生物奥赛细胞代谢课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,细胞代谢,机体的生存需要能量，机体内主要提供能量的物质是,ATP,。,ATP,的形成主要通过两条途径：,一条是由葡萄糖彻底氧化为,CO,2,和水，从中释放出大量的自由能形成36分子,ATP。,另外一条是在没有氧分子参加的条件下，即无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，并在此过程中产生2分子,ATP。,第一节 能与细胞,腺苷（）,三磷酸腺苷,ATP,的结构简式,ATP,的结构简式为,AP P P,普通化,学键,高能,磷酸键,ATP,即三磷酸腺苷，是各种活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。,ATP,的水解过程,APPP,Pi,APP,能量,ATP,ADP+Pi+,能量,酶,ATP,与,ADP,的相互转化,A-PPP,A-PP,+,Pi,+,能量,酶,酶,请问：这是不是可逆反应？,不是,ATP,ADP,酶,酶,能量,Pi,Pi,能量,ATP,与,ADP,的转化关系,物质可逆能量不可逆,ATP,的生理功能,ATP,是生物体进行各种生命活动所需能量的直接来源,ATP,释放的能量转化成其它能量的形式主要有：,1.,机械能,2.,电 能,3.,渗透能,4.,光 能,5.,热 能,ATP,形成的途径,H,|,HOOC,C,NH,2,|,H,H,|,HOOC,C,NH,2,|,H,一、酶及其特点,酶：活细胞产生的具有催化作用的一类有机物。,化学特点：绝大多数是蛋白质，少数为,RNA,。,作用特点：高效性，专一性，条件温和性,第二节 酶,1.,中间产物理论,酶与底物形成中间产物，通过,降低反应的活化能,来加快反应速度，酶促反应要比非催化反应多经历几个步骤。,E + S,-, ES,-, P + S,E,：,酶,S,：,底物,P,：,产物,二、酶的作用机理,2.,活性中心理论,酶分子上直接参与反应的氨基酸残基或侧链基团组成的活性空间结构称,酶的活性中心,，分,催化基团和结合基团,两部分。,前者决定酶的催化能,力（,高效性,），后者,决定酶与哪些底物结,合（,专一性,）。活性,中心外维持形成活性,中心构象的一些基团，,称为非活性中心。,3.,酶的,催化机理,酶是通过与底物形成中间产物，降低反应的活化能来加速化学反应速度的。,酶分子中存在有活性中心，活性中心由催化基团和结合基团组成。在酶与底物分子相互接近的过程中，底物分子诱导酶,的活性中心结构发生利于与底物结,合的变化。酶与底物接触，酶分子,通过结合基团与底物分子互补契合，,催化基团催化底物分子中键断裂或,形成新的化学键，底物转化为产物，,产物由酶分子上脱落下来，酶又恢,复到原来构象。,1.,底物浓度对酶促反应速度影响,三、酶促反应的影响因素,2.,酶的浓度,3.,温 度,t,T,时，,V,随,t,的升高而增加。（,T,为最适温度）,t,T,时，,V,Vmax,。,t,T,时，,V,随,t,的升高而减小。,高温条件下，酶蛋白空间结构被破坏易变性，导致失活。,Q,10,（,温度系数）：温度,每提高,10,所增加的反应速,率的倍数。,4.,pH,值,pH,值影响酶分子构象改变，酶均有其各自不同的最适,pH,值范围。在最适,pH,值范围内，反应速度最大。,在过酸和过碱的条件下，酶活性完全丧失。,5.,激活剂,激活剂：能提高酶活性的物质。,无机离子：,Na,K,Mg,2,Ca,2,Zn,2,Fe,2,Cl,-,有机分子：抗坏血酸（,Vc,），,半胱氨酸，,亚硫酸钠，谷胱甘肽。,6.,抑制剂,抑制剂：能使酶活性下降或丧失的物质。,无机离子：,Ag,，,Hg,2,，,Pb,2,。,化学物质：,CO,，,H,2,S,，,氰化物，砷化物（砒,霜），氟化物，有机磷。,类型,1-,非竞争性抑制剂：,它与酶分子结合的部位不是活性部位，但它的结合却使酶分子的形状发生了变化，使得活性部位不适于接纳底物分子。,类型,2-,竞争性抑制剂：,与酶的底物相似的化学物，与底物分子竞争酶的活性部位，使得底物分子不能发生反应。（可逆的）,一、呼吸作用的概念,细胞呼吸是所有生物都具有的一项重要的生命活动。其实质是,氧化分解有机物,，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放能量产生,ATP,的总过程。,有氧呼吸,无氧呼吸,细胞呼吸的类型,第三节 细胞呼吸,有氧呼吸,场所,先在细胞质基质内，后在线粒体内,概念,指生物细胞在,氧气,的作用下，通过,酶,的催化作用把糖类等有机物,彻底,氧化,分解,，产生出,CO,2,和水，同时释放出,大量,能量的过程。,总反应式：,C,6,H,12,O,6,+,6,H2O,+ 6O,2,6CO,2,+ 12H,2,O +,能量（2870,kJ）,酶,有氧呼吸的全过程,分子葡萄糖,2分子丙酮酸,6分子,CO,2,2ATP（,少量）,2ATP（,少量）,H,H,12分子,H,2,O,6分子,O,2,6,H,2,O,34ATP（,大量）,酶,酶,酶,第一阶段,第二阶段,第三阶段,1161,kJ=38ATP,有氧呼吸的全过程,场所,反应物,产物,能量,第一阶段,细胞质基质,葡萄糖,丙酮酸,【,H】,少,第二阶段,线粒体,丙酮酸,H,2,O,CO,2,【H】,少,第三阶段,线粒体,【,H】,H,2,O,H,2,O,多,无氧呼吸,概念,指在,无氧,条件下，通过,酶,的催化作用，生物细胞把糖类等有机物,分解,成为,不彻底,的氧化产物，同时释放出,少量,能量的过程。,场所,始终在细胞质基质内进行,总反应式,C,6,H,12,O,6,2C,2,H,5,OH（,酒精）+2,CO,2,+,能量,C,6,H,12,O,6,2C,3,H,6,O,3,（,乳酸）能量,酶,酶,无氧呼吸比有氧呼吸释放出的能量要少得多，未释放的能量储存在酒精或乳酸等不彻底的氧化产物中，酒精能燃烧，说明酒精中还储存有大量的能量。,无氧呼吸,C,6,H,12,O,6,2,丙酮酸,酶,2,C,2,H,5,OH+2CO,2,+,能量,酶,2,C,3,H,6,O,3,能量,第一阶段,第二阶段,（均在细胞质基质中完成）,无氧呼吸的过程,两种无氧呼吸方式的具体实例,说明：微生物的无氧呼吸又称为发酵,产生酒精的无氧呼吸常见的例子有：,某些水果（如苹果）及某些植物的根在缺氧时,酵母菌在缺氧时,产生乳酸的无氧呼吸常见的例子有：,马铃薯块茎、甜菜块根和玉米胚在无氧时, 动物的肌肉细胞在缺氧时,乳酸菌在无氧时,有氧呼吸与无氧呼吸的比较,有氧呼吸,无氧呼吸,区别,主要在线粒体中进行,在细胞质基质中进行,需要氧气参与,不需要氧气参与,分解有机物彻底,CO,2,H,2,O,分解有机物不彻底,CO,2,酒精 乳酸,释放大量能量,释放少量能量,联系,第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）的过程和场所（细胞质基质）完全相同；有酶参与；都产生能量。,细胞呼吸的意义,为生物体的生命活动提供能量。,为体内其他化合物的合成提供原料。,总论,丙酮酸,葡萄糖,“,糖酵解,”,不需氧,有氧情况,无氧情况,“,三羧酸循环,”,CO,2,+ H,2,O,“,乳酸发酵,”,、,“,酒精发酵,”,乳酸或酒精,一、,糖酵解的概述,1、糖酵解的概念,糖酵解作用：,在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为,糖酵解作用,。是一切有机体中普遍存在的,葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为,EMP,途径。,糖酵解是,在,细胞质,中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。,1,0,个酶催化的1,1,步反应,第一阶段,：,磷酸已糖的生成(活化),四 个 阶 段,第二阶段,：,磷酸丙糖的生成(裂解),第三阶段,：,3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸,甘油酸,第四阶段,：,由2-磷酸甘油,酸生成丙酮酸,二、糖酵解过程,(,G),已糖激酶,A,T,P,A,D,P,Mg,2,+,(,G-6-P）, 葡萄糖,磷酸化生成,6-磷酸葡萄糖,糖酵解过程1,已糖激酶,(,hexokinase,),激酶,：能够在,ATP,和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。,已糖激酶,：是催化从,ATP,转移磷酸基团至各种六碳糖（,G、F）,上去的酶。,激酶都需离子要,Mg,2+,作为辅助因子, 6-磷酸葡萄糖,异构化,转变为6-磷酸果糖,(,F-6-P）,糖酵解过程1,磷酸葡萄糖异构酶,(,G-6-P）, 6-磷酸果糖,再磷酸化,生成1,6-二磷酸果糖,糖酵解过程1,(,F-1,6-2P）,磷酸果糖激酶,（,PFK）,A,T,P,A,D,P,Mg,2,+,(,F-6-P）, 磷酸丙糖的,生成,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(,F-1,6-2P）,醛缩酶,+,糖酵解过程2, 磷酸丙糖的,互换,糖酵解过程2,磷酸二羟丙酮,(,dihydroxyacetone,phosphate),3-磷酸甘油醛,(,glyceraldehyde,3-phosphate),磷酸丙糖异构酶,1,6-二磷酸果糖,2, 3-磷酸甘油醛,上述的5步反应完成了糖酵解的准备阶段。酵解的准备阶段包括,两个磷酸化步骤,由六碳糖裂解为两分子三碳糖，,最后都转变为3-磷酸甘油醛,。,在准备阶段中，并没有从中获得任何能量，与此相反，却,消耗了两个,ATP,分子,。,以下的5步反应包括氧化还原反应、磷酸化反应。这些反应正是,从3-磷酸甘油醛提取能量形成,ATP,分子,。,3-磷,酸甘油醛,氧化为,1,3-二磷,酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸,(1,3-,diphosphoglycerate,),糖酵解过程3,3-磷酸甘油醛,(,glyceraldehyde,3-phosphate),3-磷酸甘油醛脱氢酶,糖酵解,中唯一的,脱氢反应,+,NAD,H,+,H,+,NAD,+,HPO,4,2-,OPO,3,2-,1,3-二磷,酸甘油酸,转变,为,3-磷,酸甘油酸,糖酵解过程3,3-磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,(3-,phosphoglycerate,),这是糖酵解,中第一次,底物水平,磷酸化反应,1,3-二磷酸甘油酸,(1,3-,diphosphoglycerate,),OPO,3,2-,ADP,ATP,Mg,2,+,底物磷酸化,：,这由已经形成的高能磷酸键与,ADP,合成,ATP,的磷酸化类型称为底物磷酸化。,其中,ATP,的形成直接与一个,代谢中间物,（,1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移相偶联,这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也是糖酵解过程,开始收获,的阶段。在此过程中产生了,第一个,ATP,。, 3-磷,酸甘油酸,转变,为,2-磷,酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,(3,phosphoglycerate,),糖酵解过程3,磷酸甘油酸变位酶,2-磷酸甘油酸,(2-,phosphoglycerate,), 2-磷,酸甘油酸,脱水,形成,磷,酸烯醇式丙酮酸,（,PEP,）,磷酸烯醇式,丙酮酸,（,PEP）,2-磷酸甘油酸,糖酵解过程4,烯醇化酶,(,Mg,2+,/Mn,2+,),H,2,O,氟化物能与,Mg,2+,络合,而抑制此酶活性,ADP,A,T,P,Mg,2+, K,+, 磷,酸,烯醇式丙酮酸,转变,为烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,(,PK,),烯醇式丙酮酸,也是第二次底物水平磷酸化反应,糖酵解过程4, 烯醇式丙酮酸,转变,为丙酮酸,糖酵解过程4,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸,ADP,丙酮酸激,酶,烯醇式丙酮酸,(,enolpyruvate,),自发进行,丙酮酸,(,pyruvate,),E,1,:,己糖激酶,E,2,: 6-,磷酸果糖激酶,-1,E,3,:,丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖酵解的代谢途径,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,糖酵解过程中,ATP,的消耗和产生,2,1,葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖,6 - 磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1,反 应,ATP,-1,2,1,葡萄糖+2,Pi+2ADP+2NAD,+,2,丙酮酸+2,ATP+2NADH+2H,+,+2H,2,O,三、糖酵解中产生的能量,四、糖酵解意义,1,、,主要,在于它可在无氧条件下迅速提供少量的能量以应急.,如,:,肌肉收缩、人到高原。,2,、是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。,3、是糖的,有氧氧化的前过程,，亦是,糖异生作用大部分逆过程,.非糖物质可以逆着糖酵解的途径异生成糖,但必需绕过不可逆反应。,5,、糖酵解也是,糖、脂肪和氨基酸代谢,相联系的途径.其中间产物是许多重要物质合成的原料。,6,、若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸中毒。,1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和,CO,2,。,(,l),丙酮酸脱羧,五、丙酮酸的去路,葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为：,葡萄糖 + 2,Pi + 2ADP 2,乙醇 + 2,CO,2,+ 2ATP,CH,3,COCOOH CH,3,CHO + CO,2,丙酮酸 乙醛,丙酮酸脱羧酶,TPP,CH,3,CHO + NADH + H+,乙醛,CH,3,CH,2,OH + NAD,+,乙醇,乙醇脱氢酶,Zn,+,(2)乙醛被还原为乙醇,2、丙酮酸,还原,为乳酸,丙酮酸,(,pyruvate,),3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛脱氢酶,Pi,乳酸,(,lactate),乳酸脱氢酶,NAD,H,+,H,+,NAD,+,1,3-二磷酸甘油酸,OPO,3,2,3、,在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成,乙酰,CoA,，,参加,TCA,循环（柠檬酸循环），被彻底氧化成,C,2,O,和,H,2,O,。,丙酮酸+,NAD+ +,CoA,乙酰,CoA,+CO,2,+NADH+H,+,4、,转化为脂肪酸或酮体,。当细胞,ATP,水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰,CoA,开始积累，可用作,脂肪的合成或酮体,的合成。,三羧酸循环,的概念,概念：在,有氧,的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰,CoA,。,乙酰,CoA,经一系列氧化、脱羧，最终生成,C,2,O,和,H,2,O,并产生能量的过程.,因为在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸,所以称为,柠檬酸循环,又因为它有三个羧基,所以亦称为,三羧酸循环,简称,TCA,循环,。由于它是由,H.A.Krebs（,德国,）正式提出的，所以又称,Krebs,循环。,六、 糖有氧分解,（,三羧酸循环,）,三羧酸循环在,线粒体基质,中进行的,。,丙酮酸通过,柠檬酸循环,进行脱羧和脱氢反应;,羧基,形成,CO,2,氢原子,则随着载体(,NAD,+,、FAD）,进入电子传递链经过氧化磷酸化作用，形成,水分子,并将释放出的能量合成,ATP,。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。,黄素腺嘌呤二核苷酸（,FAD,）,有氧氧化的反应过程,糖的有氧氧化代谢途径可分为：,葡萄糖酵解,、,丙酮酸氧化脱羧,和,三羧酸循环,三个阶段。,TAC,循环,G,（,Gn,）,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,细胞质基质,线粒体,一、丙酮酸氧化脱羧生成,乙酰辅酶,A,NAD,+,NAD,H,+,H,+,丙酮酸,乙酰,CoA,+,CoA,-S,H,辅酶,A,+,C O,2,丙酮酸,脱氢酶系,丙酮酸,+,CoA,-SH+ NAD,+,乙酰,CoA,+,C O,2,+ NADH+H,+,多酶复合体：,是催化功能上有联系的几种酶通过,非共价键,连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。,二、,乙酰,CoA,进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体）,反应过程,反应特点,意 义, 乙酰,CoA,与草酰乙酸,缩合,形成柠檬酸,TCA,循环,柠檬酸合成酶,草酰乙酸,CH,3,CO,SCoA,乙酰辅酶,A,柠檬酸,(,citrate),HSCoA,乙酰,CoA,+草酰乙酸,柠檬酸,+,CoA,-SH,关键酶,H,2,O,异柠檬酸,H,2,O, 柠檬酸,异构化,生成异柠檬酸,柠檬酸,顺乌头酸,柠檬酸 异柠檬酸,TCA,循环,顺乌头酸酶,CO,2,NAD,+,异柠檬酸, 异柠檬酸,氧化脱羧,生成-,酮戊二酸,-酮戊二酸,草酰琥珀酸,NADH+H,+,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸+,NAD,+,-酮戊二酸,+,CO,2,+,NADH+H,+,关键酶,TCA,循环,CO,2, -,酮戊二酸,氧化脱羧,生成琥珀酰辅酶,A,-酮戊二酸脱氢酶系,HSCoA,NAD,+,NADH+H,+,琥珀酰,CoA,-酮戊二酸,-酮戊二酸,+,CoA,-SH+ NAD,+,琥珀酰,CoA,+,C O,2,+ NADH+H,+,关键酶,TCA,循环, 琥珀酰,CoA,转变,为琥珀酸,琥珀酰,CoA,合成酶,琥珀酰,CoA,ATP,ADP,琥珀酸,GDP+Pi,GTP,HSCoA,琥珀酰,CoA,+,GDP,+ Pi,琥珀酸+,GTP,+,CoA,-SH,TCA,循环, 琥珀酸,氧化脱氢,生成延胡索酸,TCA,循环,延胡索酸,(,fumarate,),琥珀酸脱氢酶,FAD,FADH,2,琥珀酸,+,FAD,延,胡索酸,+FADH,2,琥珀酸,(,succinate,),延胡索,酸,水化,生成,苹果,酸,TCA,循环,延胡索酸,(,fumarate,),苹果酸,(,malate,),延胡索酸酶,H,2,O,延,胡索酸 +,H,2,O,苹果酸,苹果酸,脱氢,生成草酰乙,酸,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,(,oxaloacetate,),NAD,+,NADH+H,+,苹果酸,+,NAD,+,草酰乙酸,+,NADH+H,+,TCA,循环,苹果酸,(,malate,),P,三羧酸循环总图,草酰乙酸,CH,2,CO,SoA,(,乙酰辅酶A,),苹果酸,琥珀酸,琥珀酰,CoA,-,酮,戊二酸,异柠檬酸,柠檬酸,CO,2,2,H,CO,2,2,H,GTP,延胡索酸,2,H,2,H,NAD,+,NAD,+,FAD,NAD,+,三羧酸循环特点, 循环反应在,线粒体,(mitochondrion),中进行，为,不可逆反应,。, 三羧酸循环的关键酶是,柠檬酸合成酶,、,异柠檬酸脱氢酶,和,-,酮戊二酸脱氢酶系,。, 循环的中间产物既,不能通过此循环反应生成,，也不被此循环反应所消耗。, 三羧酸循环中有,两次脱羧反应,，生成两分子,CO,2,。, 循环中有,四次脱氢反应,，生成三分子,NADH,和一分子,FADH,2,。, 循环中有,一次底物水平磷酸化,，生成一分子,GTP,。, 每完成一次循环，氧化分解掉一分子,乙酰基,，可生成,12,分子,ATP,。,反 应,ATP,第一阶段,两次耗能反应,-2,两次生成,ATP,的反应,22,第二阶段,一次脱氢,(NADH+H,+,),22,或,23,一次脱氢,(NADH+H,+,),23,第三阶段,三次脱氢,(NADH+H,+,),233,一次脱氢,(FADH,2,),22,一次生成,ATP,的反应,21,净生成,36,或,38,糖有氧氧化过程中,ATP,的生成,三羧酸,循环小结,TCA,运转一周的净结果是氧化1分子乙酰,CoA,，,草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。,乙酰辅酶A+3,NAD,+,+F,AD+Pi+2 H,2,O+GDP,2 CO,2,+3(NADH+H,+,)+FADH,2,+,HSCoA,+GTP,TCA,中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以整个三羧酸循环是一个不可逆的系统,TCA,的中间产物可转化为其他物质，故需不,断补充,乙醛酸循环,乙醛酸循环,三羧酸循环支路,乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（,省了,6,步,）,异柠檬酸,柠檬酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,CoASH,三羧酸循环,乙酰,CoA,乙醛酸,乙酰,CoA,CoASH,电子在呼吸链中的传递方式,(I),(II),(III),(IV),注意：通过该穿梭作用，胞液中的,NADH,转入到线粒体后,转变为,FADH,，进入琥珀酸呼吸链氧化。,在某些肌肉组织和大脑,6,、,NADH,从胞液转入线粒体,这类穿梭主要在肝脏和心肌等组织。,四.,TCA,中,ATP,的形成及其,生物学意义,1分子乙酰辅酶,A,经三羧酸循环可生成1分子,GTP(,可转变成,ATP)，,共有4次脱氢，生成3分子,NADH,和1分子,FADH,2,。,当经呼吸链氧化生成,H,2,O,时，前者每对电子可生成,3分子,ATP，3,对电子共生成9分子,ATP；,后者则生,成2分子,ATP。,因此，每分子乙酰辅酶,A,经三羧酸循环可产生,12分,子,ATP,。,若从丙酮酸开始计算，则1分子丙酮酸可,产生,15分子,ATP,。,1,分子葡萄糖可以产生2分子丙酮酸，因此，原核细,胞每分子葡萄糖经糖酵解、三羧酸循环及氧化磷,酸化三个阶段共产生,821538个,ATP,分子。,