细胞代谢知识讲解
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细胞呼吸产生能量，但大部分以ATP的形式贮藏，供细胞各种活 动所需
能与细胞
ATP是细胞中的能量通货
➢ ATP：三磷酸腺苷 戊糖
ATP 含氮碱基——腺嘌呤
3个磷酸根 ATP ADP + Pi + 能
能与细胞
ATP是细胞中的能量通货
➢ ATP循环：通过ATP的合成和水解使放能反应释放的能量用于吸能 反应的过程
宇宙中的总能量不变 能量转变导致宇宙的无序性（熵）增加
能与细胞
热力学定律
➢ 细胞利用有序性低的原料制造高度有序的结构，一个生长中的细 胞或生物体是一个熵值不断减少的独立王国，生存于熵值不断增 加的宇宙之中
能与细胞
生物体中能的转换
能的转换
化学能转换为渗透能 化学能转换为机械能 化学能转换为辐射能 化学能转换为电能 光能转换为化学能 声能转换为电能 光能转换为电能
化因素均可影响酶活性，甚至使酶完全失活；故要保持酶活性， 避免能使蛋白质变性的因素
➢ 酶促反应的可调节性：酶是生物催化剂，与体内其它代谢物一样 ，其自身也要不断进行新陈代谢，通过改变酶的合成和降解速度 可调节酶含量
一、酶与ATP 1.关于酶的正确与错误说法
产生场所 化学本质 作用场所 温度影响 作用 来源
正确说法
错误说法
活细胞(不考虑哺乳动 具有分泌功能的细胞才
物成熟红细胞等)
能产生
有机物(大多为蛋白质, 蛋白质 少数为RNA)
可在细胞内、细胞外、只在细胞内起催化作用 体外发挥作用
低温只抑制酶的活性, 低温和高温均使酶变性
不会使酶变性失活
失活
酶只起催化作用 生物体内合成
酶具有调节、催化等多 种功能
有的可来源于食物等
①ATP的第三个高能磷酸键很容易断裂和再形成 ②黑暗 条件下,只有线粒体可以产生ATP ③呼吸作用把有机物中 绝大部分能量转移到ATP中 ④人体内成熟的红细胞中氧 气含量增多,则产生ATP增多 ⑤ATP的合成总是伴随有机 物的氧化分解
A.①②③④⑤
C.③⑤
B.②④
D.①④⑤
二、光合作响酶的活性来 影响酶的催化效率。底物浓度、酶的浓度可影 响酶的催化效率,却不影响酶的活性。
3.ATP结构
ATP的组成及结构
要注意将ATP的结构简式中的“A”和DNA、R NA的结构简式中的不同部位的“A”进行区分 ,如下图中圆圈部分所代表的分别是:
①腺苷、②腺嘌呤、③腺嘌呤脱氧核苷酸、 ④腺嘌呤核糖核苷酸。
(2)专一性:酶对底物具有严格的选择性,一种 酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
很多学者认为:酶与底物结合时,底物的结构 和酶的活动中心的结构十分吻合,就好像一把 钥匙开一把锁一样(“锁—钥”模型),因而体 现出酶的专一性。可用图解表示如下:
(注:该模型能解释酶的专一性,实际情况是由 于酶与底物的结构互补,诱导契合,通过分子 的相互识别产生的,如下图)
4.ATP的合成与ATP的水解不是可逆反应
项目 反应条件不同 能量来源不同
反应场所不同
ATP的合成
ATP的水解
是一种合成反应,催化 属水解反应,催化该反 该反应的酶属合成酶 应的酶属水解酶
能量来源主要是太阳 释放的能量是储存在
光能和有机物分解释 高能磷酸键中的化学
放的化学能
能
细胞质基质、线粒体 生活细胞的需要能量
细胞代谢
细胞代谢
重点：细胞呼吸和光合作用 生物所利用的能量，都直接或间接地来自太阳光
光合作用：直接利用太阳光的过程 细胞呼吸：间接利用太阳光的过程
能与细胞
能是作功的本领
➢ 生物体内作的功多种多样：物质流动、肌肉收缩、生物体各部分 乃至整个生物体的运动、细胞内各式各样物质的合成等
➢ 作功都要消耗能量，没有能，生物就不可能存活
和叶绿体
的部位
◆例1 下图示生物体内常见的一种生理作用过程,下列叙述不
正确的是 ( D )
A.反应完成后,a的性质未发生改变 B.a成分是蛋白质或RNA C.反应体系中b浓度不变,a浓度升高可使反应速率加快 D.温度过高对a的影响比温度过低对a的影响小
◆例2 ATP是细胞的能量“通货”,有关说法错误的是 (A )
发生部位
肾 肌细胞、纤毛上皮细胞 萤火虫发光器官 神经、脑、味觉感受器 叶绿体 内耳 视网膜
能与细胞
吸能反应和放能反应
➢ 化学反应可分为吸能反应和放能反应两类 ➢ 吸能反应：反应产物分子中的势能比反应物分子中的势能多
光合作用是生物界最重要的吸能反应 ➢ 放能反应：产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能
(3)酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是 在比较温和的条件下进行的。高温、过酸或过碱、 重金属盐等会使酶的空间结构遭到破坏,酶会永久失 活。相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加 热到100 ℃,过氧化氢酶早已失去活性,而Fe3+仍可起 催化作用。但要注意的是,低温仅是抑制酶的活性, 随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。
➢ 能：动能和势能
动能：两腿运动、鸟扇动双翅 势能：细胞中的分子，由于其中原子的 排列而具有势能，称为化学能，是生物 体内最重要的能量形式
能与细胞
热力学定律
➢ 能量可以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
➢ 生物体是开放体系，不断与环境之间进行物质和能量的交换 ➢ 热力学定律：
2.对酶的特性的理解
(1)高效性:酶的催化效率很高,是无机催化剂 的107~1013倍。中间产物学说认为:酶在催化 某一底物时,先与底物结合生成一种极不稳定 的中间产物(酶—底物复合物),这种中间产物 极为活跃,很容易发生化学反应,并释放出酶 。其催化过程可表示为:
酶能加快反应速率的根本原因是酶能显著降 低反应的活化能,缩短反应达到平衡点的时 间,但不改变反应的平衡点。
酶
酶（enzyme）：生物催化剂，加速生物体内化学反应的进行 在非细胞条件下酶也能发挥作用 酶能降低反应所需的活化能，所以能加速化学反应的进行
酶
酶促反应的特点
➢ 催化效率高，提高化学反应速度106-1012倍，且没有副反应 ➢ 高度特异性或专一性（specificity） ➢ 高度不稳定性：酶的化学本质是蛋白质，凡能使蛋白质变性的理
(1)不同部位
由于叶绿素具有接受和转换能量的作用,所以,植株中凡是 绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定 范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例, 最幼嫩的叶片光合速率低,随着叶子成长,光合速率不断加 大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。
能与细胞
ATP是细胞中的能量通货
➢ ATP：三磷酸腺苷 戊糖
ATP 含氮碱基——腺嘌呤
3个磷酸根 ATP ADP + Pi + 能
能与细胞
ATP是细胞中的能量通货
➢ ATP循环：通过ATP的合成和水解使放能反应释放的能量用于吸能 反应的过程
宇宙中的总能量不变 能量转变导致宇宙的无序性（熵）增加
能与细胞
热力学定律
➢ 细胞利用有序性低的原料制造高度有序的结构，一个生长中的细 胞或生物体是一个熵值不断减少的独立王国，生存于熵值不断增 加的宇宙之中
能与细胞
生物体中能的转换
能的转换
化学能转换为渗透能 化学能转换为机械能 化学能转换为辐射能 化学能转换为电能 光能转换为化学能 声能转换为电能 光能转换为电能
化因素均可影响酶活性，甚至使酶完全失活；故要保持酶活性， 避免能使蛋白质变性的因素
➢ 酶促反应的可调节性：酶是生物催化剂，与体内其它代谢物一样 ，其自身也要不断进行新陈代谢，通过改变酶的合成和降解速度 可调节酶含量
一、酶与ATP 1.关于酶的正确与错误说法
产生场所 化学本质 作用场所 温度影响 作用 来源
正确说法
错误说法
活细胞(不考虑哺乳动 具有分泌功能的细胞才
物成熟红细胞等)
能产生
有机物(大多为蛋白质, 蛋白质 少数为RNA)
可在细胞内、细胞外、只在细胞内起催化作用 体外发挥作用
低温只抑制酶的活性, 低温和高温均使酶变性
不会使酶变性失活
失活
酶只起催化作用 生物体内合成
酶具有调节、催化等多 种功能
有的可来源于食物等
①ATP的第三个高能磷酸键很容易断裂和再形成 ②黑暗 条件下,只有线粒体可以产生ATP ③呼吸作用把有机物中 绝大部分能量转移到ATP中 ④人体内成熟的红细胞中氧 气含量增多,则产生ATP增多 ⑤ATP的合成总是伴随有机 物的氧化分解
A.①②③④⑤
C.③⑤
B.②④
D.①④⑤
二、光合作响酶的活性来 影响酶的催化效率。底物浓度、酶的浓度可影 响酶的催化效率,却不影响酶的活性。
3.ATP结构
ATP的组成及结构
要注意将ATP的结构简式中的“A”和DNA、R NA的结构简式中的不同部位的“A”进行区分 ,如下图中圆圈部分所代表的分别是:
①腺苷、②腺嘌呤、③腺嘌呤脱氧核苷酸、 ④腺嘌呤核糖核苷酸。
(2)专一性:酶对底物具有严格的选择性,一种 酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
很多学者认为:酶与底物结合时,底物的结构 和酶的活动中心的结构十分吻合,就好像一把 钥匙开一把锁一样(“锁—钥”模型),因而体 现出酶的专一性。可用图解表示如下:
(注:该模型能解释酶的专一性,实际情况是由 于酶与底物的结构互补,诱导契合,通过分子 的相互识别产生的,如下图)
4.ATP的合成与ATP的水解不是可逆反应
项目 反应条件不同 能量来源不同
反应场所不同
ATP的合成
ATP的水解
是一种合成反应,催化 属水解反应,催化该反 该反应的酶属合成酶 应的酶属水解酶
能量来源主要是太阳 释放的能量是储存在
光能和有机物分解释 高能磷酸键中的化学
放的化学能
能
细胞质基质、线粒体 生活细胞的需要能量
细胞代谢
细胞代谢
重点：细胞呼吸和光合作用 生物所利用的能量，都直接或间接地来自太阳光
光合作用：直接利用太阳光的过程 细胞呼吸：间接利用太阳光的过程
能与细胞
能是作功的本领
➢ 生物体内作的功多种多样：物质流动、肌肉收缩、生物体各部分 乃至整个生物体的运动、细胞内各式各样物质的合成等
➢ 作功都要消耗能量，没有能，生物就不可能存活
和叶绿体
的部位
◆例1 下图示生物体内常见的一种生理作用过程,下列叙述不
正确的是 ( D )
A.反应完成后,a的性质未发生改变 B.a成分是蛋白质或RNA C.反应体系中b浓度不变,a浓度升高可使反应速率加快 D.温度过高对a的影响比温度过低对a的影响小
◆例2 ATP是细胞的能量“通货”,有关说法错误的是 (A )
发生部位
肾 肌细胞、纤毛上皮细胞 萤火虫发光器官 神经、脑、味觉感受器 叶绿体 内耳 视网膜
能与细胞
吸能反应和放能反应
➢ 化学反应可分为吸能反应和放能反应两类 ➢ 吸能反应：反应产物分子中的势能比反应物分子中的势能多
光合作用是生物界最重要的吸能反应 ➢ 放能反应：产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能
(3)酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是 在比较温和的条件下进行的。高温、过酸或过碱、 重金属盐等会使酶的空间结构遭到破坏,酶会永久失 活。相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加 热到100 ℃,过氧化氢酶早已失去活性,而Fe3+仍可起 催化作用。但要注意的是,低温仅是抑制酶的活性, 随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。
➢ 能：动能和势能
动能：两腿运动、鸟扇动双翅 势能：细胞中的分子，由于其中原子的 排列而具有势能，称为化学能，是生物 体内最重要的能量形式
能与细胞
热力学定律
➢ 能量可以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
➢ 生物体是开放体系，不断与环境之间进行物质和能量的交换 ➢ 热力学定律：
2.对酶的特性的理解
(1)高效性:酶的催化效率很高,是无机催化剂 的107~1013倍。中间产物学说认为:酶在催化 某一底物时,先与底物结合生成一种极不稳定 的中间产物(酶—底物复合物),这种中间产物 极为活跃,很容易发生化学反应,并释放出酶 。其催化过程可表示为:
酶能加快反应速率的根本原因是酶能显著降 低反应的活化能,缩短反应达到平衡点的时 间,但不改变反应的平衡点。
酶
酶（enzyme）：生物催化剂，加速生物体内化学反应的进行 在非细胞条件下酶也能发挥作用 酶能降低反应所需的活化能，所以能加速化学反应的进行
酶
酶促反应的特点
➢ 催化效率高，提高化学反应速度106-1012倍，且没有副反应 ➢ 高度特异性或专一性（specificity） ➢ 高度不稳定性：酶的化学本质是蛋白质，凡能使蛋白质变性的理
(1)不同部位
由于叶绿素具有接受和转换能量的作用,所以,植株中凡是 绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定 范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例, 最幼嫩的叶片光合速率低,随着叶子成长,光合速率不断加 大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。