细胞代谢[自动保存的]课件

第四章 细胞代谢1 1.本章内容 能与能与细胞胞酶物物质的跨膜的跨膜转运运细胞呼吸胞呼吸光合作用光合作用2 2.新陈代谢新陈代谢 是生物体内进行的物质和能的变化的总称是生物体内进行的物质和能的变化的总称 是最基本的生命活动过程是最基本的生命活动过程新陈代谢新陈代谢3 3物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢同化作用同化作用异化作用异化作用合成物质合成物质贮存能量贮存能量分解物质分解物质释放能量释放能量.一、能量与细胞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。生态系统中能量的流动由多样化的生命过程完成。代谢是化学物质和能量的转化过程4 4.ATP是生物体能量流通的货币腺嘌呤核苷三磷酸结构功能ATP是生物体内各种生化反应的直接能源细胞利用ATP完成各种工作5 5.磷酸化6 6ADP +Pi+30.5kj生成生成 ATP的的此过程称为此过程称为磷酸化磷酸化若磷酸化：所需能量来自化合物的氧化分解若磷酸化：所需能量来自化合物的氧化分解若磷酸化：所需能量来自光能若磷酸化：所需能量来自光能-光合磷酸化光合磷酸化.二、酶酶的催化特点：高效、专一、可调节。酶的催化机理是降低活化能7 7酶巨大多数是蛋白质核酶ribozyme：1981美国科学家发现细胞中RNA也被本身催化。.酶是如何降低活化能的呢?酶与底物分子结合底物结合中心酶使底物活化底物在酶转化为产物。酶释放产物8 8.影响酶活性的因素温度、pH和盐度辅因子（无机物）锌、钾、镁离子辅酶（有机物）维生素B6酶的抑制剂青霉素抑制细菌壁合成马拉硫磷是乙酰胆碱酯酶的抑制剂9 9.三、物质的跨膜运输1010.（一）易化扩散-顺浓度梯度运输通道蛋白：转一性，如、水通道蛋白门通道：非转运物质的刺激使门打开，如电刺激、神经递质分子人胱氨酸尿症：肾细胞质膜中缺少将胱氨酸和其他氨基酸从原尿转运到血液中的系统，引起肾结石1111.(二)渗透是水的被动转运渗透(osmosis)的含义则是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。高渗的(hypertonic)渗的(hypoosmotic)。若两侧的溶质浓度相等，则称为等渗(iso-osmotic)。1212 .（四）主动运输-逆浓度梯度运输需载体蛋白，消耗能量Na+-K+泵：ATP 提供能量动物细胞化学势梯度浓度梯度电势梯度Na+/K+泵工作的结果，水解泵工作的结果，水解1 1个个ATP，出出3个个Na+，入入2个个K+。使细胞内的。使细胞内的Na+浓度比细胞外低浓度比细胞外低10-30倍，而细胞内的倍，而细胞内的K+浓浓度比细胞外高度比细胞外高10-30倍。倍。.Na+/K+泵具有三个重要作用维持了细胞Na+离子的平衡，抵消了Na+离子的渗透作用在建立细胞质膜两侧Na+离子浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力Na+泵建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲传导提供了基础。1414.协同转运 质子泵H泵到膜外，H在膜外的浓度高于膜内，H与其它物质通过特殊的跨膜蛋白伴随转运。植物细胞被运物（蔗糖、Cl-）与H+同向越过膜，称为同向转运。反之，则称为反向转运。1515HHH果糖果糖NaH.（五）胞吞和胞吐大分子胞吐：包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外胞吞：是由质膜形成内向的小泡。吞噬1616胞饮受体介导的胞吐高胆固醇血症：胆固醇在血液中低密度脂蛋白中被运输，通过胞饮进入细胞，但是患者因缺失胆固醇，不能被细胞吸收。.物质的跨膜运输（总结）被动运输简单扩散易化扩散 主动运输直接消耗ATP钠钾泵（动物细胞）质子泵（植物细胞）协同运输（间接消耗ATP）胞吞和胞吐作用 生物大分子或颗粒物质的运输1717.四、细胞呼吸（一）细胞呼吸引论细胞将有机物在酶的参与下逐步氧化并释放能量的过程。70公斤男人需要能量公斤男人需要能量kj/h食物所含热能食物所含热能kj/100g活动能量活动能量食物热量食物热量静坐419锯木头2010大米1448瘦牛肉1367站立放松440游泳2093面粉1465鸡蛋710快打字586跑步5.32387玉米面1423带鱼581步行4.2837上楼梯4605花生仁1247苹果216做木工1004黄豆1502菠菜100猪肉1654植物油17611818.人的呼吸运动1919 .生物氧化生物氧化与与化学氧化化学氧化的区的区别:2020 有机物氧化释放能量一支火柴的燃烧是纤维素氧化（C6H12O6）n+O2 n CO2+nH2O+能量纤维素氧光和热 生物体也进行类似的反应（C6H12O6）n+O2 n CO2+nH2O+能量 淀粉 氧 酶 ATP （氧化底物）把火柴燃烧和生物体内氧化相比，基本原则是相似的有机物氧化释放出能量。.2121有哪些不同？A、生物体内氧化比燃烧过程缓慢的多，分步骤进行,不是猛然地发出光和热。B、生物体内的氧化由酶催化。C、生物体内氧化在水环境中进行。D、生物体内氧，产生能量贮存在 ATP 中。生物氧化分步骤进行、温和、由酶催化、产生能量贮存在 ATP 中，能量利用率高。.（二）糖酵解细胞质NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）底物水平磷酸化：高能磷酸键与ADP合成ATP的反应糖酵解产生2个ATP只是细胞从葡萄糖获得能量的5%。2NADH，16%.（三）三羧酸循环丙酮酸不能直接入线粒体丙酮酸+NAD+CoA-SH=CH2CO-CoA+CO2+NADH+H+柠檬酸循环、Krebs循环FADH2（核黄素腺嘌呤二核苷酸）每一轮三羧酸循环产生1ATP+3NADH+1FADH22丙酮酸+8NAD+2FAD+2CoA-SH+2ADP+2Pi=2CoA-SH+6CO2+8NADH+8H+2FADH2+2ATP葡萄糖 10NADH+2FADH2+4ATPATP=10*2.5+2*1.5+4=322323.（四）电子传递和氧化磷酸化电子传递链:线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链。目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是氧化磷酸化：由底物氧化释放能量，供给ADP磷酸化合成ATP的偶联反应称为氧化磷酸化。2个电子从NAPH经呼吸链传到氧可形成2.5个ATP（原来认为3个）、FADH2可形成1.5个ATP（2）2e+2H2+1/2O2=H2O2424底物（底物（S S）NADNAD+FMNCoQFe-SCytbCytcFMNCoQFe-SCytbCytc1 1CytcCytaCytaCytcCytaCyta3 31/2O1/2O2 2.（五）发酵作用酵母在有氧条件下1葡萄糖32ATP无氧时，1葡萄糖2ATP，但不能繁殖许多厌氧生物在有氧条件下无法生活。2525许多厌氧生物在有氧条件下无法生活。乳酸菌在无氧条件下：1葡萄糖乳酸酸菜、酸奶、奶酪，长跑时腿酸兼性厌氧菌：酵母菌、人肠道内大肠杆菌.能量统计：2626糖酵解：可得7个ATP底物水平的磷酸化4个ATP，己糖活化消耗2个ATP，脱氢反应产生2个NADH；Krebs循环：可得25个ATP底物水平的磷酸化2个ATP，脱氢反应产生8个NADH和2个FADH2，有的细胞将2个NADH转入线粒体时会消耗2ATP，有的不会消耗ATP1分子葡萄糖彻底氧化分解共得：30或32个ATP.糖酵解生理意义糖酵解生理意义是无氧呼吸和有氧呼吸的共同途径是无氧呼吸和有氧呼吸的共同途径糖酵解最终产物丙酮酸可通过各种代谢途糖酵解最终产物丙酮酸可通过各种代谢途 径生成不同物质径生成不同物质是厌氧生物糖分解和获取能量的主要方式是厌氧生物糖分解和获取能量的主要方式多数反应均可逆转，为糖异生作用提供了多数反应均可逆转，为糖异生作用提供了 基本途径基本途径2727.4 4 呼吸作用的意义呼吸作用的意义 为生物的生命活动提供能量为生物的生命活动提供能量呼吸作用形成的中间产物是进一步合成生呼吸作用形成的中间产物是进一步合成生 物体内新的有机物的物质基础物体内新的有机物的物质基础在植物体内的碳、氮、脂肪代谢活动中起在植物体内的碳、氮、脂肪代谢活动中起 枢纽作用枢纽作用增强生物的免疫力增强生物的免疫力2828.（六）各种分子的分解和合成29293磷酸甘油醛.生物合成大分子生物合成大分子合成需要消耗能量利用糖酵解和柠檬酸循环的中间产物或食物中的直接成分3030.五、光合作用光合作用：指光合生物吸收太阳能，并将其转光合作用：指光合生物吸收太阳能，并将其转变成有机化合物中化合能的过程。变成有机化合物中化合能的过程。光合生物：光合生物：绿色植物、藻类：绿色植物、藻类：COCO2 2+2H+2H2 2O*(CHO*(CH2 2O)+OO)+O2 2*+H*+H2 2O O 紫硫细菌：紫硫细菌：COCO2 2+2H+2H2 2S (CHS (CH2 2O)+HO)+H2 2O+2SO+2S 氢细菌：氢细菌：COCO2 2+2H+2H2 2 (CH (CH2 2O)+HO)+H2 2O O3131.（一）光合作用早期（一）光合作用早期实验荷兰医生荷兰医生Van HelmontVan Helmont(范范 海尔蒙特）在海尔蒙特）在16481648年做了第一个探索光年做了第一个探索光合作用的实质性实验。合作用的实质性实验。将一株将一株5 5磅重的小树种磅重的小树种在重在重200200磅的干土中，磅的干土中，用雨水浇灌用雨水浇灌5 5年，不供年，不供给其它营养物质，小给其它营养物质，小树长成重树长成重169169磅磅3 3盎司盎司植株，而土壤重量减植株，而土壤重量减少少3 3盎司。盎司。3232干土五年后五年后浇水浇水.实验的结论和存在的缺点实验的结论和存在的缺点结论结论：所有植物的物质都来自水，而不是土壤。所有植物的物质都来自水，而不是土壤。或者说或者说：小树重量的增加仅仅由水所引起的小树重量的增加仅仅由水所引起的。缺点缺点：没有考虑到空气中气体的可能影响。没有考虑到空气中气体的可能影响。3333.1771年，约瑟夫普利斯特利（Joseph Priestly，1733-1804）：发现光合光合作用作用密闭容器+燃烧蜡烛熄灭密闭容器+燃烧蜡烛+薄荷继续燃烧或熄灭34341779年，英格豪茨（Jan Ingenhousz，1733-1804）只有光照蜡烛才不会熄灭.3535（二）（二）光合作用发生部位光合作用发生部位叶绿体叶绿体叶片是光合作用主要器官叶片是光合作用主要器官叶绿体是光合作用最重要叶绿体是光合作用最重要细胞器细胞器类囊体膜：光反应膜类囊体膜：光反应膜基质：暗反应基质：暗反应.光合作用的两个阶段u光光反反应应：在在叶叶绿绿素素参参与与下下，把把光光能能用用来来劈劈开开水水分分子子，放放出出O O2 2，同同时时造造成成两两种种高高能化合物能化合物 ATPATP和和 NADPHNADPH。u暗暗反反应应：把把ATPATP和和NADPH NADPH 中中的的能能量量，用用于于固固定定 COCO2 2，生生成成糖糖类类化化合合物物。这这个个过程不需要光。过程不需要光。3636.光合作用的过程3737.光合作用过程中根据能量转变的性质：光合作用过程中根据能量转变的性质：原初反应原初反应:光能光能 电能电能 电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化：电能：电能 碳同化碳同化：活跃化学能：活跃化学能 稳定化学能稳定化学能3838活跃化学能活跃化学能.（二）光反应1.叶绿素对光的吸收叶绿素：叶绿素a：直接参与光合作用，吸收蓝紫、红，呈草绿色叶绿素b：吸收蓝、橙，呈黄绿色3939类胡萝卜素：保护叶绿素叶黄素、胡罗卜素（一系列共轭双键）.4040光量子的特征光量子的特征（1 1）激发态的形成）激发态的形成 （2 2）叶绿素分子受光激）叶绿素分子受光激发后的能级变化发后的能级变化 （3 3）激发态的命运）激发态的命运.2.光系统类囊体膜4141P PDA Ah h h h P PDA A光合单位/系统作用中心色素（作用中心色素（P P），原初电子供体（），原初电子供体（D D）和原初电子受体（）和原初电子受体（A A）聚光聚光/天线色素天线色素中心中心/换能色素换能色素作用中心作用中心原初电子供体原初电子供体原初电子受体原初电子受体光光系系统统光系统I：作用中心叶绿素a吸收光高峰值在700nm，P700光系统II：作用中心叶绿素a吸收光高峰值在680nm，P680D P A D P*A D P+A D+P A光.3.光合电子传递H2O 1/2O2+2H+2e-NADP+2e-+2H+NADPH+H+H2O2H+1/2O2+2e-.类型非循环式光合磷酸化：最终产物ATP、NADPH和水循环式光合磷酸化：仅有ATP，无NADPH和水光合磷酸化：指在光合电子传递链运行过程中将ADP磷酸化形成ATP的过程。4343.4444光合磷酸化的化学渗透学说来解释光合磷酸化的化学渗透学说来解释1 1水光解释放水光解释放H H留在膜内侧（类囊体腔）留在膜内侧（类囊体腔）2 2电电子子沿沿传传递递链链传传递递的的同同时时可可接接受受膜膜外外侧侧（基基质质）H H转移到膜内侧，因此会造成膜内外转移到膜内侧，因此会造成膜内外H H差，电位差。差，电位差。所所以以，当当H H沿沿着着浓浓度度梯梯度度返返回回到到膜膜外外侧侧时时，在在ATPATP合合酶酶的作用下，的作用下，ADPADP和和PiPi脱水形成脱水形成ATPATP。.光反应小节叶绿素吸收光能并将光能转化“电能”高能电子；在电子流动过程中，通过H+的化学渗透，形成ATP，电能转化为化学能；强氧化态的P680分子使水裂解，或称光解，氧气从水中释放出来；电子转到最终电子受体NADHP+，并与H+结合形成NADPH，“电能”再次转化为化学能。4545.3.3 3.3 碳同化碳同化碳同化（碳反应碳同化（碳反应）：植物利用光反应中形成的植物利用光反应中形成的ATPATP、NADPHNADPH将将CO2CO2转化成稳定的碳水化合物转化成稳定的碳水化合物的过程。（叶绿体利用光反应产生的的过程。（叶绿体利用光反应产生的NADPHNADPH和和ATPATP的化学能的化学能,将将CO2CO2还原还原合成糖，称为碳反应合成糖，称为碳反应,碳反应在叶绿体基质中进行。）碳反应在叶绿体基质中进行。）类型：根据最初产物碳原子数目及碳代谢特点，高等植物固定类型：根据最初产物碳原子数目及碳代谢特点，高等植物固定COCO2 2的生的生化途径分有化途径分有3 3种：卡尔文循环（种：卡尔文循环（C C3 3途径）、途径）、C C4 4途径和景天科酸代谢途径途径和景天科酸代谢途径（CAMCAM途径），其中以卡尔文循环为最基本的途径，同时也只有这条途途径），其中以卡尔文循环为最基本的途径，同时也只有这条途径才具备合成淀粉等产物的能力。其余两种是辅助形式，只能起固定、径才具备合成淀粉等产物的能力。其余两种是辅助形式，只能起固定、运转、浓缩运转、浓缩COCO2 2的作用，单独不能形成淀粉等碳水化合物。的作用，单独不能形成淀粉等碳水化合物。4646.（三）碳反应1.光合碳还原循环卡尔文循环或C3途径RuBP羧化；3-PGA还原成3-PG；RuBP再生。反应都在叶肉细胞的叶绿体基质中进行.卡尔文循环（卡尔文循环（Calvin cycleCalvin cycle）:是所有植物光合作是所有植物光合作用碳同化的基本途径用碳同化的基本途径因因COCO2 2的受体是核酮糖戊磷酸，又称为还原戊糖磷的受体是核酮糖戊磷酸，又称为还原戊糖磷酸途径，酸途径，又因又因COCO2 2被固定形成的最初产物是一种三碳化合物，被固定形成的最初产物是一种三碳化合物，故称为故称为C C3 3途径。途径。C3C3植物：水稻、小麦、大豆、植物：水稻、小麦、大豆、能量计算能量计算6RuBP+6RuBP+6CO6CO2 2+18ATP+12NADPH+18ATP+12NADPH2 3-PG2 3-PG+6RuBP+6RuBP+18ADP+1218ADP+12NADPNADPNADPNADP+18Pi+18Pi.C4途径强光、高温、干燥条件 光合速率C4植物大于C3植物玉米、高粱、甘蔗等近2000种植物C4植物光合细胞有叶肉细胞和维管束鞘细胞.景天科酸代谢途径(CAM途径)适应于干旱地区，白天气孔关闭，晚上打开，节水；菠萝、仙人掌、景天、落地生根等肉质植物。5050.51514 4、光呼吸、光呼吸19201920年年,德国生化学家德国生化学家Otto WarburgOtto Warburg最先注意到提高最先注意到提高O O2 2浓度浓度会抑制会抑制COCO2 2的固定的固定,这种抑制作用是光呼吸引起的。这种抑制作用是光呼吸引起的。光呼吸是一种依靠光来消耗光呼吸是一种依靠光来消耗O O2 2,放出放出COCO2 2的作用。只在的作用。只在O O2 2分分压增高，压增高，CO CO2 2分压降低时进行，不同于细胞呼吸，不产生分压降低时进行，不同于细胞呼吸，不产生ATPATP和和MADPHMADPH。Rubisco Rubisco 加氧酶活性加氧酶活性RubiscoRubisco除了作为羧化酶催化将除了作为羧化酶催化将CO2CO2添加到核酮糖添加到核酮糖1,51,5二磷酸二磷酸,生生成两分子成两分子3-3-磷酸甘油酸外磷酸甘油酸外,也可也可作为加氧酶作为加氧酶,利用分子氧催化核利用分子氧催化核酮糖酮糖1,51,5二磷酸裂解成二磷酸裂解成3-3-磷酸甘磷酸甘油和磷酸乙醇酸油和磷酸乙醇酸(phosphoglycolate,)(phosphoglycolate,)。.4、环境因素影响光合作用光CO2温度水分矿质营养5252.（一）光照光饱和点：在一定范围内，光合速率随着光照强度的增加而提高，当光照强度继续增加至某一光强时，光合速率就不再增加，这种现象称为光饱和现象，开始达到光饱和现象时的光照强度，称为光饱和点。.5454（二）（二）温度温度低温：酶促反应下降高温：（1）叶绿体的酶钝化，叶绿体和细胞质的结构受到破坏 （2）高温时呼吸速率大于光合速率，净光合速率下降。（三）（三）COCO2 2当CO2继续提高时光合速率随CO2的增加而变慢，当CO2达到某一范围时，光合速率达到最大值不会再增加，光合速率开始达到最大值时的CO2被称为CO2饱和点。.思考题1.简述述Na+-K+泵 的主要内容及主的主要内容及主动转运的特运的特点。点。5555.5656 哇！哇！终终于于结结束束了了。.