生物奧賽細(xì)胞代謝課件

生物奧賽細(xì)胞代謝課件第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日一、生命和能第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日ATP的生理功能

ATP是生物體進(jìn)行各種生命活動所需能量的直接來源ATP釋放的能量轉(zhuǎn)化成其它能量的形式主要有：

1.機(jī)械能2.電能3.滲透能4.光能5.熱能

第三頁，共六十一頁，2022年，8月28日二、化學(xué)平衡第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日

H|HOOC—C—NH2|H

酶：活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的一類有機(jī)物。

化學(xué)特點：絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA。

作用特點：高效性，專一性，條件溫和性

酶能加速化學(xué)反應(yīng)的速率，但不能影響反應(yīng)的方向，也不能影響反應(yīng)的產(chǎn)物的濃度。實際上，酶只能催化那些在沒有酶參與時也能發(fā)生的反應(yīng)。

三、酶第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日1.中間產(chǎn)物理論

酶與底物形成中間產(chǎn)物，通過降低反應(yīng)的活化能來加快反應(yīng)速度，酶促反應(yīng)要比非催化反應(yīng)多經(jīng)歷幾個步驟。

E+S--→ES--→P+E

E：酶

S：底物

P：產(chǎn)物酶的作用機(jī)理第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日2.活性中心理論

酶分子上直接參與反應(yīng)的氨基酸殘基或側(cè)鏈基團(tuán)組成的活性空間結(jié)構(gòu)稱酶的活性中心，分催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)兩部分。前者決定酶的催化能力（高效性），后者決定酶與哪些底物結(jié)合（專一性）。活性中心外維持形成活性中心構(gòu)象的一些基團(tuán)，稱為非活性中心。第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.酶的催化機(jī)理

酶是通過與底物形成中間產(chǎn)物，降低反應(yīng)的活化能來加速化學(xué)反應(yīng)速度的。酶分子中存在有活性中心，活性中心由催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)組成。在酶與底物分子相互接近的過程中，底物分子誘導(dǎo)酶的活性中心結(jié)構(gòu)發(fā)生利于與底物結(jié)合的變化。酶與底物接觸，酶分子通過結(jié)合基團(tuán)與底物分子互補(bǔ)契合，催化基團(tuán)催化底物分子中鍵斷裂或形成新的化學(xué)鍵，底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，產(chǎn)物由酶分子上脫落下來，酶又恢復(fù)到原來構(gòu)象。

第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日1.底物濃度酶促反應(yīng)的影響因素2.酶的濃度第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.

溫度t＜T時，V隨t的升高而增加。（T為最適溫度）

t＝T時，V＝Vmax。

t＞T時，V隨t的升高而減小。高溫條件下，酶蛋白空間結(jié)構(gòu)被破壞易變性，導(dǎo)致失活。Q10（溫度系數(shù)）：溫度每提高10℃所增加的反應(yīng)速率的倍數(shù)。第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日4.

pH值

pH值影響酶分子構(gòu)象改變，酶均有其各自不同的最適pH值范圍。在最適pH值范圍內(nèi)，反應(yīng)速度最大。在過酸和過堿的條件下，酶活性完全喪失。第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.

輔助因子輔助因子：能使酶具有活性或提高酶活性的物質(zhì)。

無機(jī)離子：Na＋

K＋

Mg2＋

Ca2＋

Zn2＋

Fe2＋

Cl-Cu2+

有機(jī)分子：抗壞血酸（Vc）、半胱氨酸、亞硫酸

(輔酶）鈉、谷胱甘肽、生物素（B族維生素）、輔酶Ⅰ、輔酶Ⅱ、輔酶Q、輔酶A、FMN、FAD等。第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日6.

抑制劑抑制劑：能使酶活性下降或喪失的物質(zhì)。

無機(jī)離子：Ag＋，Hg2＋，Pb2＋。

分子：CO，H2S，氰化物，砷化物（砒霜），氟化物，有機(jī)磷。類型1------不可逆抑制劑類型2------可逆抑制劑（競爭性抑制、非競爭性抑制）第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日這個方程為Michaelis-Menten方程（米氏方程）表示一個酶促反應(yīng)的起始速度（v）與底物濃度（S）關(guān)系的速度方程v＝Vmax[S]/（Km+[S])第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日①當(dāng)ν=Vmax/2時，Km=[S]。因此，Km等于酶促反應(yīng)速度達(dá)最大值一半時的底物濃度。②當(dāng)k-1>>k+2時，Km=k-1/k+1=Ks。因此，Km可以反映酶與底物親和力的大小，即Km值越小，則酶與底物的親和力越大；反之，則越小。③Km可用于判斷反應(yīng)級數(shù)：當(dāng)[S]<0.01Km時，ν=（Vmax/Km）[S]，反應(yīng)為一級反應(yīng)，即反應(yīng)速度與底物濃度成正比；當(dāng)[S]>100Km時，ν=Vmax，反應(yīng)為零級反應(yīng)，即反應(yīng)速度與底物濃度無關(guān)；當(dāng)0.01Km<[S]<100Km時，反應(yīng)處于零級反應(yīng)和一級反應(yīng)之間，為混合級反應(yīng)。

④Km是酶的特征性常數(shù)：在一定條件下，某種酶的Km值是恒定的，因而可以通過測定不同酶（特別是一組同工酶）的Km值，來判斷是否為不同的酶。⑤Km可用來判斷酶的最適底物：當(dāng)酶有幾種不同的底物存在時，Km值最小者，為該酶的最適底物。⑥Km可用來確定酶活性測定時所需的底物濃度：當(dāng)[S]=10Km時，ν=91%Vmax，為最合適的測定酶活性所需的底物濃度。⑦Vmax可用于酶的轉(zhuǎn)換數(shù)的計算：當(dāng)酶的總濃度和最大速度已知時，可計算出酶的轉(zhuǎn)換數(shù)，即單位時間內(nèi)每個酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。⑷Km和Vmax的測定：主要采用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法和Hanes作圖法。第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日非活性部位非競爭性抑制第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日四、細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)（電子傳遞過程）細(xì)胞色素（a、a3、b、c、f等）--------遞電子初級電子受體（NAD+

、NADP+

、FMN、FAD等）

---------遞氫第十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日呼吸作用的概念

細(xì)胞呼吸是所有生物都具有的一項重要的生命活動。其實質(zhì)是氧化分解有機(jī)物，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量產(chǎn)生ATP的總過程。有氧呼吸

無氧呼吸

細(xì)胞呼吸的類型

五、細(xì)胞呼吸第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日有氧呼吸場所──先在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)，后在線粒體內(nèi)概念——指生物細(xì)胞在氧氣的作用下，通過酶的催化作用把糖類等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出CO2和水，同時釋放出大量能量的過程。總反應(yīng)式：

C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量（2870kJ）酶第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日呼吸商（respiratoryquotient簡稱RQ），指生物體在同一時間內(nèi)，釋放CO2與吸收O2的體積之比或摩爾數(shù)之比，即指呼吸作用所釋放的CO2和吸收的O2的分子比。

注意：在氧氣充足的情況下，用呼吸商的數(shù)值可推斷呼吸底物。但是在低氧的條件下，由于生物體內(nèi)存在無氧呼吸，特別是以糖類做為呼吸底物時，呼吸商明顯會大于1。因此生物體呼吸作用類型的不同，在一定程度上也影響呼吸商數(shù)值的大小。另外，如果呼吸底物是機(jī)酸，因其相對含氧量高，呼吸商也會大于1。第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日有氧呼吸的全過程１分子葡萄糖2分子丙酮酸6分子CO22ATP（少量）2ATP（少量）[H][H]12分子H2O6分子O26H2O34ATP（大量）酶酶酶第一階段第二階段第三階段第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日有氧呼吸的全過程

場所反應(yīng)物產(chǎn)物能量第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)葡萄糖丙酮酸【H】少第二階段線粒體丙酮酸H2O

CO2【H】少第三階段線粒體【H】H2OH2O多第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日第一階段：

磷酸已糖的生成(活化)四個階段第二階段：磷酸丙糖的生成(裂解)第三階段：

3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸第四階段：由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸（一）糖酵解（EMP途徑）第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日

(G)已糖激酶ATPADPMg2+(G-6-P）葡萄糖磷酸化生成

6-磷酸葡萄糖糖酵解階段1第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日已糖激酶(hexokinase)激酶：能夠在ATP和任何一種底物之間起催化作用，轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的一類酶。已糖激酶：是催化從ATP轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)至各種六碳糖（G、F）上去的酶。

激酶都需離子要Mg2+作為輔助因子第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化

轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖(F-6-P）糖酵解階段1

磷酸葡萄糖異構(gòu)酶(G-6-P）第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日6-磷酸果糖再磷酸化

生成1,6-二磷酸果糖糖酵解階段1(F-1,6-2P）磷酸果糖激酶

（PFK）ATPADPMg2+(F-6-P）第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日磷酸丙糖的生成磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛

(F-1,6-2P）

醛縮酶+糖酵解階段2第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日磷酸丙糖的互換糖酵解階段2磷酸二羥丙酮(dihydroxyacetonephosphate)3-磷酸甘油醛（PGAL)(glyceraldehyde3-phosphate)磷酸丙糖異構(gòu)酶1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日

上述的5步反應(yīng)完成了糖酵解的準(zhǔn)備階段。酵解的準(zhǔn)備階段包括兩個磷酸化步驟由六碳糖裂解為兩分子三碳糖，最后都轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油醛。在準(zhǔn)備階段中，并沒有從中釋放任何能量，與此相反，卻消耗了2個ATP分子。以下的5步反應(yīng)包括氧化—還原反應(yīng)、磷酸化反應(yīng)。這些反應(yīng)正是從3-磷酸甘油醛提取能量形成ATP分子。第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日3-磷酸甘油醛氧化為

1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)糖酵解階段33-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)3-磷酸甘油醛脫氫酶糖酵解中唯一的脫氫反應(yīng)+

NADH+H+NAD+HPO4

2-OPO3

2-第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日1,3-二磷酸甘油酸

轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸糖酵解階段33-磷酸甘油酸激酶

3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)這是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反應(yīng)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO3

2-ADPATPMg2+第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日底物磷酸化：已經(jīng)形成的高能磷酸鍵與ADP合成ATP的磷酸化類型稱為底物磷酸化。其中ATP的形成直接與一個代謝中間物（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)

這一步反應(yīng)是糖酵解過程的第7步反應(yīng)，也是糖酵解過程開始收獲的階段。在此過程中產(chǎn)生了第一次產(chǎn)生了2ATP。第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變

為2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3phosphoglycerate)糖酵解階段3磷酸甘油酸變位酶

2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日2-磷酸甘油酸脫水

形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）

磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）2-磷酸甘油酸糖酵解階段4烯醇化酶(Mg2+/Mn2+)H2O氟化物能與Mg2+絡(luò)合而抑制此酶活性第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日ADPATPMg2+,K+磷酸烯醇式丙酮酸

轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际奖崃姿嵯┐际奖岜峒っ?PK

)

烯醇式丙酮酸也是第二次底物水平磷酸化反應(yīng)糖酵解階段4第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日烯醇式丙酮酸

轉(zhuǎn)變?yōu)楸崽墙徒怆A段4ATP磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸ADP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸(enolpyruvate)自發(fā)進(jìn)行丙酮酸(pyruvate)第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代謝途徑GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+

NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日糖酵解意義1、主要在于它可在無氧條件下迅速提供少量的能量以應(yīng)急.如:肌肉收縮、人到高原。2、是某些細(xì)胞在不缺氧條件下的能量來源。3、是糖的有氧氧化的前過程，亦是糖異生作用大部分逆過程.非糖物質(zhì)可以逆著糖酵解的途徑異生成糖,但必需繞過不可逆反應(yīng)。5、糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯(lián)系的途徑.其中間產(chǎn)物是許多重要物質(zhì)合成的原料。6、若糖酵解過度，可因乳酸生成過多而導(dǎo)致乳酸中毒。第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入線粒體生成乙酰CoA，參加TCA循環(huán)（檸檬酸循環(huán)）。

丙酮酸也可轉(zhuǎn)化為脂肪酸或酮體。當(dāng)細(xì)胞ATP水平較高時，檸檬酸循環(huán)的速率下降，乙酰CoA開始積累，可用作脂肪的合成或酮體的合成。（二）丙酮酸氧化脫羧（乙酰輔酶A的生成）第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶ANAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH輔酶A+CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+

多酶復(fù)合體：是催化功能上有聯(lián)系的幾種酶通過非共價鍵連接彼此嵌合形成的復(fù)合體。其中每一個酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的輔酶。第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)的概念

概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O并產(chǎn)生能量的過程.因為在循環(huán)的一系列反應(yīng)中,關(guān)鍵的化合物是檸檬酸,所以稱為檸檬酸循環(huán),又因為它有三個羧基,所以亦稱為三羧酸循環(huán),簡稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。（三）檸檬酸循環(huán)（TCA)第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日檸檬酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行的。丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)進(jìn)行脫羧和脫氫反應(yīng);羧基形成CO2,氫原子則隨著載體(NAD+、FAD）進(jìn)入電子傳遞鏈經(jīng)過氧化磷酸化作用，形成水分子并將釋放出的能量合成ATP。黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日⑴乙酰CoA與草酰乙酸

縮合形成檸檬酸TCA循環(huán)檸檬酸合成酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰輔酶A檸檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸

檸檬酸+CoA-SH關(guān)鍵酶H2O第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日異檸檬酸H2O⑵檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸檸檬酸順烏頭酸檸檬酸異檸檬酸TCA循環(huán)順烏頭酸酶第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日CO2NAD+異檸檬酸⑶異檸檬酸氧化脫羧

生成α-酮戊二酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸+NAD+α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+關(guān)鍵酶TCA循環(huán)第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日CO2⑷α-酮戊二酸氧化脫羧

生成琥珀酰輔酶A

α-酮戊二酸脫氫酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoAα-酮戊二酸α-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+

琥珀酰CoA

+CO2+NADH+H+

關(guān)鍵酶TCA循環(huán)第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日⑸琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶琥珀酰CoAATPADP琥珀酸GDP+PiGTPHSCoA琥珀酰CoA

+GDP+Pi

琥珀酸+GTP+CoA-SHTCA循環(huán)第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日⑹琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)琥珀酸脫氫酶FADFADH2琥珀酸

+FAD

延胡索酸+FADH2琥珀酸(succinate)第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日⑺延胡索酸水化生成蘋果酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)蘋果酸(malate)延胡索酸酶H2O延胡索酸+H2O蘋果酸第五十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日⑻蘋果酸脫氫生成草酰乙酸

蘋果酸脫氫酶

草酰乙酸(oxaloacetate)NAD+NADH+H+蘋果酸+

NAD+草酰乙