2020年高中生物奥赛辅导之六参照模板课件

高中生物奥赛辅导之六之六宣汉中学宣汉中学高二生物组高二生物组 供稿供稿氨基酸等电点氨基酸等电点光合作用光合作用生物氧化生物氧化酶促反应酶促反应主要内容主要内容 蛋白质是构成细胞和生物体的基本物质，占细胞干重的一半蛋白质是构成细胞和生物体的基本物质，占细胞干重的一半 。所有蛋白质的元素组成都很近似，都含有所有蛋白质的元素组成都很近似，都含有C C、H H、O O、N N四种元素，其中平均四种元素，其中平均含氮量约占含氮量约占1616，这是蛋白质在元素组成上的一个特点。，这是蛋白质在元素组成上的一个特点。蛋白质是一类极为复杂的含氮高分子化合物，其基本组成单位是蛋白质是一类极为复杂的含氮高分子化合物，其基本组成单位是氨基酸氨基酸。通过许多实验证明：对于含有一个氨基和一个羧基的通过许多实验证明：对于含有一个氨基和一个羧基的-氨基酸来说，在中性溶液中氨基酸来说，在中性溶液中或固体状态下，或固体状态下，主要是以两性离子的形式存在主要是以两性离子的形式存在。中性分子中性分子两性离子两性离子 氨基酸由于含有氨基和羧基，因此在化学性质上表现为是的氨基酸由于含有氨基和羧基，因此在化学性质上表现为是的一种兼有弱碱和弱酸的两性化合物。一种兼有弱碱和弱酸的两性化合物。HHHH(R0)(R-)(R+)氨基酸在溶液中的带电状态，会随着溶液的氨基酸在溶液中的带电状态，会随着溶液的pHpH值而变化。如果氨基酸的值而变化。如果氨基酸的净电荷等于零，在外加电场中不发生向正极或负极移动的现象，在这种状态下溶净电荷等于零，在外加电场中不发生向正极或负极移动的现象，在这种状态下溶液的液的pHpH值称为其等电点，常用值称为其等电点，常用pIpI表示表示。正极正极负极负极-+-正极正极负极负极-+-正极正极负极负极-+-当溶液的当溶液的pHpH值低于某氨基酸的等值低于某氨基酸的等电点时，则该氨基酸带净正电荷，在电点时，则该氨基酸带净正电荷，在电场中向阴极移动。电场中向阴极移动。若溶液的若溶液的pHpH值高于某氨基酸的等电值高于某氨基酸的等电点时点时,则该氨基酸带净负电荷则该氨基酸带净负电荷,在电场中在电场中向阳极移动。向阳极移动。环境pH=pI环境pHpIK K1 1+H+H+(R(R+)(R(R0 0)RR+K K1 1=-=-RR0 0 HH+K K1 1+H+H+(R(R-)RR0 0 K K2 2=-=-RR-HH+(R(R0 0)-COOH的解离常数 用标准用标准NaOHNaOH滴定，当滴定，当R R+有一半解离成有一半解离成R R0 0，即，即RR0 0=R=R+时，时，K K1 1=H=H+。对对K K1 1=H=H+两边取负对数，即两边取负对数，即pKpK1 1=pH=pH(即即此时环境中的此时环境中的pH为为-COOH的解离常数的解离常数)。-N2H的解离常数 用标准用标准NaOHNaOH滴定滴定，当当R R0 0有一半解离成有一半解离成R R-，即，即RR0 0=R=R+时，时，K K1 1=H=H+。对对K K2 2=H+=H+两边取负对数，即两边取负对数，即pKpK2 2=pH=pH(即此时环境中的即此时环境中的pH为为-NH2的解离常数的解离常数)。RR+K K1 1=-=-RR0 0 HH+pKpK1 1=pH=pHRR0 0 K K2 2=-=-RR-HH+pKpK2 2=pH=pHK K1 1 K K2 2=-=-RR+RR0 0 HH+RR0 0 RR-HH+(因为在等电点时，所带净电荷为0，即RR-=R=R+)K K1 1 K K2 2=-=-RR+HH+RR-HH+I=HI=H+=(K=(K1 1 K K2 2)1 1-2 2(I代表等电点的氢离子的浓度)pI=(pKpI=(pK1 1+pK K2 2)1 1-2 2(等式两边取负对数)例：丙氨酸的pK1(-COOH)=2.34,pK1(-N+H3)=9.69。则丙氨酸的等电点是多少？(2.34+9.69)/2=6.02pK1pK2pK32.093.869.82 但在等电点时主要以兼性离子但在等电点时主要以兼性离子(R(R0 0)存在，存在，RR+和和RR-很小且相等，很小且相等，RR2-2-或或RR2+2+的量的量可以忽略不计。可以忽略不计。只要依次写出它从酸性经过中性至碱性溶溶解高过程中的各种离子形式，然后取只要依次写出它从酸性经过中性至碱性溶溶解高过程中的各种离子形式，然后取两两性离子两侧的性离子两侧的pKpK值的算术平均值值的算术平均值，即可得其，即可得其pIpI值。值。(R(R+)(R(R0 0)(R(R-)(R(R2-2-)例：根据上面的解离情况，计算出天冬氨酸的等电点是多少？有的氨基酸因为有的氨基酸因为R R基中还含有基中还含有-NH2-NH2或或-COOH-COOH，它们有多个解离基团，所以有，它们有多个解离基团，所以有多个多个pKpK值。那么我们如何求这些氨基酸的等电点呢？值。那么我们如何求这些氨基酸的等电点呢？(2.09+3.86)/2=2.98返回返回一、光合作用的概念及其重大意义一、光合作用的概念及其重大意义 光合作用可概括为含光合色素的植物和细菌，在日光下利用无机物物质光合作用可概括为含光合色素的植物和细菌，在日光下利用无机物物质(CO(CO2 2、HH2 2OO、HH2 2S S等等)合成有机物合成有机物(如如C C6 6H H1212O O6 6)，并释放氧气或其它物质，并释放氧气或其它物质(如如S S等等)的过程。的过程。光合细菌根据它们所含光合色素和电子供体的不同而分为产氧光合细菌光合细菌根据它们所含光合色素和电子供体的不同而分为产氧光合细菌(如：蓝细菌如：蓝细菌)和不产氧光合细菌和不产氧光合细菌(如紫色细菌如紫色细菌)。光合作用是地球上最大的有机合光合作用是地球上最大的有机合成反应。每天把大量光能转化为分子形成反应。每天把大量光能转化为分子形式的化学能，并通过式的化学能，并通过食物链食物链为生物圈的为生物圈的其他成员所利用，是生态系统中的其他成员所利用，是生态系统中的生产生产者者。因此，光能是地球上几乎所有生物。因此，光能是地球上几乎所有生物所需所需能量的最终来源能量的最终来源。蓝细菌蓝细菌绿色植物绿色植物二、光合作用的场所二、光合作用的场所COCO2 2的固定的固定COCO2 2的还原的还原三、光合色素种类三、光合色素种类光合色素主要有三种类型：光合色素主要有三种类型：叶绿素叶绿素(叶绿素叶绿素a a、叶绿素、叶绿素b b为主为主)、类胡萝卜素类胡萝卜素(包括胡萝包括胡萝卜素和叶黄素卜素和叶黄素)和和藻胆素藻胆素(主要有藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白主要有藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白)。高等植物中含有前两类，藻胆素仅存在于藻类中。高等植物中含有前两类，藻胆素仅存在于藻类中。类囊体膜上分布有光合类囊体膜上分布有光合色素、电子传递体、色素、电子传递体、ATPATP酶等。酶等。光合色素的形成与光、温度、营养元素、氧气、水等有关。光合色素的形成与光、温度、营养元素、氧气、水等有关。植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境的适应，这使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。的适应，这使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。叶绿素最强的吸收区有两处：叶绿素最强的吸收区有两处：波长波长640-660nm640-660nm的红光部分和的红光部分和430-450nm430-450nm的蓝紫光部分。叶绿的蓝紫光部分。叶绿素对橙光、黄光吸收较少，尤以对素对橙光、黄光吸收较少，尤以对绿光的吸收最少，所以叶绿素的溶绿光的吸收最少，所以叶绿素的溶液呈绿色。液呈绿色。(曲线曲线2-2-叶绿素叶绿素a,3-a,3-叶绿素叶绿素b)b)类胡萝卜素的吸收带在类胡萝卜素的吸收带在400400500nm500nm的蓝紫光区，它们的蓝紫光区，它们基本不吸收红橙黄光，从而基本不吸收红橙黄光，从而呈现橙黄色或黄色。呈现橙黄色或黄色。(曲线曲线5-胡萝卜素胡萝卜素)藻蓝蛋白的吸收光谱最大值是在橙红光部分，而藻红蛋白则是在绿光部分。藻蓝蛋白的吸收光谱最大值是在橙红光部分，而藻红蛋白则是在绿光部分。(曲线曲线4)光合色素的吸收光谱光合色素的吸收光谱光合作用过程光合作用过程原初反应原初反应电子传递电子传递光合磷酸化光合磷酸化H2O光光e-、H+O2ADPATPNADP+NADPHCO2同化同化有机物有机物CO2光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段H2O四、原初反应四、原初反应光能的吸收、传递和转换过程是通过原光能的吸收、传递和转换过程是通过原初反应完成的。初反应完成的。当波长范围为当波长范围为400400700nm700nm的可见光的可见光照到绿色植物上时，照到绿色植物上时，聚光系统的色素聚光系统的色素分子分子吸收光量子被激发起来。光能在色素分子吸收光量子被激发起来。光能在色素分子间以间以诱导共振方式诱导共振方式进行传递。能量可以进行传递。能量可以在相同色素分子之间传递，也可以在不同在相同色素分子之间传递，也可以在不同色素分子之间传递。色素分子之间传递。大量的光能吸收、聚集，并迅大量的光能吸收、聚集，并迅速传递到速传递到作用中心色素分子作用中心色素分子，以，以进行能量转换，进行能量转换的进行能量转换，进行能量转换的部位称为部位称为作用中心作用中心。光合作用中。光合作用中心至少包括一个光能转换色素分心至少包括一个光能转换色素分子子(P)(P)、一个原初电子受体、一个原初电子受体(A)(A)和和一个原初电子供体一个原初电子供体(D)(D)，才能导，才能导致电荷分离，将光能转换为电能，致电荷分离，将光能转换为电能，并且累积起来。并且累积起来。作用中心色素分子一般用其对光线吸收高峰的波长作标志。高等植物的两个作用中心色素分子一般用其对光线吸收高峰的波长作标志。高等植物的两个光系统有各自的反应中心光系统有各自的反应中心-PSPS和和PSPS反应中心中，其对光线吸收高峰的波长反应中心中，其对光线吸收高峰的波长分别为分别为700nm700nm、680nm680nm。分别用。分别用P P700700和和P P680680来表示。来表示。DPADP*A DP+A-D+PA-原初电子受体是指直接接受作用中心色素分子传来电子的原初电子受体是指直接接受作用中心色素分子传来电子的物体。原初电子供体，是指以电子直接供给作用中心色素分物体。原初电子供体，是指以电子直接供给作用中心色素分子的物体。光合作用的原初反应是连续不断地进行的，因此子的物体。光合作用的原初反应是连续不断地进行的，因此必须有连续不断的最终电子供体和最终电子受体，构成电子必须有连续不断的最终电子供体和最终电子受体，构成电子的的“源源”和和“流流”。PSPS和和PSPS反应中心中的原初电子供体很相似，但原初反应中心中的原初电子供体很相似，但原初电子受体不同。电子受体不同。五、电子传递五、电子传递高等植物高等植物最终的电子供体是水最终的电子供体是水，最终的电子受体是最终的电子受体是NADPNADP。聚光色素分子将光能吸收、传递至作用中。聚光色素分子将光能吸收、传递至作用中心后，使作用中心心后，使作用中心(P)(P)被激发而成为激发态，放出电子被激发而成为激发态，放出电子给原初电子受体给原初电子受体(A)(A)，中心色素失去的电子可由原初电，中心色素失去的电子可由原初电子供体子供体(D)(D)来补充，于是中心色素恢复原状，而原初来补充，于是中心色素恢复原状，而原初电子供体被氧化。这样不断地氧化还原，就把电子不电子供体被氧化。这样不断地氧化还原，就把电子不断地传递给原初电子受体，从而完成了断地传递给原初电子受体，从而完成了光能转换为电光能转换为电能能的过程。的过程。2H2ONADPHNADP+4H+O24e-DPADDPAD+PAPA-光合色素吸收光能后，把能量聚集到反应中心光合色素吸收光能后，把能量聚集到反应中心一种特殊状态的叶绿素一种特殊状态的叶绿素a a分子，引起电荷分离和光化分子，引起电荷分离和光化学反应。一方面将水氧化，放出氧气；另一方面把电学反应。一方面将水氧化，放出氧气；另一方面把电子传递给辅酶子传递给辅酶(NADP(NADP+），将它还原成），将它还原成NADPHNADPH，其，其间经过一系列间经过一系列电子传递体电子传递体。由于在光合作用的电子传递链中有两个光系统，它们都能吸收光能进行光反应，所由于在光合作用的电子传递链中有两个光系统，它们都能吸收光能进行光反应，所以会形成两个高峰以会形成两个高峰,通常用通常用Z Z形图来表示电子传递过程。形图来表示电子传递过程。根据电子的最后去向根据电子的最后去向,分为两种方式分为两种方式:非循环式电子传递途径非循环式电子传递途径和和循环式电子传递途径循环式电子传递途径。(2)(2)电子传递有两处是逆电子传递有两处是逆电势梯度，即电势梯度，即P680P680至至P680P680*，P700P700至至P700P700*，这种逆电势梯度的这种逆电势梯度的“上上坡坡”电子传递均由聚光电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后色素复合体吸收光能后推动，而其余电子传递推动，而其余电子传递都是顺电势梯度进行的。都是顺电势梯度进行的。(1)(1)电子传递链主电子传递链主要由光合膜上的要由光合膜上的PSPS、Cytb6/fCytb6/f复合体、复合体、PSPS三三个复合体串联组个复合体串联组成。成。在非循环式电子传递中在非循环式电子传递中,电子从经电子从经PSPS、PQPQ(质体醌质体醌)、CytbCytb(细胞色素细胞色素b)b)、Cytf(Cytf(细胞色细胞色素素f)f)、PCPC(质体蓝质体蓝)、PSPS、FdFd(铁氧化还原蛋白铁氧化还原蛋白),),最后传递给最后传递给NADPNADP+。非循环式电子传递由非循环式电子传递由PSIIPSII发出发出。非循环式电子传递非循环式电子传递能使水在光下分解能使水在光下分解，每次使，每次使2H2H2 2O O分解成分解成4H4H+O+O2 2+4e+4e-。非循环式电子传递非循环式电子传递循环式电子传递中，循环式电子传递中，PSIPSI被激发从被激发从PCPC中夺取电子并传递给中夺取电子并传递给FdFd后，不用于后，不用于NADPNADP+还原，还原，而是交回而是交回PQPQ，就构成封闭式的循环电子传递，其中有电子传递，就构成封闭式的循环电子传递，其中有电子传递CytbCytb、CytfCytf、PcPc参加。参加。循环式电子传递由循环式电子传递由PSIPSI发出。发出。循环式电子传递不能使水在光下分解，但细胞色素循环式电子传递不能使水在光下分解，但细胞色素b/fb/f复合物将基质中的质子泵人内囊复合物将基质中的质子泵人内囊体腔内，进一步增加质子浓度梯度。体腔内，进一步增加质子浓度梯度。循环式电子传递循环式电子传递(红线部分所示红线部分所示)六、光合磷酸化六、光合磷酸化 光合电子传递导致了光合电子传递导致了NADPHNADPH的产生，的产生，NADPHNADPH贮存了部分能量。而另一部分能量在贮存了部分能量。而另一部分能量在电子传递过程中转化成了电子传递过程中转化成了ATPATP的磷酸键能。后者称为光合磷酸化。的磷酸键能。后者称为光合磷酸化。PSIIPSII吸收能量后放出电子，经电子受体传至膜外表面的电子受体吸收能量后放出电子，经电子受体传至膜外表面的电子受体PQPQ，PQPQ接受电子后并接受电子后并从基质中摄取两个质子，还原为从基质中摄取两个质子，还原为PQHPQH2 2，PQHPQH2 2穿膜移到膜内表面，将穿膜移到膜内表面，将质子释放到类囊体质子释放到类囊体腔内腔内，又而电子经，又而电子经Cytb/fCytb/fPCPCPSIPSIFDFDNADPNADP+，让，让NADPNADP+还原为还原为NADPHNADPH。在整个电子传递过程中，在整个电子传递过程中，PQPQ既是电子载体又是质子载体既是电子载体又是质子载体，通过，通过PQPQ的氧化还原，使的氧化还原，使HH+从膜外转移到膜内，水光解产生的从膜外转移到膜内，水光解产生的H H+也在膜内侧，结果使膜内侧的也在膜内侧，结果使膜内侧的HH+浓度增加，形成浓度增加，形成了类囊体内外两侧的了类囊体内外两侧的H H+浓度差，由于在膜两侧存在质子电动势差，推动浓度差，由于在膜两侧存在质子电动势差，推动HH通过膜中的通过膜中的CFCF0 0而到膜外，通过膜外的而到膜外，通过膜外的CFCF1 1发生磷酸化作用，使发生磷酸化作用，使ADPADP与与PiPi形成形成ATPATP。叶绿体进行光合磷酸化必须同时具备叶绿体进行光合磷酸化必须同时具备:(1):(1)电子传递电子传递;(2);(2)类囊体膜内外有质子梯度类囊体膜内外有质子梯度;(3);(3)有有活性的活性的ATPATP酶。常见的光合磷酸化抑制剂有三类：酶。常见的光合磷酸化抑制剂有三类：(1)(1)电子传递抑制剂电子传递抑制剂(抑制光合电子传递抑制光合电子传递)(2)(2)解偶联剂解偶联剂(解除磷酸化反应与电子传递之间偶联解除磷酸化反应与电子传递之间偶联)(3)(3)能量传递抑制剂能量传递抑制剂(直接作用直接作用ATPATP酶抑制磷酸化作用酶抑制磷酸化作用)七、七、C3途径途径3-3-甘油甘油醛醛 3-3-甘油酸甘油酸 PP卡尔文循环卡尔文循环 在卡尔文循环中在卡尔文循环中,固定固定COCO2 2产生的中间体是三碳的产生的中间体是三碳的3-3-磷磷酸酸-甘油酸甘油酸,所以将所以将COCO2 2的这种的这种固定途径称为固定途径称为C3C3途径途径,并将并将通过这种途径固定通过这种途径固定CO2CO2的植的植物称为物称为C3C3植物。植物。C3C3循环分为三个阶段循环分为三个阶段:羧羧化、还原和化、还原和RuBPRuBP的再生。的再生。羧化羧化还原还原RuBPRuBP再生再生 卡尔文循环的产卡尔文循环的产物不是葡萄糖，而物不是葡萄糖，而是是3-P-3-P-甘油醛。一甘油醛。一部分进一步合成葡部分进一步合成葡萄糖，一部分再生萄糖，一部分再生出出RuBP.RuBP.八、八、C4途径途径PEPPEP(CO(CO2 2最初受体最初受体)OAAOAA(最初产物最初产物)C C4 4途径中途径中,C0,C02 2受体是叶肉细胞质中的受体是叶肉细胞质中的PEP,PEP,其最初产物为草酰乙酸其最初产物为草酰乙酸OAA,OAA,因而称为因而称为C C4 4途径。途径。在在C4C4植物中，植物中，COCO2 2在叶肉细胞中先按照在叶肉细胞中先按照C4C4途径被固定，然后在维管束鞘细胞中仍途径被固定，然后在维管束鞘细胞中仍旧是通过卡尔文循环而被还原。旧是通过卡尔文循环而被还原。PEPPEP羧化酶对羧化酶对COCO2 2的亲和力极强，甚至当的亲和力极强，甚至当COCO2 2浓度降低时也能固定浓度降低时也能固定COCO2 2。磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸C3C3植物植物C4C4植物植物举例举例温带植物温带植物(水稻水稻,大豆大豆,小麦小麦)(亚亚)热带植物热带植物(玉米，高粱玉米，高粱)解剖结构解剖结构维管束有维管束有“花环型花环型”结构结构维管束无维管束无“花环型花环型”结构结构叶绿体叶绿体叶肉细胞中叶肉细胞中(有基粒有基粒)，既能固定，既能固定COCO2 2，又能同化，又能同化COCO2 2。叶肉细胞中叶肉细胞中(有基粒有基粒),),只能固定只能固定COCO2 2；维管束鞘细胞维管束鞘细胞(无基粒无基粒),),只同化只同化COCO2 2COCO2 2固定固定C3C3途径途径C3C3途径和途径和C4C4途径途径,在时空上是分开的在时空上是分开的COCO2 2最初受体最初受体RuBP(RuBP(核酮糖核酮糖-1,5-1,5-二磷酸二磷酸)PEP(PEP(磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸)COCO2 2利用率利用率较低较低较高较高光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段返回返回一、酶的特点一、酶的特点酶是由活细胞产生的、具有催化活性和高度专一性的特殊有机物。酶是由活细胞产生的、具有催化活性和高度专一性的特殊有机物。酶被称为生物催化剂，生物体内错综复杂的代谢反应必须具有酶才能按一定规律有条酶被称为生物催化剂，生物体内错综复杂的代谢反应必须具有酶才能按一定规律有条不紊地进行。不紊地进行。酶缺陷或酶活性被抑制都会引起疾病酶缺陷或酶活性被抑制都会引起疾病(如白化病如白化病)。和一般催化剂的共性：和一般催化剂的共性：酶在催化反应加快进行时，在反应前后酶本身没有数量和性质上的改变，因而很少量酶在催化反应加快进行时，在反应前后酶本身没有数量和性质上的改变，因而很少量的酶就可催化大量的物质发生反应。的酶就可催化大量的物质发生反应。酶只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应发生。酶只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应发生。酶只能使反应加快达到平衡，而不能改变达到平衡时反应物和产物的浓度酶只能使反应加快达到平衡，而不能改变达到平衡时反应物和产物的浓度(即不能改变即不能改变化学平衡化学平衡)。因此，酶既能加快正反应进行，也能加快逆反应进行。酶促反应究竟朝哪个。因此，酶既能加快正反应进行，也能加快逆反应进行。酶促反应究竟朝哪个方向进行，取决于反应物和产物的浓度。方向进行，取决于反应物和产物的浓度。酶的特性：酶的特性：最突出的是它的高效性、专一性、反应所需条件温和、容易失活。最突出的是它的高效性、专一性、反应所需条件温和、容易失活。二、酶的化学本质二、酶的化学本质结合酶的辅因子有的是金属离子结合酶的辅因子有的是金属离子,有的是小分子有机化合物。通常将这些小分子有机化合有的是小分子有机化合物。通常将这些小分子有机化合物称为物称为辅酶或辅基辅酶或辅基。辅酶或辅基并没有本质的差别。辅酶或辅基并没有本质的差别,只不过是它们与蛋白质部分结合的牢只不过是它们与蛋白质部分结合的牢固程度不同而已。通常把与酶蛋白结合比较松的，用透析法可除去的小分子有机物称为固程度不同而已。通常把与酶蛋白结合比较松的，用透析法可除去的小分子有机物称为辅辅酶酶；反之为；反之为辅基辅基。在酶的催化过程中，辅酶或辅基的作用是作为电子、原子或某些基团的。在酶的催化过程中，辅酶或辅基的作用是作为电子、原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程。金属在酶分子中或作为酶活性部位的组成成分，或帮载体参与反应并促进整个催化过程。金属在酶分子中或作为酶活性部位的组成成分，或帮助形成酶活性所必需的构象。助形成酶活性所必需的构象。RNA类类蛋白质类蛋白质类单纯酶单纯酶结合酶结合酶脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶，成分中有蛋白质。脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶，成分中有蛋白质。转氨酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶及其他氧化还原酶转氨酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶及其他氧化还原酶酶蛋白与辅因子单独存在时，均无催化活力，只有二酶蛋白与辅因子单独存在时，均无催化活力，只有二者结合成完整的分子时，才具有活力。者结合成完整的分子时，才具有活力。酶蛋白酶蛋白辅因子辅因子嗜热四膜虫转录产生的嗜热四膜虫转录产生的rRNA的自我剪接。的自我剪接。羧肽酶羧肽酶(含含Zn)Zn)固氮酶固氮酶(含含FeFe、Mn)Mn)三、酶的活性中心和必需基团三、酶的活性中心和必需基团活性中心活性中心(或称活性部位或称活性部位)是指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有是指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。对于单纯酶来说，它是由一些氨基酸残基的侧链基团组成的。对于结关的部位。对于单纯酶来说，它是由一些氨基酸残基的侧链基团组成的。对于结合酶来说，辅酶或辅基上的某一部分结构往往也是活性部位的组成部分。合酶来说，辅酶或辅基上的某一部分结构往往也是活性部位的组成部分。酶的活性中心的必需基团可分为两种：一种是与作用物结合的必需基团，称为酶的活性中心的必需基团可分为两种：一种是与作用物结合的必需基团，称为结合基团结合基团，它决定酶的专一性；另一种是促进作用物发生化学变化的基团，称为它决定酶的专一性；另一种是促进作用物发生化学变化的基团，称为催化基团催化基团，它决定酶，它决定酶的催化能力。的催化能力。活性中心必需基团的作用，一方面使底物与酶依一定构型而结合成为复合物，这样有利于活性中心必需基团的作用，一方面使底物与酶依一定构型而结合成为复合物，这样有利于相互影响和作用；另一方面影响底物分子某些键的稳定性，键被打断或形成新的键，从而相互影响和作用；另一方面影响底物分子某些键的稳定性，键被打断或形成新的键，从而催化其转变。催化其转变。酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。一个反应体系中，任何反应物分子都有进行化学反应的可能，但并非全部反应物分子都一个反应体系中，任何反应物分子都有进行化学反应的可能，但并非全部反应物分子都进行反应。因为在反应体系中各个反应物分子所含的能量高低不同，只有那些含能量达到进行反应。因为在反应体系中各个反应物分子所含的能量高低不同，只有那些含能量达到或超过一定数值或超过一定数值(此能量数值称为此反应的能阈此能量数值称为此反应的能阈)的分子，才能发生反应，这些分子称为活的分子，才能发生反应，这些分子称为活化分子，使一般分子变为活化分子所需的能量化分子，使一般分子变为活化分子所需的能量(即分子激活态与基态之间的能量差即分子激活态与基态之间的能量差)称为称为活活化能化能。酶的催化作用就是降低化学反应的活化能，如下图图所示。由于在催化反应中只需较少酶的催化作用就是降低化学反应的活化能，如下图图所示。由于在催化反应中只需较少的能量就可使反应物进入的能量就可使反应物进入“激活态激活态”，所以同非催化反应相比，活化分子的数量大大增加，所以同非催化反应相比，活化分子的数量大大增加，从而加快了反应速度。从而加快了反应速度。三、酶为何具有高效性？三、酶为何具有高效性？四、酶为何具有专一性？四、酶为何具有专一性？锁与钥匙学说锁与钥匙学说 (lock and keythoery)(lock and keythoery)：认为底物分子或底物分子的一部分象钥匙那样，：认为底物分子或底物分子的一部分象钥匙那样，专一地楔入到酶的活性中心部位，也就是说底物分子进行化学反应的部位与酶分子上有催专一地楔入到酶的活性中心部位，也就是说底物分子进行化学反应的部位与酶分子上有催化效能的必需基团间具有紧密互补的关系。化效能的必需基团间具有紧密互补的关系。问题：此学说不能解释酶促反问题：此学说不能解释酶促反应中的逆反应。应中的逆反应。“诱导楔合诱导楔合”假说：假说：当酶分子与底物分子接近时，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。反应。近年来近年来X X衍射分析的实验结果支持这一假说，证明衍射分析的实验结果支持这一假说，证明了酶与底物结合时，确有显著的构象变化。了酶与底物结合时，确有显著的构象变化。五、影响酶催化反应的因素五、影响酶催化反应的因素V=V m ax SK m +S1.1.酶的浓度酶的浓度:当底物浓度大大超过酶的浓度，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶的浓度与反应速度呈正比关系酶的浓度与反应速度呈正比关系.2.2.底物浓度：底物浓度：在酶浓度不变的情况下在酶浓度不变的情况下,底物浓度对反应速度影响的作图呈现矩形双曲线。底物浓度对反应速度影响的作图呈现矩形双曲线。当底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系。随着当底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系。随着底物浓度的升高，反应速度的增加幅度不断下降。如果继续加大底物浓度，其反应速度底物浓度的升高，反应速度的增加幅度不断下降。如果继续加大底物浓度，其反应速度不再增加，说明酶已被底物所饱和。不再增加，说明酶已被底物所饱和。所有酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需的底物浓度各不相同。所有酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需的底物浓度各不相同。米氏方程米氏方程1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。K Km m 米氏常数米氏常数V Vmax max 最大反应速度最大反应速度测定测定KmKm和和V V的方法很多，最常的方法很多，最常用的是用的是双倒数作图法双倒数作图法。米氏常数Km的测定：米氏常数米氏常数(Km)Km)的意义的意义不同的酶具有不同不同的酶具有不同KmKm值，它是酶的一个重要的特征物理常数。值，它是酶的一个重要的特征物理常数。KmKm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pHpH条件下，一定的缓冲体系中测条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的，不同条件下具有不同的KmKm值。值。KmKm值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的亲和程度亲和程度：KmKm值大表示亲和程度小，酶的催化值大表示亲和程度小，酶的催化活性低活性低;Km;Km值小表示亲和程度大值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。酶的催化活性高。由米氏方程可知由米氏方程可知,当反应速度等于最大反应速度一半时当反应速度等于最大反应速度一半时,即即V V=1/2=1/2V Vmax,max,K Km=Sm=S 米氏常数是米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度反应速度为最大值的一半时的底物浓度。米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。激活剂激活剂是指能增强酶活性的物质。是指能增强酶活性的物质。抑制剂抑制剂是是能降低酶的活性能降低酶的活性,甚至使酶完全丧失活性的物质。甚至使酶完全丧失活性的物质。3.3.激活剂和抑制剂激活剂和抑制剂抑制剂对酶活性的抑制作用包括不可逆抑制和可逆抑制两类：抑制剂对酶活性的抑制作用包括不可逆抑制和可逆抑制两类：不可逆抑制作用不可逆抑制作用:其抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，使酶失其抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，使酶失活。如有机磷化合物能与许多种酶活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。活。如有机磷化合物能与许多种酶活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。可逆的抑制作用：可逆的抑制作用：包括竞争性抑制与非竞争性抑制两种。包括竞争性抑制与非竞争性抑制两种。在在竞争性抑制竞争性抑制中，抑制剂常与底物的中，抑制剂常与底物的结构相似，它与底物共同竞争酶的活结构相似，它与底物共同竞争酶的活性中心，从而阻碍底物与酶的结合，性中心，从而阻碍底物与酶的结合，如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。非竞争性抑制非竞争性抑制中的抑制剂可以与酶活性中中的抑制剂可以与酶活性中心外的部位可逆结合，这种结合不影响酶心外的部位可逆结合，这种结合不影响酶对底物的结合。底物与抑制剂之间无竞争对底物的结合。底物与抑制剂之间无竞争关系，但酶一底物一抑制剂不能进一步释关系，但酶一底物一抑制剂不能进一步释放出产物。放出产物。返回返回 生物体需要的能量主要是通过代谢物在体内氧化而获得的。物质在生生物体需要的能量主要是通过代谢物在体内氧化而获得的。物质在生物体内经过氧化最后生成水和物体内经过氧化最后生成水和COCO2并释放能量的过程，称为生物氧化，由于并释放能量的过程，称为生物氧化，由于这一过程是在组织细胞内进行的，表现为细胞摄取这一过程是在组织细胞内进行的，表现为细胞摄取OO2而释放而释放COCO2，因此生，因此生物氧化又称为细胞呼吸。物氧化又称为细胞呼吸。一、概述一、概述生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程e-H+生物氧化与化学氧化的异同生物氧化与化学氧化的异同 生物氧化生物氧化化学氧化化学氧化不同不同反应条件反应条件在常温在常温(一般一般3537)、水溶液中、水溶液中进行、酶催化进行、酶催化一般在高温和干燥的环境一般在高温和干燥的环境中进行中进行反应速度反应速度缓慢的匀速进行缓慢的匀速进行高速进行高速进行能量去向能量去向一部分为热能；一部分形成一部分为热能；一部分形成ATP以热能形式散失以热能形式散失CO2形成形成一系列脱羧一系列脱羧C的氧化的氧化相同相同都需要都需要O2，放出，放出CO2和和H2O放出的总能量相同放出的总能量相同反应的实质是电子或反应的实质是电子或H+的转移的转移二、线粒体氧化体系二、线粒体氧化体系生物体内存在多种氧化体系，其中最重要的是线粒体氧化体系。此外还有微粒体氧化体生物体内存在多种氧化体系，其中最重要的是线粒体氧化体系。此外还有微粒体氧化体系、过氧化体氧化体系、细菌的生物氧化体系等。系、过氧化体氧化体系、细菌的生物氧化体系等。420细胞质基质细胞质基质线粒体线粒体612621COCO2 2COCO2 2COCO2 2NADH2NADH2NADH2FADH2NADH2丙酮酸丙酮酸(c3)(c3)COCO2 2的形成的形成：经过脱羧形成。经过脱羧形成。如一分子如一分子GG可形可形成成6 6分子分子COCO2 2。HH2 2OO的形成的形成：脱下的脱下的2424个氢经过一个氢经过一系列传递后，最后交系列传递后，最后交给给6 6分子分子OO2 2，而生成，而生成1212分子水。分子水。ATPATP的形成的形成：底物水平磷酸化底物水平磷酸化(产生的产生的ATP极少极少)氧化磷酸化氧化磷酸化(形成形成ATP的主的主要途径要途径)。H2OH2OH2OHH2 2O O的消耗的消耗共消耗共消耗6 6分子水分子水C6H12O6C3H4O32NADH2从氧化物上脱下来的氢原子或氢原子的电子，经过各种载体的传递，最后使从氧化物上脱下来的氢原子或氢原子的电子，经过各种载体的传递，最后使氧原子激活生成水，这些传递氢原子和电子的载体称为氧原子激活生成水，这些传递氢原子和电子的载体称为呼吸链呼吸链。呼吸链存在呼吸链存在于线粒体的内膜。于线粒体的内膜。三、呼吸链三、呼吸链 从组成看呼吸链被分为四个部分，为从组成看呼吸链被分为四个部分，为NADH-Q还原酶还原酶(复合体复合体)、琥珀酸、琥珀酸-Q还还原酶原酶(复合体复合体)、细胞色素还原酶、细胞色素还原酶(复合体复合体)和细胞色素氧化酶和细胞色素氧化酶(复合体复合体)。FADH氧化呼吸链氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2两条呼吸链的排列顺序两条呼吸链的排列顺序：NADHQO2琥珀酸琥珀酸线粒体内膜线粒体内膜线粒体基质侧线粒体基质侧线粒体胞液侧线粒体胞液侧1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2(能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质)呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A、异戊巴比妥、异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S噻吩甲酰噻吩甲酰三氟丙酮三氟丙酮四、四、ATPATP的生成和利用的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 机械能机械能(肌肉收缩肌肉收缩)渗透能渗透能(物质主动转运物质主动转运)化学能化学能(合成代谢合成代谢)电能电能(生物电生物电)热能热能(维持体温维持体温)u高能磷酸键：高能磷酸键：水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于20.92KJ/mol的磷酸酯键的磷酸酯键,常表示为常表示为 P。高能磷酸化合物：高能磷酸化合物：含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物.生物体内能量的储存和利用都以生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心为中心 在分解代谢过程中在分解代谢过程中,底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布,形成高能磷酸化合物形成高能磷酸化合物,然后将高能磷酸基团转移到然后将高能磷酸基团转移到ADPADP形成形成ATPATP的过程。的过程。底物水平磷酸化底物水平磷酸化磷酸烯酵式丙酮酸丙酮酸ATP 伴随电子从底物到氧的传递，伴随电子从底物到氧的传递，ADPADP被磷酸化形成被磷酸化形成ATPATP的酶促过程的酶促过程。是是需氧细胞生命活动的主要能量来源，产生需氧细胞生命活动的主要能量来源，产生ATPATP的主要途径。的主要途径。真核生物的电子传递和氧化磷酸化在细胞的真核生物的电子传递和氧化磷酸化在细胞的线粒体内膜线粒体内膜发生的作用，原核发生的作用，原核生物则是在浆膜发生。生物则是在浆膜发生。氧化磷酸化氧化磷酸化线粒体含有两层膜，中间有膜间隙。外膜大约一半脂类和一半蛋白质构成，蛋线粒体含有两层膜，中间有膜间隙。外膜大约一半脂类和一半蛋白质构成，蛋白质含有线粒体孔道蛋白构成外膜孔道，能通过白质含有线粒体孔道蛋白构成外膜孔道，能通过MrMr小于小于4000500040005000的物质，包的物质，包括括质子质子。内膜约含内膜约含2020的脂和的脂和8080的蛋白质，蛋白质比例比细胞的其他任何膜含量都的蛋白质，蛋白质比例比细胞的其他任何膜含量都高。内膜有许多富含蛋白质的跨膜颗粒，包括电子从高。内膜有许多富含蛋白质的跨膜颗粒，包括电子从NADHNADH和和FADH2FADH2到到O O2 2的电的电子传递链，物质的跨膜运送者。子传递链，物质的跨膜运送者。2020脂主要构成内膜的磷脂双层，降低了内膜脂主要构成内膜的磷脂双层，降低了内膜对质子的通透性，这需形成对质子的通透性，这需形成质子泵质子泵.NADHQO2FADH2线粒体基质侧线粒体基质侧线粒体胞液侧线粒体胞液侧呼吸链传递电子时释放大量能量的部位有：呼吸链传递电子时释放大量能量的部位有：.复合体复合体I I将将NADHNADH上的电子传递给上的电子传递给CoQCoQ；.复合体复合体将电子由将电子由CoQCoQ传递给细胞色素传递给细胞色素c c；.复合体复合体将电子从细胞色素将电子从细胞色素c c传递给氧。传递给氧。132释放大量能量释放大量能量问题问题:释放出的能量如何形成释放出的能量如何形成ATP?ATP?氧化磷酸酸化作用与电子传递相偶联已经不存在任何疑问，但是电子在传递链中究氧化磷酸酸化作用与电子传递相偶联已经不存在任何疑问，但是电子在传递链中究竟怎样从一个中间载体到另一个中间载体的过程中促使竟怎样从一个中间载体到另一个中间载体的过程中促使ADPADP磷酸化？现有许多的证据磷酸化？现有许多的证据支持化学渗透假说。支持化学渗透假说。化学渗透假说化学渗透假说电子传递释放出的自由能和电子传递释放出的自由能和ATPATP合成是与跨线粒体内膜的质子梯度相偶联，即电子传合成是与跨线粒体内膜的质子梯度相偶联，即电子传递的自由能驱动递的自由能驱动H+H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，形成跨线粒体内膜的从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，形成跨线粒体内膜的H+H+电化电化学梯度，该梯度的电化学势驱动学梯度，该梯度的电化学势驱动ATPATP的合成。的合成。NADH+H+NAD+O H2OH+_ _ADP+PiATP外膜外膜 H+-ATP合酶合酶基质基质内膜内膜H+H+H+H+H+F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图ATPATP合成由合成由ATPATP合酶完成，它由起质子通道作用的合酶完成，它由起质子通道作用的FoFo单元和催化单元和催化ATPATP合成的合成的F F1 1单元组成。因此单元组成。因此ATPATP合酶又称为合酶又称为FoFFoF1 1-ATP-ATP酶。酶。H+在氧化磷酸化过程中，每消耗在氧化磷酸化过程中，每消耗1 1个个OO原子约合成的原子约合成的ATPATP分子数。分子数。NADHNADH到到OO的传递过程中，的传递过程中，P/O=3P/O=3，有，有3 3分子分子ATPATP生成；而生成；而FADH2FADH2传递到传递到O O时，时，P/O=2P/O=2，只，只2 2分子分子ATPATP生成。生成。氧化磷酸化磷氧比氧化磷酸化磷氧比(P/O)(P/O)F0 F1 Cyt c Q NADH NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+H+FADH2COCO2 2COCO2 2COCO2 2NADH2NADH2NADH2FADH2NADH2ATPATP的形成的形成：底物水平磷酸化底物水平磷酸化2+2=4ATPH2OH2OH2OC6H12O6C3H4O32NADH22ATP氧化磷酸化氧化磷酸化10NADH X 3=30ATP2FADH2 X 2=4ATP呼吸抑制剂呼吸抑制剂(能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质)1呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂2 2解偶联剂：解偶联剂：使电子传递和使电子传递和ATPATP形成分离，即形成分离，即电子可以传递，电子可以传递，ATPATP不能形成的物质。释放不能形成的物质。释放的能量不能形成的能量不能形成ATPATP，而是以热能形式散失。，而是以热能形式散失。(如如2,4-2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚)3 3氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂：寡霉素寡霉素可阻止质子从可阻止质子从FoFo质质子通道回流子通道回流,抑制抑制ATPATP生成生成H+H+ADP ATP祝祝你你成成功功!9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。23.2.2423.2.24Friday,February 24,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。23:31:2223:31:2223:312/24/2023 11:31:22 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。23.2.2423:31:2223:31Feb-2324-Feb-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。23:31:2223:31:2223:31Friday,February 24,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。23.2.2423.2.2423:31:2223:31:22February 24,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2023年2月24日星期五下午11时31分22秒23:31:2223.2.2415、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2023年2月下午11时31分23.2.2423:31February 24,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023年2月24日星期五23时31分22秒23:31:2224 February 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午11时31分22秒下午11时31分23:31:2223.2.249、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。23.2.2423.2.24Friday,February 24,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。23:31:2223:31:2223:312/24/2023 11:31:22 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。23.2.2423:31:2223:31Feb-2324-Feb-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。23:31:2223:31:2223:31Friday,February 24,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。23.2.2423.2.2423:31:2223:31:22February 24,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2023年2月24日星期五下午11时31分22秒23:31:2223.2.2415、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2023年2月下午11时31分23.2.2423:31February 24,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023年2月24日星期五23时31分22秒23:31:2224 February 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午11时31分22秒下午11时31分23:31:2223.2.249、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。23.2.2423.2.24Friday,February 24,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。23:31:2223:31:2223:312/24/2023 11:31:22 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。23.2.2423:31:2223:31Feb-2324-Feb-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。23:31:2223:31:2223:31Friday,February 24,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。23.2.2423.2.2423:31:2223:31:22February 24,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2023年2月24日星期五下午11时31分22秒23:31:2223.2.2415、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2023年2月下午11时31分23.2.2423:31February 24,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023年2月24日星期五23时31分22秒23:31:2224 February 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午11时31分22秒下午11时31分23:31:2223.2.24谢谢谢谢大家！大家！没伞的孩子奔跑在路上，加油没伞的孩子奔跑在路上，加油90大叔！大叔！