解并排出代谢废物。
(异化作用)能量代谢:是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。
可细分为:储存能量(同化作用)释放能量(异化作用)在新陈代谢过程中,既有同化作用,又有异化作用。
同化作用:又叫做合成代谢)是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质,并且储存能量的变化过程。
异化作用:(又叫做分解代谢)是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解,释放出其中的能量,并且把分解的终产物排出体外的变化过程。
新陈代谢中的同化作用、异化作用、物质代谢和能量代谢之间的关系化学成分的同一性从元素成分看,都是由C、H、O、N、P、S、Ca等元素构成的;从分子成分来看,生命体中有蛋白质、核酸、脂肪、糖类、维生素等多种有机分子。
其中蛋白质都是由20种氨基酸组成;核酸主要由4种核苷酸组成;ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子。
严整有序的结构生命的基本单位是细胞,细胞内的各结构单元(细胞器)都有特定的结构和功能。
生物界是一个多层次的有序结构。
在细胞这一层次之上还有组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统等层次。
每一个层次中的各个结构单元,如器官系统中的各器官、各器官中的各种组织,都有它们各自特定的功能和结构,它们的协调活动构成了复杂的生命系统。
各种生物编制基因程序的遗传密码是统一的,都遵循DNA--RNA--Protein的中心法则。
新陈代谢生物体不断地吸收外界的物质,这些物质在生物体内发生一系列变化,最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外。
组成作用(anabolism):从外界摄取物质和能量,将它们转化为生命本身的物质和贮存在化学键中的化学能。
第十一章 物质代谢的相互联系及其调节(编写)
第十一章物质代谢的相互联系及其调节第一节物质代谢的相互联系一、糖、脂、蛋白质在能量代谢上的相互联系二、糖、脂、蛋白质及核酸代谢之间的相互联系第二节物质代谢的调节一、细胞水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节第十一章物质代谢的相互联系及其调节物质代谢、能量代谢与代谢调节是生命存在的三大要素。
生命体都是由糖类、脂类、蛋白质、核酸四大类基本物质和一些小分子物质构成的。
虽然这些物质化学性质不同,功能各异,但它们在生物体内的代谢过程并不是彼此孤立、互不影响的,而是互相联系、互相制约、彼此交织在一起的。
机体代谢之所以能够顺利进行,生命之所以能够健康延续,并能适应千变万化的体内、外环境,除了具备完整的糖、脂类、蛋白质与氨基酸、核苷酸与核酸代谢和与之偶联的能量代谢以外,机体还存在着复杂完善的代谢调节网络,以保证各种代谢井然有序、有条不紊地进行。
第一节物质代谢的相互联系一、糖、脂、蛋白质在能量代谢上的相互联系糖类、脂类及蛋白质都是能源物质均可在体内氧化供能。
尽管三大营养物质在体内氧化分解的代谢途径各不相同,但乙酰CoA是它们代谢的中间产物,三羧酸循环和氧化磷酸化是它们代谢的共同途径,而且都能生成可利用的化学能ATP。
从能量供给的角度来看,三大营养物质的利用可相互替代。
一般情况下,机体利用能源物质的次序是糖(或糖原)、脂肪和蛋白质(主要为肌肉蛋白),糖是机体主要供能物质(占总热量50%~70%),脂肪是机体储能的主要形式(肥胖者可多达30%~40%)。
机体以糖、脂供能为主,能节约蛋白质的消耗,因为蛋白质是组织细胞的重要结构成分。
由于糖、脂、蛋白质分解代谢有共同的代谢途径限制了进入该代谢途径的代谢物的总量,因而各营养物质的氧化分解又相互制约,并根据机体的不同状态来调整各营养物质氧化分解的代谢速度以适应机体的需要。
若任一种供能物质的分解代谢增强,通常能代谢调节抑制和节约其它供能物质的降解,如在正常情况下,机体主要依赖葡萄糖氧化供能,而脂肪动员及蛋白质分解往往受到抑制;在饥饿状态时,由于糖供应不足,则需动员脂肪或动用蛋白质而获得能量。
微生物的代谢与调控
微生物的代谢与调控吴俊康 220130450(东南大学能源与环境学院江苏南京210096)摘要:本文叙述了微生物的代谢过程,微生物代谢的自我调节和人工调控以及微生物代谢和调控在工农业生产中的应用。
微生物的代谢过程包括能量代谢和物质代谢,能量代谢包括吸能代谢和放能代谢,物质代谢包括合成代谢和分解代谢,物质代谢和能量代谢密不可分,往往生命体在物质代谢的同时伴随着能量代谢;同时本文所叙述的微生物的代谢调节过程包括细胞内酶水平的自我调节和人工调控。
利用微生物的代谢途径并通过外界的人工调控获得特定的代谢产物,在工农业生产中已广泛应用,因此,研究微生物的代谢途径和调控,是微生物工农业应用极其重要的一部分。
关键词:微生物;代谢;调节Abstract:In this paper,the metabolism of microorganisms is discussed,including the process of microbial metabolism,the way of their self-control and artificial control,and the application of microbial metabolism in industry and agriculture.The process of metabolism can be classified as energy metabolism,including endergic and exergenic reactions,and material metabolism,including. anabolic and catabolic metabolism,which always have the interwovenness.At the same time,the way of self-control and artificial control of the metabolism is also introduced in this article,covering the level of enzyme in the cell.Now that using and controlling microbial metabolism for some targeted product has been widely applicated in industry and agriculture,so doing many researches on the process and contol of microbial metabolism is an extremely important part of their application.Keywords:microorganisms;microbial metabolism;metabolic regulation目录第一章微生物的代谢................................................................................................. - 2 -1.1 微生物代谢的分类与特点 ......................................................................................- 2 -1.1.1 代谢的分类 .....................................................................................................- 2 -1.1.2 代谢的特点 .....................................................................................................- 3 -1.2 微生物的能量代谢....................................................................................................- 3 -1.2.1 ATP与生物氧化 .............................................................................................- 4 -1.2.2 发酵...................................................................................................................- 6 -1.2.3 好氧呼吸....................................................................................................... - 13 -1.2.4 无氧呼吸....................................................................................................... - 16 -1.3 微生物的物质代谢................................................................................................. - 19 -1.3.1 微生物的合成代谢 ..................................................................................... - 19 -1.3.2 微生物的分解代谢 ..................................................................................... - 27 -1.3.3 合成代谢和分解代谢的联系.................................................................... - 27 - 第二章微生物的代谢调节....................................................................................... - 29 -2.1 微生物的自我调节................................................................................................. - 29 -2.1.1 酶活性的调节 .............................................................................................. - 30 -2.1.2 酶合成的调节 .............................................................................................. - 32 -2.1.3 其他调节....................................................................................................... - 37 -2.2 人工调控 .................................................................................................................. - 39 -2.2.1 遗传学法....................................................................................................... - 39 -2.2.2 生物化学法 .................................................................................................. - 39 - 第三章微生物代谢及调控的应用........................................................................... - 41 -3.1 代谢调控应用 ......................................................................................................... - 41 -3.1.1 代谢控制育种 .............................................................................................. - 41 -3.1.2 代谢控制发酵 .............................................................................................. - 42 -3.1.3 其他................................................................................................................ - 42 -3.2 案例——生料酿酒 ................................................................................................. - 43 -3.2.1 生料酿酒简介 .............................................................................................. - 43 -3.2.2 生料酿酒的基本原理................................................................................. - 43 -3.2.3 生料酒曲的生产工艺................................................................................. - 44 -3.2.4 生料酿酒工艺 .............................................................................................. - 45 -3.2.5 生料酿酒在我国的应用............................................................................. - 46 -前言新陈代谢是生命的最基本的特征,生物从外界吸取所需物质和能量,经过复杂的生物化学变化,转化成自身的物质,并贮存能量;同时,生物分解自身的物质,释放能量;细胞不断的吸收释放物质和能量,使机体不断地自我更新,从而保证机体生长、发育、繁殖、运动等生命活动正常进行,这就是生物的新陈代谢。
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二、绿色植物的光合作用(photosynthesis) • 生命世界最初的能量来源于太阳能。 • 光合作用是自然界通过自养生物(绿色植 物和光合细菌)将光能转变为化学能的主 要途径。 • 叶绿体是绿色植物光合作用的器官。
三、生物氧化——细胞主要的获能方式 1、生物氧化的概念 • 是指糖、脂类、蛋白质等有机化合物在细 胞内氧化分解为CO2和H2O,并释放能量 的过程。 • 它包括一系列氧化还原反应,体内所需能 它包括一系列氧化还原反应, 量大部分来自有机物的氧化。 量大部分来自有机物的氧化。
说明 物质代谢和能量代谢是密不可分的
细胞的能量货币—— ATP 绿色植物的光合作用 生物氧化 生物体内的代谢网络
一、生物的能量通用货币—ATP
1. 结构特性 ATP(腺苷三磷酸)是一分子腺嘌呤、一分子 (腺苷三磷酸)是一分子腺嘌呤、 核糖和三个相连的磷酸基团构成的核苷酸。 核糖和三个相连的磷酸基团构成的核苷酸。
FAD FADH2 H2 O
琥珀酸脱氢酶
延胡索酸酶
苹果酸 脱氢酶
NAD+
NADH+H+ 草酰乙酸
O CH3-C-SCoA
CoASH
脱水
三羧酸循环 (TCA) )
柠檬酸 草酰乙酸
NADH
NAD+
•柠檬酸的 生成阶段
顺乌头酸
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
NADH +CO2
H2O
•草酰乙酸 再生阶段
延胡索酸
•氧化脱 羧阶段
物质代谢与能量代谢的关系
新陈代谢 定义: 营养物质在生物体内所经历的一切化学变化 作用:
1.从周围环境中获取营养物质 1.从周围环境中获取营养物质 2.将外界营养物质转变为自身需要的物质或结构单元 2.将外界营养物质转变为自身需要的物质或结构单元 3.将结构单元组装成自身可利用的大分子 3.将结构单元组装成自身可利用的大分子 4.形成或分解功能分子 4.形成或分解功能分子 5.提供生命体需要的能量
(3)电子传递与氧化磷酸化 电子传递过程: 电子传递过程:指还原型的辅酶通过电子传递再氧 化的过程。 化的过程。 电子传递链:是指由一系列具有氧化还原作用的电 电子传递链: 子载体组成, 子载体组成,并且按其对电子亲和力递增的顺序 排列,即电子从NADH到氧的方向传递。 排列,即电子从NADH到氧的方向传递。 NADH到氧的方向传递 氧化磷酸化: 氧化磷酸化:指电子沿电子传递链传递过程中伴随 ADP磷酸化而生成ATP的作用 磷酸化而生成ATP的作用。 ADP磷酸化而生成ATP的作用。
四、生物体内的代谢网络
(1)糖酵解 糖酵解的定义:在酶的作用下,葡萄糖生成丙酮 酸、NADH及少量ATP的过程。 己糖的磷酸化 糖酵解的三个阶段: 磷酸己糖的裂解 ATP和丙酮酸的生成
第一阶段: 第一阶段:葡萄糖的磷酸化
ATP
ADP
己糖激酶 磷酸葡萄糖 异构酶A NhomakorabeaP磷酸果 糖激酶
ADP
第二阶段: 第二阶段: 磷酸己糖的裂解
α-酮戊二酸
FADH2
NAD+
NADH +CO2
琥珀酸
FAD
GTP
琥珀酰CoA 琥珀酰
三羧酸循环的8个反应可写成一个化学平衡方 式,总反应式为: 乙酰CoA + 2H2O + FAD + GDP + Pi → 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoA-SH 在动物中,琥珀酰CoA合成酶反应形成的 GTP在能量上与ATP相等。
ADP ATP
乳酸
NAD+ NADH+H+ ATP ADP E3
3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸
丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸
小结 糖酵解是一个不需氧的产能过程 产能的方式和数量 方式: 方式:底物水平磷酸化 净生成ATP数量:从G开始 ×2-2= 2ATP 数量: 开始2× 净生成 数量 开始 从Gn开始 ×2-1= 3ATP 开始2× 开始 生 理 意 义 1.是 是 2.是 是 氧 氧 的 的 能量的 的 : : 方式 能
醛缩酶
丙糖磷酸 异构酶
第三阶段:磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成 第三阶段:磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和 的生成
NAD+ Pi
3-磷酸甘油醛 磷酸甘油醛 脱氢酶 磷酸甘油酸 激酶 变 位 酶 ATP ADP H2O
NADH+H+
ADP
ATP
丙酮酸激酶
丙酮酸 PEP
Mg或Mn 或 烯醇化酶
Glu
(2)三羧酸循环 指乙酰CoA和草酰乙酸 三羧酸循环的概念:指乙酰 和草酰乙酸 缩合生成含三个羧基的柠檬酸, 缩合生成含三个羧基的柠檬酸,反复的进 行脱氢脱羧,又生成草酰乙酸, 行脱氢脱羧,又生成草酰乙酸,再重复循 环反应的过程。 环反应的过程。
TCA第一阶段:柠檬酸生成 第一阶段: 第一阶段
O CH3-C-SCoA CoASH
E1
G-6-P
F-6-P
ATP ADP E1:己糖激酶 己糖激酶
E2 F-1, 6-2P ATP ADP
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油醛 磷酸甘油醛
糖 酵 解 的 代 谢 途 径
E2: 6-磷酸果糖激酶 磷酸果糖激酶-1 磷酸果糖激酶 E3: 丙酮酸激酶
NAD+ NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸 二磷酸甘油酸
柠檬酸合成酶 草酰乙酸
顺乌头 酸酶 H2O
顺乌头酸酶
H2 O
TCA第二阶段:氧化脱羧 第二阶段: 第二阶段
NAD+ NADH+H+ CO2 异柠檬酸脱氢酶 NAD+ NADH+H+ CO2 α-酮戊二酸 脱氢酶
琥珀酸 脱氢酶
GDP+Pi +
GTP
CoASH
TCA第三阶段:草酰乙酸再生 第三阶段: 第三阶段
• 如果考虑丙酮酸脱氢酶的反应, 考虑到每分子葡萄糖产生2 分子丙酮酸, 葡萄糖通过酵解和三羧酸循环的分解代谢方 程式为: • 葡萄糖 + 6H2O + 10 NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4 Pi • →6CO2 + 10 NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP • 到此为止,每摩尔葡萄糖在这个方程式中只产生4molATP。 在酵解部分产生的ATP是2mol。 • 葡萄糖氧化产生的ATP大多数不是直接从酵解和三羧酸循 环产生的,而是通过还原的电子载体在呼吸链中再氧化产 生的。
分类:
合成代谢 物质代谢 新陈代谢 能量代谢 吸能代谢 分解代谢 放能代谢
分解代谢: 分解代谢: 有机营养物(外界 外界、 有机营养物 外界、 自身)通过一系列 自身 通过一系列 化学反应转变成 结构简单的小分 子化合物, 子化合物,同时 释放能量的过程。 释放能量的过程。 合成代谢: 合成代谢: 生物体利用小分 子或大分子结构 元件合成所需的 生物大分子的过 程,此过程需要 能量。 能量。
2、生物氧化的特点: • 发生在活细胞中,有多种酶的参与和调控; • 在温和条件下进行(体温、生理pH); • 是一个复杂的氧化还原过程,包括电子转 移和质子的转移; • 能量的释放是逐步的,并以ATP的形式传送。
3、生物氧化的过程 • 生物氧化全过程包括: 生物氧化全过程包括: • Stage1:糖、脂、蛋白质分解为乙酰 蛋白质分解为乙酰CoA; : ; • Stage2:乙酰 进入TCA cycle产生还 :乙酰CoA进入 进入 产生还 原性辅酶和CO2; 原性辅酶和 • Stage3:还原性辅酶通过呼吸链释放能量。 :还原性辅酶通过呼吸链释放能量。