第4章细胞代谢

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,复习：,什么是新陈代谢？,什么是新陈代谢？,代：替代，替换,谢：凋谢，衰亡,新陈代谢是指生物体不断用新物质代替旧物质的过程,.,具体地说就是生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程叫做新陈代谢。新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称。,新陈代谢包括,物质代谢,和,能量代谢,两个方面。物质代谢是指生物体与外界,环境,之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。能量代谢是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。,什么是新陈代谢？,代：替代，替换,谢：凋谢，衰亡,在新陈代谢过程中，既有,同化作用,，又有,异化,作用,。,同化作用,(,又叫做合成代谢,),是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程（如,光合作用,）。,异化作用,(,又叫做分解代谢,),是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程（如,细胞呼吸（有氧）和发酵作用（无氧）,）。,细胞代谢,指的是细胞在酶的作用下，为了能量的获取与物质合成（,如光合作用,）以及能量的利用与物质分解（,如,细胞呼吸和发酵作用,）所进行的各种化学反应，以保持细胞正常的生命活动。,一、细胞呼吸（有氧呼吸）,细胞呼吸：,细胞在有氧条件下从食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的过程。,常温进行，能量贮存,ATP,中，可被细胞直接利用,;,有控制的氧化还原作用，温和（反应步骤多，都有不同酶参加）,细胞呼吸是一个氧化还原反应,被氧化,被还原,ATP,（三磷酸腺苷）,细胞的能量通货,ATP,戊糖,含氮碱基,腺嘌呤,3,个磷酸根,结构组成：,高能磷酸键,ATP,的结构,ATP,是各种活细胞内的一种,高能磷酸化合物,A,P,P,P,腺苷,磷酸基团,高能,磷酸键,第二个高能磷酸键相当脆弱，水解时容易断裂，释放出大量的能量,ATP,的结构简式：,ADP,ATP,合成酶,ADP,+,Pi,ATP,能量,+,ATP,ADP,+,P i,+,能量,ATP,（水解）酶,各项需能的生命活动,ATP,循环：,通过,ATP,的合成和水解使放能反应所释放的能量用于吸能反应的过程。,可见,ATP,是细胞中的能量载体，所以常称之为细胞中的能量通货（,energy currency,）,细胞呼吸分为,3,个阶段：,1,）,糖酵解胞质；,2,）,柠檬酸循环（,Krebs,循环或三羧酸循环）线粒体；,3,）,电子传递链,一、细胞呼吸,是一个复杂的、有多种酶参与的多步骤的过程,糖酵解,葡萄糖降解为丙酮酸的过程,发生部位：细胞质，不需要氧,总反应式：,C,6,H,12,O,6,+2NAD,+,+2ADP+2Pi 2,丙酮酸,+2NADH+2H,+,+2ATP+2H,2,O,作用：,1,分子葡萄糖分解为,2,分子丙酮酸；产生,2,分子,ATP,、,2,分子,NADH,。,糖酵解,NAD,和,NADH,？,NAD,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸或,辅酶,。是脱氢酶的辅酶，与电子（,e,-,）传递有关，出现在细胞很多新陈代谢反应中。,NADH,是,NAD,的还原形式，即还原型辅酶,，是,H,的载体，,中间产物会将脱下的氢递给,NAD,，使之成为,NADH,。,NAD,+,+H,+,+2e,-,=NADH,（,带,2,个电子的,NADH,成为高能分子，,还原型的高能化合物）。,糖酵解,底物水平磷酸化：,是指在相关酶的作用下，将底物分子上的高能磷酸键基团直接转移到,ADP,分子上，生成,ATP,的过程。,能量,ADP+P ATP,糖酵解过程,ATP,形成底物水平磷酸化,三羧酸循环,发生部位：,线粒体,关键的中间产物：,柠檬酸,（柠檬酸有三个羧基，所以又称三羧酸）,1,个丙酮酸产生,1,个乙酰,CoA,丙酮酸不能直接进入三羧酸循环，必需通过扩散，进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶的作用下，经氧化脱羧，与辅酶,A,结合成活化的,乙酰辅酶,A(,乙酰,CoA),后,，进入三羧酸循环。,三羧酸循环,FAD:,黄素腺嘌呤二核苷酸，又称活性型维生素,B2,，也是一种脱氢酶的,辅酶,，与电子（,e,-,）传递有关。,FAD,是一种比,NAD,和,NADP,更强的氧化剂，能被,1,个,电子,或,2,个电子还原,.,FAD,+,+2H,+,+2e,-,FADH,2,三羧酸循环,FADH,2,:,是,FAD,的还原形式 也与递氢有关，中间产物会将脱下的氢递给,FAD,，使之成为,FADH,2,。,FAD,+,+H,+,+2e-,FADH,（带,2,个电子的,NADH,成为高能分子，还原型的高能化合物）。,！,三羧酸循环,每一循环产生,CO,2,、,1ATP,、,3NADH,、,1FADH,2,NADH,和,FADH,2,再经过一系列呼吸链的传递释放能量。,总反应式：,CH3CO,CoA+3NAD,+,+FAD+ADP+Pi,CoA,SH+2CO,2,+3NADH+3H,+,+FADH,2,+ATP,！,电子传递链和氧化磷酸化,糖酵解、柠檬酸循环产生的,NADH,和,FADH,2,中的高能电子，沿线粒体内膜上一系列有顺序的电子传递体（主要指细胞色素体系和,Fe-S,蛋白）组成的电子传递途径传递到分子氧，并释放能量转移到,ATP,中。,呼吸链,氧化磷酸化：,电子传递过程中高能电子释放的能，通过磷酸化被储存到,ATP,中。这种电子传递过程中合成,ATP,的反应称氧化磷酸化。,底物水平磷酸化,高能化合物水解，释放能量直接形成,ATP,的过程，其实质是底物上的磷酸基团在酶的作用下转移给,ADP.,呼吸作用产生的,ATP,统计,1,分子葡萄糖经过呼吸作用产生的,ATP,统计：,糖酵解,底物水平磷酸化,己糖分子活化,产生,2 NADH,（电子链）,4ATP,（细胞质）,-2ATP,（细胞质）,5,或,3ATP,（线粒体）,丙酮酸脱羧,2 NADH,（电子链）,5 ATP,（线粒体）,三羧酸循环,底物水平磷酸化,产生,6 NADH,（电子链）,2 FADH,2,（电子链）,2 ATP,（线粒体）,15ATP,（线粒体）,3 ATP,（线粒体）,总计,32,或,30 ATP,1NADH=2.5ATP,1FADH2=2ATP,注：糖酵解产生的,1,分子,NADH,进入线粒体需要消耗,1,个,ATP,有的细胞不需要。,细胞呼吸产生的,ATP,发酵：,厌氧细菌和酵母菌在无氧条件下获取能量的过程。,（,1,）酒精发酵：,葡萄糖,经糖酵解成,丙酮酸,，丙酮酸脱羧，放出,CO,2,而成,乙醛,，乙醛接受,H,还原成,酒精,。,二、发酵作用（无氧呼吸）,（,2,）乳酸发酵：,某些微生物（乳酸菌）、高等动物（人）,葡萄糖,酵解产生的,丙酮酸,不经过脱羧，直接接受,H,还原成,乳酸,。,无氧呼吸的效率远比有氧呼吸低,(1/20),，但可作为,O,2,供应不及时的应急措施,。,生物大分子分解以及,ATP,产生过程,多糖：转化为葡萄糖，进入细胞后进行糖酵解和柠檬酸循环。,蛋白质：先被分解为氨基酸，经脱氨后转变为丙酮酸、乙酰,CoA,或柠檬酸循环中的一种酸，最终进入呼吸代谢途径。,脂肪：先将脂肪水解为甘油和脂肪酸。,脂肪酸氧化：转化为乙酰,CoA,，再进入柠檬酸循环。,甘油：转变为糖酵解的中间产物,3-,磷酸甘油醛，进入糖酵解过程。,各种分子分解代谢的三个阶段,氧化磷酸化,柠檬酸循环,ADP+Pi,乙酰,CoA,CoA,淀 粉,脂 肪,蛋 白 质,葡萄糖,甘油 脂肪酸,氨基酸,第一阶段,第二阶段,第三阶段,2H,CO,2,ATP,O,2,H,2,O,能的利用,细胞呼吸作用释放的能用于细胞的各种生命活动：,(1),细胞生长、分裂时合成物质；,(2),恒温动物维持体温；,(3),细胞主动运输；,(4),动物机械活动；,(5),萤火虫发光、电鳗放电等,*能都由,ATP,的化学键能转变而来。,细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径，主要在线粒体中进行，在温和条件和酶的参与调控下，通过一系列氧化还原反应，将储藏在葡萄糖等中的化学能释放，并以高能磷酸键的形式贮藏在,ATP,分子中；,小结,在细胞呼吸过程中，在有氧条件下，细胞对其燃料物质的彻底氧化形成,CO,2,和,H,2,O,。糖酵解不产生,CO,2,，,CO,2,是通过三羧酸循环形成的；而,H,2,O,则是在电子传递过程的最后阶段生成；,三羧酸循环中一系列的脱羧反应是呼吸作用释放,CO,2,的来源。三羧酸循环过程中释放的,CO,2,不是直接来自于氧气，而是靠氧化底物中的氧和水分子中的氧来实现的；,三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质和核酸及其它物质的共同代谢过程。这些物质可以通过三羧酸循环发生代谢上的联系。,电子传递链就是通过一系列的氧化还原反应，将高能电子从,NADH,和,FADH,2,最终传递给分子氧，生成水；,生物细胞通过底物水平磷酸化和与电子传递系统发生的氧化磷酸化,2,种途径合成,ATP,。底物水平的磷酸化是相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到,ADP,分子上。电子传递系统发生的氧化磷酸化涉及电子传递。,通过上述,2,种磷酸化途径，,1,分子葡萄糖通过有氧呼吸共形成,30,或,32,个,ATP,；,光合作用（,Photosynthesis),：,光合作用（,Photosynthesis,），即光能合成作用，是,植物,、,藻类,和某些,细菌,，在,可见光,的照射下，利用,光合色素,，将,二氧化碳,和,水,转化为,有机物,，并释放出,氧气,过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是,地球,碳,氧循环,的重要媒介。,光合作用过程：,CO,2,+2H,2,O*(CH,2,O)+H,2,O+O,2,*,四、光合作用,光能,光合作用概述,光合作用是地球上最重要的化学过程，为地球上绝大多数的生物提供食物。,自养生物：,能进行光合作用的生物是自养生物。,异养生物：,依靠光合作用产物生活的生物是异养生物。,光合作用是吸能反应，利用太阳光能把,CO,2,转变为糖，并将能量贮存在糖分子内。,光反应：,在叶绿体基粒,类囊体膜,中,碳反应：在,叶绿体基质类囊体,中,光合作用分两个阶段：,类囊体,基质,基质类囊体,基粒内囊体,光反应：将光能变成化学能并产生氧气。在叶绿体基粒类囊体膜中，,发生水的光解、,O,2,的释放、,ATP,及,NADPH,的生成，需要光。,光反应,碳反应,光合磷酸化,光,H,2,O,O,2,ATP,NADPH,碳反应：,在叶绿体基质类囊体中，利用光反应形成的,ATP,和,NADPH,，将,CO,2,还原为糖，,不需光直接参与，但也必须在光下进行。,光反应,碳反应,光合磷酸化,CO,2,+ATP+NADPH,（,CHO,2,）,