资源描述
生活细胞通过代谢活动，不断从环境中取得能和各种必需的物质，来维持自身高度复杂的有序结构，并保证细胞生长、发育和分裂等活动的正常进行。,生命活动需要能量,代谢是化学物质和能量的转化过程,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。,自养生物,及,异养生物,生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的,生命和能,热力学第一定律即能量守恒定律,宇宙的能量是一个常数，能量可以不断被转化和转移，但不可能被创造，也不可能被消灭,热力学第一定律,生命和能,宇宙或系统的各种自发过程总是朝着熵增大的方向进行的。,万物皆走向衰退。,热力学第二定律,生命和能,热力学将系统中,总的热量,称为,焓,，以,H,表示。,在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那一部分能量为,自由能,，以,G,表示。,热力学将不能做功的随机和无序状态的能定义为,熵,，以,S,表示。,当熵增加时，系统的自由能便会下降，因此有：,G = H-TS (T,为绝对温度,),生命一直在依靠能量的不断输入,及,第二定律作抗争。,热力学第二定律,生命和能,ds=des+dis,ds:,细胞和生物体的全部熵值变化,des:,熵流,=0,ds0:,系统有序化程度下降，细胞和生物体走向死亡,ds0:,系统向更有序化发展，细胞和生物体生长和进化,生命和能,耗散结构,:(dissipative structure),生命体需要消耗能量，这些能量使得生命产生出远离平衡态的结构，这种称为耗散结构 。,生命体可以定以为一个通过不断汲取外部能量来维持甚至扩展其有序结构的系统。,生活细胞和生物体是通过使环境中的熵增加，或者说从环境中吸收负熵，来抵消体内熵的增长。,生命和能,ATP,充当了各种类型能量转换中的媒介物,细胞中能的转换,能的转换,发生部位,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,化学能转化为电能,光能转换为化学能,声能转换为化学能,光能转换为化学能,肾,肌细胞、纤毛上皮细胞,萤火虫发光器官,神经、味觉及嗅觉感受器细胞,叶绿体,内耳,视网膜,生命和能,化学平衡,自发反应,:,自然界存在的一种不需要从外部供能就可发生的反应。通常都是不可逆的。,可逆反应：,反应同时向,2,个相反的方向进行,对于反应,C+D E+F,平衡常数：,Keq=EF/CD,放能反应和吸能反应,化学平衡,在一个反应中，如果产物比反应物含有更少的自由能，即,G,0,，这个反应便趋向于,自发地进行,。自发反应可,释放自由能,，称为,放能反应,。,在一个反应中，如果产物比反应物含有较多的自由能，即,G,0,，这个反应便,不能自发地进行,。此时,需从外界输入自由能,才能进行反应，这样的反应称为,吸能反应,。,平衡常数,Keq,及,标准自由能变化,(G),有相关性,G,越小，,Keq,越大；反之,G,越大，,Keq,越小,放能反应和吸能反应,化学平衡,细胞内氧化还原反应,氧化反应：失去电子或氢的反应；,还原反应：得到电子的反应,细胞代谢过程中包含许多氧化还原过程，细胞色素是这些反应中重要的电子传递体，该类蛋白含有有一个铁原子的血红素辅基，和血红蛋白含铁辅基相似。细胞色素有,a,、,a3,、,b,、,c,、,f,等。,细胞内氧化还原反应,细胞中常见的氧化,-,还原反应除包含电子的传递转移外，还包含氢的传递和转移，它,及,电子的转移是伴随发生的。,细胞中能直接从底物取得电子和氢的传递体称为初级电子受体。如,NAD,+,、,NADP,+,、,FMN,和,FAD,等,还原态的初级电子受体，即,NADH,、,NADPH,、,FMNH,2,和,FADH,2,，可再将所接受的电子和氢传递给其它传递体，如细胞色素和辅酶,Q,等。,细胞呼吸,机体内进行的脱氢，加氧等氧化反应总称为,生物氧化,，按照生理意义不同可分为两大类：,一类主要是将代谢物或药物和毒物等通过氧化反应进行生物转化，这类反应不伴有,ATP,的生成,另一类是糖、脂肪和蛋白质等营养物质通过氧化反应进行分解，生成,H,2,O,和,CO,2,，同时伴有,ATP,生物能的生成，这类反应进行过程中细胞要摄取,O,2,，释放,CO,2,，故又形象地称之为,细胞呼吸,。,细胞呼吸,细胞呼吸：细胞氧化葡萄糖、脂肪酸或其它有机物以获取能并产生,CO,2,的过程。在所有生物中存在，是生物获取能的方式。,是一个复杂的、有多种酶参,及,的多步骤过程。以葡萄糖为例：,C,6,H,12,O,6,+6O,2,+6H,2,O6CO,2,+12H,2,O+,能,呼吸商（,R.,.,）：细胞呼吸产生的,CO,2,和消耗的,O,2,分子比。,不同的呼吸底物有不同的值。,葡萄糖为,1,，一般脂肪酸为,0.71,，蛋白质为,0.80,。,R.,.,值越小，参与细胞呼吸时需氧多，放能也多。,细胞呼吸,细胞呼吸的全过程可以分为四个部分：,糖酵解,丙酮酸氧化脱羧,柠檬酸循环,电子传递链,糖酵解（,EMP,途径）,己糖分解成丙酮酸的过程,反应进行部位：细胞质,特点：,不需,O,2,的参,及,由特定的酶催化,糖酵解（,EMP,途径）,糖酵解（,EMP,途径）,糖酵解（,EMP,途径）,糖酵解（,EMP,途径）,糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在三个部位。,已糖激酶调节,别构抑制剂（负效应调节物）：,G6P,和,ADP,别构激活剂（正效应调节物）：,ATP,糖酵解（,EMP,途径）,磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）,抑制剂：,ATP,、柠檬酸、脂肪酸和,H+,激活剂：,AMP,、,F2.62P,ATP,：细胞内含有丰富的,ATP,时，此酶几乎无活性。,柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。,H+,：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。,丙酮酸激酶调节,抑制剂：乙酰,CoA,、长链脂肪酸、,Ala,、,ATP,激活剂：,F-1.6-P,、,细胞呼吸,总反应为：,葡萄糖,+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD,+,2,丙酮酸,+4ATP+2NADH+2H,+,+2H,2,O,糖酵解（,EMP,途径）,细胞呼吸,丙酮酸氧化脱羧,乙酰,CoA,的生成,细胞呼吸,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,主要事件顺序为：,（,1,）乙酰,CoA,及,草酰乙酸结合，生成六碳的柠檬酸，放出,CoA,（,2,）柠檬酸先失去一个,H,2,O,而成顺乌头酸，再结合一个,H,2,O,转化为异柠檬酸,（,3,）异柠檬酸发生脱氢、脱羧反应，生成五碳的,-,酮戊二酸，放出一个,CO,2,，生成一个,NADH+H,+,（,4,） ,-,酮戊二酸,发生脱氢、脱羧反应，并和,CoA,结合，生成含高能硫键的四碳琥珀酰,CoA,，,放出一个,CO,2,，生成一个,NADH+H,+,细胞呼吸,主要事件顺序为：,（,5,）,碳琥珀酰,CoA,脱去,CoA,和高能硫键，放出的能通过,GTP,转入,ATP,（,6,）琥珀酸脱氢生成延胡索酸，生成,1,分子,FADH,2,（,7,）延胡索酸和水化合而成苹果酸,（,8,）苹果酸氧化脱氢，生成草酸乙酸，生成,1,分子,NADH+H,+,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,细胞呼吸,细胞呼吸,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,细胞呼吸,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,细胞呼吸,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,细胞呼吸,小结：,一次循环，消耗一个,2,碳的乙酰,CoA,，共发生,一次底物水平的磷酸化,（生成一分子,ATP,），,两次脱羧反应,（释放,2,分子,CO,2,），,三个调节位点,，,四次脱氢反应,（脱去,8,个,H,，生成,3,个,NADH+H,+,，,1,个,FADH,2,，其中四个,H,来自乙酰,CoA,，另四个,H,来自,H,2,O,）。,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,细胞呼吸,柠檬酸合酶（限速酶）,受,ATP,、,NADH,、琥珀酰,CoA,及脂酰,CoA,抑制。,受乙酰,CoA,、草酰乙酸激活,异柠檬酸脱氢酶,NADH,、,ATP,可抑制此酶,ADP,可活化此酶，当缺乏,ADP,时就失去活性。,-,酮戊二酸脱氢酶,受,NADH,和琥珀酰,CoA,抑制。,柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,）,细胞呼吸,电子传递系统和氧化磷酸化,葡萄糖代谢中的大部分能量的释放靠包括分子氧在内的电子传递系统或电子传递链来完成。,电子传递链：存在于线粒体内膜上的一系列电子传递体，如,FMN,、,CoQ,和各种细胞色素等，分子氧是电子传递链中最后的电子受体。在电子传递链中，各电子传递体的氧化还原反应从高能水平向低能水平顺序传递，在传递过程中释放的能通过磷酸化而被储存到,ATP,中，,ATP,的形成发生在线粒体内膜上。,细胞呼吸,电子传递系统和氧化磷酸化,细胞呼吸,电子传递系统和氧化磷酸化,细胞呼吸,电子传递系统和氧化磷酸化,底物水平磷酸化,是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使,ADP,生成,ATP,。,电子传递体系磷酸化,是指当电子从,NADH,或,FADH2,经过电子传递体系,(,呼吸链,),传递给氧形成水时，同时伴有,ADP,磷酸化为,ATP,的全过程。通常所说的,氧化磷酸化,是指电子传递体系磷酸化。,化学渗透学说,当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时，电子能量逐步降低，脱下的,H+,质子便穿过膜从线粒体的基质进入到内膜外的腔中，造成跨膜的质子梯度（浓度差），导致化学渗透发生，即质子顺梯度从外腔经内膜通道（,ATP,合成酶）而返回到线粒体的基质中，所释放的能使,ADP,及,磷酸结合生成,ATP,。,化学渗透学说,ATP,合成酶,糖酵解：底物水平的磷酸化产生,4,个,ATP,，己糖活化消耗,2,个,ATP,，脱氢反应产生,2,个,NADH,，经电子传递链生成,4,或,6,个,ATP,Krebs,循环：底物水平的磷酸化产生,2,个,ATP,，脱氢反应产生,8,个,NADH,和,2,个,FADH2,，,8,个,NADH,经电子传递链生成,24,个,ATP,，,2,个,FADH2,经电子传递链生成,4,个,ATP,。,1,分子葡萄糖彻底氧化分解所形成的能量统计,细胞呼吸,细胞呼吸,细胞呼吸,反,应,酶,消耗,产生,数量,合计,糖,酵,解,已糖激酶,1,-1,8,磷酸果糖激酶,1,-1,磷酸甘油醛脱氢酶,NADH,23,磷酸甘油酸激酶,底物水平,21,丙酮酸激酶,底物水平,21,TCA,丙酮酸脱氢酶复合物,NADH,23,30,异柠檬酸脱氢酶,NADH,23,-,酮戊二酸脱氢酶复合物,NADH,23,琥珀酸脱氢酶,FADH,2,22,苹果酸脱氢酶,NADH,23,琥珀酰,CoA,合成酶,底物水平,21,糖的有氧氧化，如果缺乏氧气或线粒体，则氧化至丙酮酸时还原为乳酸，称糖的无氧氧化（糖酵解）,磷酸戊糖途径，产物,5-,磷酸核糖是合成核苷的原料,由乙酰辅酶,A,合成脂肪酸、脂肪和胆固醇,肝脏中葡萄糖输出为血糖,肝脏中糖原的合成和分解,细胞呼吸,甘油的转化,脂肪酸的,氧化,脂肪酸的活化,脂肪酸的,氧化,脂肪酸的,氧化,脂肪酸的活化,细胞呼吸,细胞呼吸,光合作用,一、光合作用的概念,1.,定义：光合作用是绿色植物利用光能，把,CO,2,和,H,2,O,同化为有机物，并释放,O,2,的过程。 光,CO,2,+2H,2,O (CH,2,O)+O,2,+H,2,O,光合细胞,光合作用,光合作用的部位,植物的绿色部分,(,叶茎果等,),，主要是,叶片,细胞中的,叶绿体,光合作用的原料,CO,2,来自于空气,H,2,O,来自于土壤,光合作用的产物,C,6,H,12,O,6,O,2,光合作用,光合作用的能源,可见光中,380-720nm,波长光,光合作用的特点,是一个氧化还原反应,1.,水被氧化为分子态氧,2.,二氧化碳被还原到糖水平,3.,同时发生日光能的吸收,转化和贮藏,光合作用,光合作用,光合作用,光合作用,光合作用,
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