普通生物學細胞代謝

一磷酸腺苷ATP的結構簡式：AP腺苷磷酸基PP高能磷酸鍵二磷酸腺苷三磷酸腺苷當前1頁，總共33頁。1酶能量A-P~P~P+H2OA-P~P＋Pi能量酶細胞分裂肌肉收縮礦質離子吸收……細胞呼吸光合作用ATP是新陳代謝所需能量的直接來源。ATP與ADP的相互轉化：當前2頁，總共33頁。2二、酶酶(enzyme)是活細胞產生的具有催化作用的有機物。其中絕大多數酶是蛋白質少數是RNA。酶的來源酶的作用酶的化學成分降低活化能1、酶的定義當前3頁，總共33頁。3酶是一種生物催化劑（biocatalyst）當前4頁，總共33頁。4酶的應用當前5頁，總共33頁。5◆生物體需要的能量主要是通過代謝物在體內氧化而獲得的。物質在生物體內經過氧化最后生成水和CO2并釋放能量的過程，稱為生物氧化(biologicaloxidation)；由于這一過程是在組織細胞內進行的，表現為細胞攝取O2而釋放CO2，因此生物氧化又稱為細胞呼吸(cellularrespiration)。三、細胞呼吸1、概述當前6頁，總共33頁。6◆生物氧化的一般過程：e-H+當前7頁，總共33頁。7當前8頁，總共33頁。8光合作用(photosynthesis)：可概括為含光合色素的植物和細菌，在日光下利用無機物物質(CO2、H2O、H2S等)合成有機物(如C6H12O6)，并釋放氧氣或其它物質(如S等)的過程。四、光合作用（一）概述藍細菌綠色植物當前9頁，總共33頁。9

◆光合作用是地球上最大的有機合成反應。每天把大量光能轉化為分子形式的化學能，并通過食物鏈為生物圈的其他成員所利用，是生態(tài)系統(tǒng)中的生產者。因此，光能是地球上幾乎所有生物所需能量的最終來源。當前10頁，總共33頁。10光合作用的場所：葉綠體外膜類囊體基質內膜類囊體腔基粒當前11頁，總共33頁。11光合色素主要有三種類型：葉綠素(chlorophyll)(葉綠素a、葉綠素b為主)、類胡蘿卜素(carotenoid)(包括胡蘿卜素和葉黃素)和藻膽素(phycobilin)(主要有藻紅蛋白、藻藍蛋白、別藻藍蛋白)。高等植物中含有前兩類，藻膽素僅存在于藻類中。類囊體膜上分布有光合色素、電子傳遞體、ATP酶等。光合色素種類當前12頁，總共33頁。12C3C5光反應：必須有光才能進行，由光合色素將光能轉變成化學能并形成ATP和NADPH，放出O2的過程。該反應在葉綠體基粒類囊體膜上進行。碳反應：有光無光都可進行，是利用ATP和NADPH的化學能使CO2還原成糖類等有機物的過程。該反應在葉綠體基質中進行。（二）光合作用過程當前13頁，總共33頁。13C3C5當前14頁，總共33頁。14

光反應為碳反應提供了NADPH、ATP；碳反應為光反應提供ADP、Pi和NADP+。碳反應光反應項目聯系能量轉換物質變化條件部位ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能多種酶、CO2、ATP、NADPH葉綠體基質CO2+C52C3（CO2的固定）酶2C3（CH2O）

酶[H]ATP光能→ATP中活躍的化學能光、色素、酶、水葉綠體類囊體膜光合作用光反應與碳反應的區(qū)別ADP+Pi→ATP

H2O→2H++1/2O2+eNADP+還原為NADPH（C3的還原）當前15頁，總共33頁。15原初反應電子傳遞光合磷酸化H2O光e-、H+O2ADPATPNADP+NADPHCO2同化有機物CO2光反應階段碳反應階段H2O（三）光合作用的機理當前16頁，總共33頁。161、原初反應原初反應（primaryreaction）

指光能的吸收、傳遞和轉換的過程，是光合色素吸收光能后所引起的光物理和光化學過程。光物理－光能的吸收、傳遞光化學－電子得失當前17頁，總共33頁。17①光能的吸收和色素分子激發(fā)態(tài)的形成光合單位(photosyntheticunit)：是指結合在類囊體膜上能進行光反應的最小結構單位。光合單位=聚光色素系統(tǒng)+作用中心，每個光合單位約含250--300個葉綠體色素分子。聚光色素(light-harvestingpigment)：又叫天線色素，只起吸收和傳遞光能的色素分子。作用中心色素(reactioncentrepigment)：少數的特殊狀態(tài)的葉綠素a分子，有捕獲和聚集光能，并將光能轉換為電能的功能。當前18頁，總共33頁。18當前19頁，總共33頁。19②激發(fā)能的傳遞和作用中心對激發(fā)能的捕獲當前20頁，總共33頁。20③光化學反應指作用中心色素分子吸收光能后所引起的氧化還原反應，也就是電荷分離，將光能轉換為電能的過程。光D.P*.AD.P+.A-D+.P.A-光合作用的最終電子供體是水，最終電子受體為NADP+。P-作用中心色素、A-原初電子受體、D-原初電子供體當前21頁，總共33頁。21（1）兩個光系統(tǒng)光系統(tǒng)I（photosystemI，簡稱PSI）：在類囊體膜的外側，PSI的作用中心色素分子是P700。是長波光反應，其主要特征是NADP+的還原。光系統(tǒng)II（photosystemII，簡稱PSII）：在類囊體膜內側。PSII的作用中心色素分子是P680。是短波光反應，其主要特征是H2O的光解和放氧。2、電子傳遞和光合磷酸化當前22頁，總共33頁。22（2）光合電子傳遞鏈

連接兩個光系統(tǒng)以及H2O和NADP+之間的傳遞電子的物質，叫光合電子傳遞鏈，簡稱光合鏈。當前23頁，總共33頁。23光合膜上的電子與質子傳遞概況紅線表示電子傳遞，黑線表示質子傳遞，藍線質子越膜運輸當前24頁，總共33頁。24光合磷酸化（photophosphorylation）：在光照條件下，葉綠體將ADP和無機磷(Pi)結合形成ATP的生物學過程。是光合細胞吸收光能后轉換成化學能的一種貯存形式。在光合作用的光反應中，除了將一部分光能轉移到NADPH中暫時儲存外，還要利用另外一部分光能合成ATP，將光合作用與ADP的磷酸化偶聯起來，這一過程稱為光合磷酸化。（3）光合磷酸化當前25頁，總共33頁。25◆葉綠體進行光合磷酸化必須同時具備:(1)電子傳遞;(2)類囊體膜內外有質子梯度;(3)有活性的ATP酶。當前26頁，總共33頁。26◆卡爾文循環(huán)的產物不是葡萄糖，而是3-P-甘油醛(glyceraldehyd-3-phosphate,G3P)。一部分進一步合成葡萄糖，一部分再生出核酮糖二磷酸（ribulosebisphosphate,RuBP)?！鬋3循環(huán)分為三個階段:CO2的固定、氧化還原反應和RuBP(核酮糖二磷酸)的再生?！鬋3植物：水稻、小麥、大豆以及許多種果樹和蔬菜。

◆在卡爾文循環(huán)中,固定CO2產生的中間體是三碳的3-磷酸-甘油酸(3-phosphoglycericacid,3-PGA)，所以將CO2的這種固定途徑稱為C3途徑，并將通過這種途徑固定CO2的植物稱為C3植物。3、二氧化碳同化（1）C3途徑（C3pathway）當前27頁，總共33頁。273–-甘油醛

3--甘油酸

PP卡爾文循環(huán)

羧化還原RuBP再生rubisco◆C3循環(huán)：CO2的固定、氧化還原反應和RuBP的再生。當前28頁，總共33頁。28◆光呼吸（photorespiration）：卡爾文循環(huán)中的第一個酶rubisco有一個特點，就是能夠固定O2，在CO2很少而O2很多的情況下，其固定氧氣的作用非常顯著，其結果是產生一種二碳化合物，然后植物又將這種二碳化合物分解為CO2和水。當前29頁，總共33頁。29◆C4途徑：有一些植物對CO2的固定反應是在葉肉細胞的胞質溶膠中進行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)上。形成四碳酸：草酰乙酸(oxaloacetate)，這種固定CO2的方式稱為C4途徑?！鬋4途徑也可分為三個階段:CO2的固定、C4-二羧酸的轉化和轉移、PEP的再生◆C4植物：玉米，高粱，甘蔗。（2）C4途徑(C4pathway)當前30頁，總共33頁。30

C3和C4

植物葉片結構特點C3植物C4植物當前31頁，總共33頁。31（3）景天科酸代謝途徑（CAM）

C4和CAM途徑都是C3途徑的輔助形式，只能起固