白天有机酸脱羧释放CO2用于光合作用
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➢ 动物细胞呼吸的“燃料”
ATP和ADP分子的相互转换
体重70kg的男子不同活动时所需要的能量（kj/h)
活动
静坐
站立，放 松
快打字
步行 （4.2km/h)
做木工
能量 419 440 586 837 1004
活动
锯木头
游泳
跑步 （5.3km/h)
快步 （5.3km/h)
上楼梯
能量 2010 2093 2387 2722 4605
物向另一个化合物转移 ➢ 氧化还原反应是呼吸作用和光合作用等代谢中最
基本的反应
氧化还原反应
➢ 被转移的氢原子所携带的能量储藏在新化学键中
XH2 (还原型底物)＋NAD+→X(氧化型底物)＋NADH＋H+ XH2 (还原型底物)＋NADP+→X(氧化型底物)＋NADPH＋H+ XH2 (还原型底物)＋FAD+→X(氧化型底物)＋FADH2
➢ 细胞呼吸是一种氧化反应
有机化合物+O2→CO2+能量
➢ “燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质 等
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+热量）
➢ 细胞呼吸主要在线粒体中进行，温 和条件和酶的参与调控
• 人体细胞的呼吸过程
➢ 慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量， 同时产生二氧化碳和水
某些食物所含的热量（kj/100g)
食物 大米 面粉 玉米面
花生仁 （生）
黄豆 猪肉
热量 1448 1465 1423 1247
1502 1654
食物 牛肉 鸡蛋 鲤鱼 苹果
菠菜 植物油
热量 226 577 456 218
ຫໍສະໝຸດ Baidu100 3761
氧化还原反应
➢ 获得电子——还原反应；失去电子——氧化反应 ➢ 氧化还原反应——细胞中氢及其电子从一个化合
影响酶活性的因素
温度的影响
pH 的影响
辅助因子的作用
➢ 无机金属离子——辅助因子 ➢ 有机化合物——辅酶——递H+或递电子
NADP+和FAD 的递H+和递 电子作用
酶的抑制剂
➢ 可逆与不可逆抑制剂 ➢ 竞争性与非竞争性抑制剂
反馈抑制
➢ 酶促反应在细胞中往往不 是独立发生的
➢ 在代谢过程中局部反应对 催化该反应的酶所起的抑 制作用，称为反馈抑制
➢ 还原态的NADH、NADPH和FADH2等还可将所接受 的电子和氢传递给其他传递体如细胞色素、辅酶 Q等
3 细胞呼吸的化学过程
概述
➢ 细胞呼吸是由一系列化 学反应组成的一个连续 完整的代谢过程
➢ 每一步化学反应都需要 特定的酶参与才能完成
➢ 细胞呼吸的3个阶段
糖酵解
➢ 发生在细胞质中的9步反应 ➢ 参与化合物：①葡萄糖，②ADP和
第四章
细胞代谢
1 生物体的能量
生命活动需要能量
➢ 生命的存在要靠能量,生物 本身不能创造新的能量。几 乎所有地球生命所需要的能 量都来自太阳
➢ 自养生物与异养生物 ➢ 生态系统中能量的流动是由
多样化的生命过程完成的
代谢是化学物质和能量的转化过程
2 热力学定律
热力学第一定律
➢ 热力学第一定律即能量守 恒定律
ATP+E-LH ELH2-AMP + Pi
ELH2-AMP+O2 E-P+CO2+h
二、酶
酶是具有催化作用的蛋白质
➢ 热力学原理只能帮助我们预测一个反应能否发 生，却不能告诉我们反应的速度有多快
➢ 酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂 ➢ 绝大多数的酶都是蛋白质 ➢ 酶在常温、常压、中性pH的温和条件下具有很
➢ 宇宙的能量是一个常数， 能量可以不断被转化和转 移，但不可能被创造，也 不可能被消灭
热力学第二定律
➢ 热力学将不能做功的随机 和无序状态的能定义为熵， 以S表示
➢ 宇宙或系统的各种过程总 是向着熵增大的方向进行
热力学第二定律
➢ 热力学将系统中总的热量称为焓，以H表示 ➢ 在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那
DG = -30.5 kJ/mol
NH2
ATP
• ATP作为细胞能量的通货是如何工作的？
放能反应和ATP 的合成相偶联， 吸能反应和ATP 的分解相偶联
• 细胞利用能量（ATP）完成各种工作
• 仲夏的夜晚萤火虫如何利用ATP来发光？
发 光 细 胞 有 荧 光 素 酶 （ E-LH ） ， 酶促反应使ATP与E-LH先偶联， 偶联的高能中间产物ELH2-AMP 在氧气存在时可释放出能量， 并以荧光的形式发射出来：
高的催化效率
酶的催化作用机理
• 酶可以降低活化一个反应所需要的能量
➢ 化学键 能障 活化能
• 酶与底物结合降低反应的活化能
➢ 酶 + 底物 酶-底物复合物 酶 + 产物
E + S E-S
E+ P
• 酶的特异性（专一性）
➢ 特殊的三维空间结构和构象 ➢ 酶的活性位点或酶的活性中心 ➢ 钥匙和锁 诱导契合 ➢ 酶的活性位点“柔性学说”
➢ 快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳
ATP的产生和应用
➢ 贮藏在葡萄糖等食物分子中 的化学能经细胞呼吸释放， 以高能磷酸键的形式贮藏在 ATP分子中
➢ 葡萄糖中大约40%50%的能量 被转化贮藏在ATP中，而汽车 发动机只有15%25%转化为动 能，细胞呼吸的产能效率高
ATP的产生和应用
➢ 在生物体中，ATP不断地消耗和再生，维持着生命 的高度有序状态
➢ 细胞自行调节其代谢的一 种机制
➢ 维持细胞稳态的重要机制
三、细胞呼吸
1 概念：
呼吸作用是指生物从周围空气中吸入氧气，又
向其中呼出二氧化碳的过程。是一种气体交换。
细胞呼吸指细胞在有氧条件下从食物分子（主
要是葡萄糖）中获得能量的过程。
2 细胞呼吸产生能量
➢ 细胞呼吸是生物体获得能量的主要 代谢途径
一部分能量为自由能，以G表示 ➢ 当熵增加时，系统的自由能便会下降，因此有：
DG = DH-TDS (T为绝对温度) ➢ 生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定
律作抗争
3 吸能反应和放能反应
➢ 物理和化学过程达到平衡时， 即达到系统的自由 能最小而熵最大
➢ 在一个反应中，如果产物比反应物含有更少的自由能， 这个反应便趋向于自发地进行
➢ 自发反应可释放自由能，称为放能反应 ➢ 需从外界输入自由能才能进行的反应称为吸能反应 ➢ 光合作用是吸能反应 ➢ 呼吸作用是放能反应
4 细胞的能量通货——ATP
• 在活细胞中，能量贮存在
腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中
• ATP水解时，一个高能磷酸
键断裂同时释放出能量
ATP+H2O ——> ADP+Pi
ATP和ADP分子的相互转换
体重70kg的男子不同活动时所需要的能量（kj/h)
活动
静坐
站立，放 松
快打字
步行 （4.2km/h)
做木工
能量 419 440 586 837 1004
活动
锯木头
游泳
跑步 （5.3km/h)
快步 （5.3km/h)
上楼梯
能量 2010 2093 2387 2722 4605
物向另一个化合物转移 ➢ 氧化还原反应是呼吸作用和光合作用等代谢中最
基本的反应
氧化还原反应
➢ 被转移的氢原子所携带的能量储藏在新化学键中
XH2 (还原型底物)＋NAD+→X(氧化型底物)＋NADH＋H+ XH2 (还原型底物)＋NADP+→X(氧化型底物)＋NADPH＋H+ XH2 (还原型底物)＋FAD+→X(氧化型底物)＋FADH2
➢ 细胞呼吸是一种氧化反应
有机化合物+O2→CO2+能量
➢ “燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质 等
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+热量）
➢ 细胞呼吸主要在线粒体中进行，温 和条件和酶的参与调控
• 人体细胞的呼吸过程
➢ 慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量， 同时产生二氧化碳和水
某些食物所含的热量（kj/100g)
食物 大米 面粉 玉米面
花生仁 （生）
黄豆 猪肉
热量 1448 1465 1423 1247
1502 1654
食物 牛肉 鸡蛋 鲤鱼 苹果
菠菜 植物油
热量 226 577 456 218
ຫໍສະໝຸດ Baidu100 3761
氧化还原反应
➢ 获得电子——还原反应；失去电子——氧化反应 ➢ 氧化还原反应——细胞中氢及其电子从一个化合
影响酶活性的因素
温度的影响
pH 的影响
辅助因子的作用
➢ 无机金属离子——辅助因子 ➢ 有机化合物——辅酶——递H+或递电子
NADP+和FAD 的递H+和递 电子作用
酶的抑制剂
➢ 可逆与不可逆抑制剂 ➢ 竞争性与非竞争性抑制剂
反馈抑制
➢ 酶促反应在细胞中往往不 是独立发生的
➢ 在代谢过程中局部反应对 催化该反应的酶所起的抑 制作用，称为反馈抑制
➢ 还原态的NADH、NADPH和FADH2等还可将所接受 的电子和氢传递给其他传递体如细胞色素、辅酶 Q等
3 细胞呼吸的化学过程
概述
➢ 细胞呼吸是由一系列化 学反应组成的一个连续 完整的代谢过程
➢ 每一步化学反应都需要 特定的酶参与才能完成
➢ 细胞呼吸的3个阶段
糖酵解
➢ 发生在细胞质中的9步反应 ➢ 参与化合物：①葡萄糖，②ADP和
第四章
细胞代谢
1 生物体的能量
生命活动需要能量
➢ 生命的存在要靠能量,生物 本身不能创造新的能量。几 乎所有地球生命所需要的能 量都来自太阳
➢ 自养生物与异养生物 ➢ 生态系统中能量的流动是由
多样化的生命过程完成的
代谢是化学物质和能量的转化过程
2 热力学定律
热力学第一定律
➢ 热力学第一定律即能量守 恒定律
ATP+E-LH ELH2-AMP + Pi
ELH2-AMP+O2 E-P+CO2+h
二、酶
酶是具有催化作用的蛋白质
➢ 热力学原理只能帮助我们预测一个反应能否发 生，却不能告诉我们反应的速度有多快
➢ 酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂 ➢ 绝大多数的酶都是蛋白质 ➢ 酶在常温、常压、中性pH的温和条件下具有很
➢ 宇宙的能量是一个常数， 能量可以不断被转化和转 移，但不可能被创造，也 不可能被消灭
热力学第二定律
➢ 热力学将不能做功的随机 和无序状态的能定义为熵， 以S表示
➢ 宇宙或系统的各种过程总 是向着熵增大的方向进行
热力学第二定律
➢ 热力学将系统中总的热量称为焓，以H表示 ➢ 在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那
DG = -30.5 kJ/mol
NH2
ATP
• ATP作为细胞能量的通货是如何工作的？
放能反应和ATP 的合成相偶联， 吸能反应和ATP 的分解相偶联
• 细胞利用能量（ATP）完成各种工作
• 仲夏的夜晚萤火虫如何利用ATP来发光？
发 光 细 胞 有 荧 光 素 酶 （ E-LH ） ， 酶促反应使ATP与E-LH先偶联， 偶联的高能中间产物ELH2-AMP 在氧气存在时可释放出能量， 并以荧光的形式发射出来：
高的催化效率
酶的催化作用机理
• 酶可以降低活化一个反应所需要的能量
➢ 化学键 能障 活化能
• 酶与底物结合降低反应的活化能
➢ 酶 + 底物 酶-底物复合物 酶 + 产物
E + S E-S
E+ P
• 酶的特异性（专一性）
➢ 特殊的三维空间结构和构象 ➢ 酶的活性位点或酶的活性中心 ➢ 钥匙和锁 诱导契合 ➢ 酶的活性位点“柔性学说”
➢ 快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳
ATP的产生和应用
➢ 贮藏在葡萄糖等食物分子中 的化学能经细胞呼吸释放， 以高能磷酸键的形式贮藏在 ATP分子中
➢ 葡萄糖中大约40%50%的能量 被转化贮藏在ATP中，而汽车 发动机只有15%25%转化为动 能，细胞呼吸的产能效率高
ATP的产生和应用
➢ 在生物体中，ATP不断地消耗和再生，维持着生命 的高度有序状态
➢ 细胞自行调节其代谢的一 种机制
➢ 维持细胞稳态的重要机制
三、细胞呼吸
1 概念：
呼吸作用是指生物从周围空气中吸入氧气，又
向其中呼出二氧化碳的过程。是一种气体交换。
细胞呼吸指细胞在有氧条件下从食物分子（主
要是葡萄糖）中获得能量的过程。
2 细胞呼吸产生能量
➢ 细胞呼吸是生物体获得能量的主要 代谢途径
一部分能量为自由能，以G表示 ➢ 当熵增加时，系统的自由能便会下降，因此有：
DG = DH-TDS (T为绝对温度) ➢ 生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定
律作抗争
3 吸能反应和放能反应
➢ 物理和化学过程达到平衡时， 即达到系统的自由 能最小而熵最大
➢ 在一个反应中，如果产物比反应物含有更少的自由能， 这个反应便趋向于自发地进行
➢ 自发反应可释放自由能，称为放能反应 ➢ 需从外界输入自由能才能进行的反应称为吸能反应 ➢ 光合作用是吸能反应 ➢ 呼吸作用是放能反应
4 细胞的能量通货——ATP
• 在活细胞中，能量贮存在
腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中
• ATP水解时，一个高能磷酸
键断裂同时释放出能量
ATP+H2O ——> ADP+Pi