第四节细胞的能量代谢

第四节 细胞的能量代谢

1.4.1能量货币ATP

1）ATP：腺苷三磷酸, 是一种核苷酸, 由一个戊糖, 一个含氮碱基(腺嘌呤)，3个磷酸根组成。两个磷酸基团之间形成的是高能磷酸键。

细胞内ATP的形成方式：底物水平磷酸化、氧化磷酸化（与电子传递系统偶联）

生物体的一切活动所利用的都是ATP水解所产生的能量。

2）底物水平磷酸化：在酶的作用下，ADP分子直接从一个磷酸化的分子，接受一个磷酸基团，产生ATP的方法。

在生物氧化过程中，只有少量的ATP是以底物水平磷酸化方式形成的，大量的ATP是通过氧化磷酸化的方式形成的。

1.4.2细胞呼吸概述

食物进入消化道之后，会经过两个代谢过程，一个是物质代谢，另一个能量代谢。

1）生物氧化: 有机化合物在细胞内被氧化分解为CO2和H2O，并释放能量的过程，又称细胞呼吸。细胞就是利用该反应释放的能量合成ATP。

细胞呼吸必须有O2参加，否则，糖分子就不能被氧化成CO2和H2O。

2）生物氧化的特点：

1、发生在活细胞中，有多种酶的参与和调控；

2、在温和条件下进行（体温、生理pH）；

3、一个复杂的氧化还原过程，包括电子转移和质子的转移；

4、能量的释放是逐步的，并以ATP的形式储存和传送。

3）细胞呼吸可以分为以下四个阶段完成：糖酵解、丙酮酸氧化、柠檬酸循环、电子传递与氧化磷酸化。

1.4.3糖酵解与柠檬酸循环

1）糖酵解：

糖酵解终产物：丙酮酸和能量。1分子葡萄糖产生：2丙酮酸+2ATP+2NADH ATP磷酸化方式：通过底物水平磷酸化。细胞只获得了其中20%的能量，

发生在细胞质基质，不需要O2。

2）柠檬酸循环：在细胞线粒体基质中进行，需O2反应过程，细胞内物质代谢的最终共同途径。

丙酮酸经过扩散进入线粒体,丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的作用下，经多步反应，生成乙酰CoA。乙酰CoA是一种高能化合物，它直接参与了柠檬酸循环真核细胞内代谢过程的枢纽。乙酰CoA经过一轮循环，会产生3NADH，1GTP, 1FADH2，并释放2CO2。由于1个葡萄糖分子产生2乙酰CoA，所以，1个葡萄糖分子经过柠檬酸循环，会产生6NADH，2GTP, 2FADH2和4CO2。

1.4.4电子传递与氧化磷酸化

1）电子传递链(Electron Transport Chain)：线粒体内膜上由一系列能可逆地接受和释放电子或H+的化学物质所组成，它们相互关联有序排列成的传递链，是多酶体系。线粒体内膜三种蛋白复合物起着电子传递和质子泵的作用。可移动的电子载体: 泛醌（Q）,细胞色素C（C）。电子供体：NADH，FADH2，最终的电子受体：O2。

电子传递链的作用: 传递有氧呼吸获得的电子、形成质子电化学梯度、以化学渗透方式合成ATP。

跨越线粒体内膜的电化学质子梯度组成：质子浓度梯度、膜电位差。

2）氧化磷酸化：在电子传递过程所释放的能量导致质子的跨膜移动，从而形成质子驱动力，质子经ATP合酶回流驱动ATP的合成。

3）经过糖酵解、丙酮酸氧化、柠檬酸循环、电子传递和氧化磷酸化过程，葡萄糖分子被彻底氧化成了CO2和H2O。共形成32 ATP。

由于2分子NADH是糖酵解过程中产生的, 位于细胞质中, 2分子NADH从胞浆运至线粒体基质需消耗2分子ATP。

所以,一个葡萄糖分子经过细胞呼吸（生物氧化）全过程净产生: 30 个ATP

1.4.5乙醇发酵和乳酸发酵

发酵：在无氧条件下,有机物降解而产生能量的途径。

1）乙醇发酵：酵母菌利用丙酮酸来氧化NADH，补充NAD+。丙酮酸首先被还原为乙醛，释放出CO2, 接着再被还原成乙醇。在乙醛被还原成乙醇的过程中，NADH被氧化，失去H+成为了氧化型的NAD+，这样NAD+就得到了补充，

糖酵解过程也就能够持续进行了。因此，这种代谢途径，ATP的产量与糖酵解是一样的，丙酮酸最终转变成了CO2和乙醇，发酵的产物是乙醇。

2）乳酸发酵：在缺氧条件下，丙酮酸被还原成乳酸，NADH被氧化，成为氧化型的NAD+，使细胞内的NAD+得到补充，保证糖酵解过程持续进行，从而获得能量。

总之，葡萄糖分子经过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧气存在的条件，可以进一步经过丙酮酸氧化和柠檬酸循环，被彻底氧化成CO2，在无氧的条件下，丙酮酸可通过发酵作用获得能量。无论乙醇发酵还是乙酸发酵，都是通过补充还原型NAD+，使糖酵解过程持续进行，从而获得ATP能量的。

1.4.6营养物质的分解和代谢

1）分解：食物中的生物大分子，如蛋白质和脂肪在消化道内被消化水解，生成氨基酸和脂肪酸，它们都可以经过氧化分解，从而为细胞提供能量（ATP），它们的氧化都是先转变为某种中间产物，然后进入糖酵解或Krebs循环，被彻底氧化成CO2和H2O。

2）代谢：食物分子分解产生的小分子物质并非都用于生物氧化，产生ATP，它们也可以用于合成新的生物大分子，或形成细胞、组织和生物体的结构成分。

1.4.7叶绿体与光系统

1）叶绿体

叶绿体的结构：类囊体—>基粒、类囊体膜、类囊体腔、叶绿体基质。

光合色素：叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素。

2）光系统

光系统：光合作用的功能单位。由200～300个叶绿素分子与蛋白质形成复合物, 位于叶绿体的类囊体膜上。

在高等植物叶绿体中存在两类光系统，分别命名为光系统I和光系统II。

光系统主要由反应中心和天线复合体组成。传递原则:能量传递的方向是从吸收短波长的向吸收长波长光波的天线分子传递，反应中心的叶绿素分子是吸收最长光波的色素，这样，就保证光能的传递方向是由天线色素传向反应中心色素。

1.4.8光反应

1)光反应