第4章細胞代謝

1、第第 四四 章章細細 胞胞 代代 謝謝復習：復習：什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？代：替代，替換代：替代，替換謝：凋謝，衰亡謝：凋謝，衰亡新陳代謝是指生物體不斷用新物質代替舊物質的過程新陳代謝是指生物體不斷用新物質代替舊物質的過程.具體地具體地說就是生物體與外界環(huán)境之間的物質和能量交換以及生物體內說就是生物體與外界環(huán)境之間的物質和能量交換以及生物體內物質和能量的轉變過程叫做新陳代謝。新陳代謝是生物體內全物質和能量的轉變過程叫做新陳代謝。新陳代謝是生物體內全部有序化學變化的總稱。部有序化學變化的總稱。新陳代謝包括新陳代謝包括物質代謝物質代謝和和能量代謝能量代謝兩個

2、方面。物質代謝是指兩個方面。物質代謝是指生物體與外界生物體與外界環(huán)境環(huán)境之間物質的交換和生物體內物質的轉變過程。之間物質的交換和生物體內物質的轉變過程。能量代謝是指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內能能量代謝是指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內能量的轉變過程。量的轉變過程。什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？代：替代，替換代：替代，替換謝：凋謝，衰亡謝：凋謝，衰亡在新陳代謝過程中，既有在新陳代謝過程中，既有同化作用同化作用，又有，又有異化異化作用作用。同化作用同化作用(又叫做合成代謝又叫做合成代謝)是指生物體把從外界環(huán)境中獲取是指生物體把從外界環(huán)境中獲取的營養(yǎng)物質轉變成自身的組成物質

3、，并且儲存能量的變化過程的營養(yǎng)物質轉變成自身的組成物質，并且儲存能量的變化過程（如（如光合作用光合作用）。）。異化作用異化作用(又叫做分解代謝又叫做分解代謝)是指生物體能夠把自身的一部分是指生物體能夠把自身的一部分組成物質加以分解，釋放出其中的能量，并且把分解的終產物組成物質加以分解，釋放出其中的能量，并且把分解的終產物排出體外的變化過程（如排出體外的變化過程（如細胞呼吸（有氧）和發(fā)酵作用（無細胞呼吸（有氧）和發(fā)酵作用（無氧）氧）。）。 細胞代謝細胞代謝 指的是細胞在酶的作用下，為了能量的獲取與物質合指的是細胞在酶的作用下，為了能量的獲取與物質合成（成（如光合作用如光合作用）以及能量的利用與物

4、質分解（）以及能量的利用與物質分解（如如細胞呼細胞呼吸和發(fā)酵作用吸和發(fā)酵作用）所進行的各種化學反應，以保持細胞正）所進行的各種化學反應，以保持細胞正常的生命活動。常的生命活動。一、細胞呼吸（有氧呼吸）一、細胞呼吸（有氧呼吸）細胞呼吸：細胞呼吸：細胞在有氧條件下從食物分子（主要是葡萄糖）細胞在有氧條件下從食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的過程。中取得能量的過程。 常溫進行，能量貯存常溫進行，能量貯存atp中，可被細胞直接利用中，可被細胞直接利用; 有控制的氧化還原作用，溫和（反應步驟多，都有不同有控制的氧化還原作用，溫和（反應步驟多，都有不同酶參加）酶參加）細胞呼吸是一個氧化還原反應細胞呼吸是

5、一個氧化還原反應被氧化被還原atp（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷） 細胞的能量通貨細胞的能量通貨atp戊糖戊糖含氮堿基含氮堿基腺嘌呤腺嘌呤3個磷酸根個磷酸根結構組成：結構組成：高能磷酸鍵atpatp的結構的結構atpatp是各種活細胞內的一種是各種活細胞內的一種高能磷酸化合物高能磷酸化合物 a p p p腺腺苷苷磷酸磷酸基團基團 高能高能磷酸鍵磷酸鍵第二個高能磷酸鍵相當第二個高能磷酸鍵相當脆弱，水解時容易斷裂，脆弱，水解時容易斷裂，釋放出大量的能量釋放出大量的能量 atp的結構簡式：的結構簡式： adpatp合成酶合成酶adp + pi atp能量能量 +atp adp + p i + 能量能量a

6、tp（水解）酶（水解）酶各項需能的各項需能的生命活動生命活動atp循環(huán)：循環(huán)：通過通過atp的合成和水解使放能反應所釋放的能量用的合成和水解使放能反應所釋放的能量用于吸能反應的過程。于吸能反應的過程。可見可見atp是細胞中的能量載體，所以常稱之為細胞中的能量通是細胞中的能量載體，所以常稱之為細胞中的能量通貨（貨（energy currency）細胞呼吸分為細胞呼吸分為3個階段：個階段： 1）糖酵解胞質；糖酵解胞質； 2）檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)（krebs循環(huán)或三羧酸循環(huán)或三羧酸循環(huán)）線粒體；循環(huán)）線粒體； 3）電子傳遞鏈電子傳遞鏈一、細胞呼吸一、細胞呼吸是一個復雜的、有多是一個復雜的、有多種酶參

7、與的多步驟的種酶參與的多步驟的過程過程n 糖酵解糖酵解 葡萄糖降解為丙酮酸的過葡萄糖降解為丙酮酸的過程程 發(fā)生部位：細胞質，不需發(fā)生部位：細胞質，不需要氧要氧 總反應式：總反應式： c6h12o6 + 2nad+ + 2adp + 2pi 2丙酮丙酮酸酸 + 2nadh + 2h+ + 2atp +2h2o 作用：作用：1分子葡萄糖分解分子葡萄糖分解為為2分子丙酮酸；產生分子丙酮酸；產生2分子分子atp、2分子分子nadh。n 糖酵解糖酵解nad和和nadh？ nad 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，尼克酰胺腺嘌煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸或呤二核苷酸或輔酶輔酶 。是脫氫酶的輔酶，與。是

8、脫氫酶的輔酶，與電子（電子（e-）傳遞有關，出現(xiàn)在細胞很多新陳）傳遞有關，出現(xiàn)在細胞很多新陳代謝反應中。代謝反應中。 nadh是是nad的還原形式的還原形式 ，即還原型輔，即還原型輔酶酶，是，是h的載體，的載體，中間產物會將脫下的氫中間產物會將脫下的氫遞給遞給nad，使之成為，使之成為nadh。nad+ + h+ + 2e- = nadh（帶帶2個電個電子的子的nadh成為高能分子，成為高能分子，還原型的高能化還原型的高能化合物）合物） 。 n 糖酵解糖酵解底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：是指在相關酶的作用下，是指在相關酶的作用下，將底物分子上的高能磷酸將底物分子上的高能磷酸鍵基團直接轉移到鍵

9、基團直接轉移到adp分分子上，生成子上，生成atp的過程。的過程。能量能量adp+p atp糖酵解過程糖酵解過程atp形成底物水平形成底物水平磷酸化磷酸化 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 發(fā)生部位：發(fā)生部位：線粒體線粒體 關鍵的中間產物：關鍵的中間產物：檸檬檸檬酸酸（檸檬酸有三個羧基，（檸檬酸有三個羧基，所以又稱三羧酸）所以又稱三羧酸）1個丙酮酸產生1個乙酰coa丙酮酸不能直接丙酮酸不能直接進入三羧酸循環(huán)，進入三羧酸循環(huán)，必需通過擴散，必需通過擴散， 進入線粒體，在進入線粒體，在丙酮酸脫氫酶的丙酮酸脫氫酶的作用下，經氧化作用下，經氧化脫羧，與輔酶脫羧，與輔酶a結結合成活化的合成活化的乙酰乙酰輔酶輔酶a(

10、乙酰乙酰coa)后后，進入三羧酸，進入三羧酸循環(huán)。循環(huán)。三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)fad:黃素腺嘌呤二核苷酸，又稱黃素腺嘌呤二核苷酸，又稱活性型維生素活性型維生素b2，也是一，也是一種脫氫酶的種脫氫酶的輔酶輔酶，與電子，與電子（e-）傳遞有關。）傳遞有關。fad是一是一種比種比nad和和nadp更強的氧更強的氧化劑，能被化劑，能被1個個電子電子或或2個電個電子還原子還原. fad+2h+ +2e- fadh2三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)fadh2: 是是fad的還原形式的還原形式 也與遞氫有關，中間產也與遞氫有關，中間產物會將脫下的氫遞給物會將脫下的氫遞給fad，使之成為，使之成為fadh2。fad+ +

11、h+ + 2e- fadh（帶（帶2個電子的個電子的nadh成為高能分子，還原型成為高能分子，還原型的高能化合物）的高能化合物） 。 ！ 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 每一循環(huán)產生每一循環(huán)產生co2、1atp、3nadh、1fadh2 nadh和和fadh2再經過一系再經過一系列呼吸鏈的傳遞釋放能量。列呼吸鏈的傳遞釋放能量。 總反應式：總反應式：ch3cocoa + 3nad+ + fad + adp + pi coash + 2co2 + 3nadh + 3h+ + fadh2 + atp！ 電子傳遞鏈和氧化磷酸化電子傳遞鏈和氧化磷酸化糖酵解、檸檬酸循環(huán)產糖酵解、檸檬酸循環(huán)產生的生的nadh和和fa

12、dh2中的高能電子，沿線中的高能電子，沿線粒體內膜上一系列有粒體內膜上一系列有順序的電子傳遞體順序的電子傳遞體（主要指細胞色素體（主要指細胞色素體系和系和fe-s蛋白）組成蛋白）組成的電子傳遞途徑傳遞的電子傳遞途徑傳遞到分子氧，并釋放能到分子氧，并釋放能量轉移到量轉移到atp中。中。呼吸鏈呼吸鏈氧化磷酸化：氧化磷酸化： 電子傳遞過程中高能電子釋放的能，通過磷酸化被儲存電子傳遞過程中高能電子釋放的能，通過磷酸化被儲存到到atp中。這種電子傳遞過程中合成中。這種電子傳遞過程中合成atp的反應稱氧化磷酸的反應稱氧化磷酸化。化。底物水平磷酸化底物水平磷酸化 高能化合物水解，釋放能量直接形成高能化合物水

13、解，釋放能量直接形成atp的過程，其實的過程，其實質是底物上的磷酸基團在酶的作用下轉移給質是底物上的磷酸基團在酶的作用下轉移給adp. 呼吸作用產生的呼吸作用產生的atp統(tǒng)計統(tǒng)計1分子葡萄糖經過呼吸作用產生的分子葡萄糖經過呼吸作用產生的atp統(tǒng)計：統(tǒng)計：糖酵解糖酵解底物水平磷酸化底物水平磷酸化己糖分子活化己糖分子活化產生產生2 nadh（電子鏈）（電子鏈）4atp （細胞質）（細胞質）-2atp （細胞質）（細胞質）5 或或 3atp（線粒體）（線粒體）丙酮酸脫羧丙酮酸脫羧 2 nadh（電子鏈）（電子鏈）5 atp （線粒體）（線粒體）三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)底物水平磷酸化底物水平磷酸化產生產生

14、6 nadh （電子鏈）（電子鏈） 2 fadh2 （電子鏈）（電子鏈）2 atp （線粒體）（線粒體）15atp （線粒體）（線粒體）3 atp （線粒體）（線粒體）總計總計32 或或 30 atp1nadh=2.5atp1fadh2=2atp注：糖酵解產生的注：糖酵解產生的1分子分子nadh進入線粒體需要消耗進入線粒體需要消耗1個個atp有的細胞不需要。有的細胞不需要。n 細胞呼吸產生的細胞呼吸產生的atp 發(fā)酵：發(fā)酵：厭氧細菌和酵母菌在無氧條件下獲取能量的過程。厭氧細菌和酵母菌在無氧條件下獲取能量的過程。（1）酒精發(fā)酵：）酒精發(fā)酵： 葡萄糖葡萄糖經糖酵解成經糖酵解成丙酮酸丙酮酸，丙酮酸脫

15、羧，放出，丙酮酸脫羧，放出co2而成而成乙醛乙醛，乙醛接受，乙醛接受h還原成還原成酒精酒精。二、發(fā)酵作用（無氧呼吸）二、發(fā)酵作用（無氧呼吸）（2）乳酸發(fā)酵：）乳酸發(fā)酵： 某些微生物（乳酸菌）、高等動物（人）某些微生物（乳酸菌）、高等動物（人） 葡萄糖葡萄糖酵解產生的酵解產生的丙酮酸丙酮酸不經過脫羧，直接接受不經過脫羧，直接接受h還原成還原成乳酸乳酸。 無氧呼吸的效率遠比有氧呼吸低無氧呼吸的效率遠比有氧呼吸低(1/20)，但可作為，但可作為o2供應不供應不及時的應急措施及時的應急措施。生物大分子分解以及生物大分子分解以及atp產生過程產生過程多糖：轉化為葡萄糖，進入細胞后進行糖酵解和檸檬酸循環(huán)。

16、多糖：轉化為葡萄糖，進入細胞后進行糖酵解和檸檬酸循環(huán)。蛋白質：先被分解為氨基酸，經脫氨后轉變?yōu)楸?、乙酰蛋白質：先被分解為氨基酸，經脫氨后轉變?yōu)楸?、乙酰coa或或檸檬酸循環(huán)中的一種酸，最終進入呼吸代謝途徑。檸檬酸循環(huán)中的一種酸，最終進入呼吸代謝途徑。脂肪：先將脂肪水解為甘油和脂肪酸。脂肪：先將脂肪水解為甘油和脂肪酸。 脂肪酸氧化：轉化為乙酰脂肪酸氧化：轉化為乙酰coa，再進入檸檬酸循環(huán)。，再進入檸檬酸循環(huán)。 甘油：轉變?yōu)樘墙徒獾闹虚g產物甘油：轉變?yōu)樘墙徒獾闹虚g產物3-磷酸甘油醛，進入糖酵解過磷酸甘油醛，進入糖酵解過程。程。 能的利用能的利用細胞呼吸作用釋放的能用于細胞的各種生命細胞呼吸作

17、用釋放的能用于細胞的各種生命活動：活動： (1) 細胞生長、分裂時合成物質；細胞生長、分裂時合成物質； (2) 恒溫動物維持體溫；恒溫動物維持體溫； (3) 細胞主動運輸；細胞主動運輸； (4) 動物機械活動；動物機械活動； (5)螢火蟲發(fā)光、電鰻放電等螢火蟲發(fā)光、電鰻放電等* 能都由能都由atp的化學鍵能轉變而來。的化學鍵能轉變而來。 細胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑，主要在線細胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑，主要在線粒體中進行，在溫和條件和酶的參與調控下，通過一系粒體中進行，在溫和條件和酶的參與調控下，通過一系列氧化還原反應，將儲藏在葡萄糖等中的化學能釋放，列氧化還原反應，將儲

18、藏在葡萄糖等中的化學能釋放，并以高能磷酸鍵的形式貯藏在并以高能磷酸鍵的形式貯藏在atp分子中；分子中；小結在細胞呼吸過程中，在有氧條件下，細胞對其燃料物質的徹底氧化形成co2和h2o。糖酵解不產生co2 ，co2是通過三羧酸循環(huán)形成的；而h2o則是在電子傳遞過程的最后階段生成；三羧酸循環(huán)中一系列的脫羧反應是呼吸作用釋放co2的來源。三羧酸循環(huán)過程中釋放的co2不是直接來自于氧氣，而是靠氧化底物中的氧和水分子中的氧來實現(xiàn)的； 三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、蛋白質和核酸及其它物質的共同代謝過程。這些物質可以通過三羧酸循環(huán)發(fā)生代謝上的聯(lián)系。 電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應，將高能電子從nadh 和f

19、adh2最終傳遞給分子氧，生成水； 生物細胞通過底物水平磷酸化和與電子傳遞系統(tǒng)發(fā)生的氧化磷酸化2種途徑合成atp。底物水平的磷酸化是相關的酶將底物分子上的磷酸基團直接轉移到adp分子上。電子傳遞系統(tǒng)發(fā)生的氧化磷酸化涉及電子傳遞。 通過上述2種磷酸化途徑，1分子葡萄糖通過有氧呼吸共形成30或32個atp；光合作用（光合作用（photosynthesis) ：光合作用（光合作用（photosynthesis），即光能合成作用，是），即光能合成作用，是植物植物、藻類藻類和某些和某些細菌細菌，在在可見光可見光的照射下，利用的照射下，利用光合色素光合色素，將，將二氧化碳二氧化碳和和水水轉化為轉化為有機物有機物，并釋放出，并釋放出氧氣氧氣過程。光合作用是一系列復雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基過程。光合作用是一系列復雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是礎，也是地球地球碳碳氧循環(huán)氧循環(huán)的重要媒介。的重要媒介。 光合作用過程：光合作用過程： co2 + 2h2o *