第三章 細胞的代謝

第三章細胞的代謝第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四一、細胞與能量生命活動需要能量生命的存在要靠能量,生物本身不能創(chuàng)造新的能量。生命世界能量的最初來源是光能。生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動是由多樣化的生命過程完成的。代謝是化學物質和能量的轉化過程物質和能量的轉化在細胞內完成普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四（一）生物有序性與自由能自由能：一種能在恒溫恒壓下作功的能量。G=H-TS

G—自由能，H—熱含量，T—絕對溫度，S—熵

熱力學第二定律：所有自發(fā)過程總是伴隨自由能的降低，即熵的增加，系統(tǒng)的無序性增大！生物有序性生物----開放系統(tǒng)，與環(huán)境進行物質與能量的交換生命依靠能量的不斷輸入一直在與熱力學第二定律作抗爭。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四（二）ATP的結構與功能1.腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)ATPATP水解時，一個高能磷酸鍵斷裂同時釋放出能量

ATP+H2O——>ADP+Pi

G=-33.44KJ/mol普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四2.ATP的生成ADP+PATP此過程稱為磷酸化若磷酸化所需能量來自化合物的氧化分解-----氧化磷酸化若磷酸化所需能量來自光能-----光合磷酸化普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四細胞利用ATP完成各種工作，ATP是細胞中的“能量貨幣”。3.ATP的生理功能ATP是生物體內各種生化反應的直接能源。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四例：Ca2+的跨膜運輸普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四活細胞是一個微小的化學工業(yè)園在極其微小的空間內發(fā)生著數千種生物化學反應代謝是生物體內所有化學反應過程的總稱細胞復雜的結構特別是膜的結構固定了各代謝反應的空間和時間，使它們高度有序并可以被控制和調節(jié)。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四代謝途徑就像復雜道路交通圖普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四二、呼吸作用細胞呼吸---是生物體通過生物氧化獲取化學能的過程。有機化合物+O2→CO2+能量不同于呼吸運動，但通常意義的呼吸運動與細胞呼吸是相互關聯(lián)的。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四生物氧化生物氧化與化學氧化的區(qū)別:生物氧化分步驟進行；溫和；由酶催化；產生能量貯存在ATP中；能量利用率高。生物氧化--糖、脂、蛋白等有機物在活細胞內氧

化分解，并釋放能量的過程。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四（一）無氧呼吸1.糖酵解由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反應。葡萄糖氧化的第一階段。乳酸或乙醇等進入線粒體進一步氧化為CO2和H2O，釋放更多能量普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四糖酵解過程普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四2.發(fā)酵途徑1）酒精發(fā)酵糖酵解產生的丙酮酸最終生成酒精和二氧化碳

酵母、植物細胞（例：釀酒、勞糟）2）乳酸發(fā)酵糖酵解產生的丙酮酸最終生成乳酸乳酸菌、高等動物細胞(例：泡菜、人劇烈運動)普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四人體細胞的呼吸過程慢跑，細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產生二氧化碳和水快跑，細胞將葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四丙酮酸乙酰輔酶A+CO2+NADH+H+。氧化脫羧1.檸檬酸循環(huán)[三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))、Krebs循環(huán)]是乙酰CoA脫羧、脫氫最終生成CO2的過程1分子丙酮酸經有氧呼吸可生成15個ATP，整個有氧代謝1分子葡萄糖可產生38個ATP。進入（二）有氧呼吸(線粒體內)檸檬酸循環(huán)是三大物質代謝的中心普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四

1）電子傳遞鏈線粒體內膜上的一系列電子傳遞體組成，也稱為呼吸鏈。

目前公認的氧化呼吸鏈傳遞電子的順序是：2）氧化磷酸化

由物質氧化釋放能量，供給ADP磷酸化合成ATP的偶聯(lián)反應稱為氧化磷酸化。底物（S）→NAD+→FMN→CoQ→Fe-S→Cytb→Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→1/2O22.電子傳遞和氧化磷酸化普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四糖酵解：底物水平的磷酸化4個ATP，己糖活化消耗2個ATP，脫氫反應產生2個NADH，可得6或8個ATPKrebs循環(huán)：底物水平的磷酸化2個ATP，脫氫反應產生8個NADH和2個FADH2，可得30個ATP能量統(tǒng)計1分子葡萄糖徹底氧化分解共得：36或38個ATP普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四（一）光合作用的發(fā)現(xiàn)和概念6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O綠色植物光綠色植物的光合作用可吸收CO2，放出O2細菌的光合作用是不產O2的。

三、光合作用普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四1770年英國牧師

Priestley大玻璃罩老鼠蠟燭顯微鏡氣孔光合作用的早期研究1642年比利時科學家Helmont普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四1941年同位素示蹤CO2+H218OCH2O+18O2

證明：H2O光解放出O2普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四葉綠體和光合膜光合膜是植物利用光能制造食物的最重要場所。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四光合色素：作用中心色素，少數葉綠素a分子聚光色素--葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素光系統(tǒng)：由葉綠素分子及其蛋白復合物、天線色素系統(tǒng)和電子受體等組成的功能單位。光系統(tǒng)I（PSI）含有被稱為“P700”的高度特化的葉綠素a光系統(tǒng)II（PSII）含有被稱為“P680”高度特化的葉綠素a1.光合色素與光系統(tǒng)（二）光合作用的簡單機理普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四光合色素

葉綠素a，

葉綠素b，

胡蘿卜素，

葉黃素，

藻膽素等

葉綠素a啟動光反應普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四激發(fā)態(tài)葉綠素分子被可見光激發(fā)，在光子驅動下發(fā)生得失電子反應---光化學反應。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四光反應：

光的吸收、傳遞和轉化（生成ATP和NADPH）。（在類囊體膜上進行）暗反應：

用光反應所形成的能量（ATP和NADPH），將二氧化碳合成糖類。（在葉綠體基質中進行）2.光合作用的過程普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四1．卡爾文循環(huán)：是所有植物光合作用碳同化的基本途徑2．C4途徑：二氧化碳先被固定再進入卡爾文循環(huán)3．景天科植物酸代謝二氧化碳同化的途徑普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四光呼吸：綠色植物在光照條件下吸收氧氣，放出二氧化碳的過程，與光合作用密切聯(lián)系。3.光呼吸普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四（三）原核生物的光合作用

某些細菌利用無機物氧化釋放的化學能將CO2和水合成有機物的過程----化能合成作用如：硫細菌硝化細菌氫細菌普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四（四）光能利用效率光能利用率：是單位面積上植物光合作用累積的有機物質所含能量與照射在同一地面上日光能量的比率。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四四、生物固氮作用生物固氮：固氮微生物將分子態(tài)氮還原為氨的過程。是由固氮酶催化的耗能反應。固氮微生物：自生固氮微生物（有的放線菌）共生固氮微生物根瘤菌（與豆科植物根共生）魚腥藻（與紅浮萍共生）……普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四生物固氮的機理①固氮是一種還原過程，需要還原劑提供電子；②固氮過程需要能量作功；③只有在固氮酶的作用下，才能把氮還原成氨。普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四共生固氮體系紅浮萍大豆根瘤魚腥藻普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四生物固氮研究目標1）有效利用自然界的生物固氮作用2）通過化學模擬，提高工業(yè)固氮的效率普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四本章結束普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四TCA再利用丙酮酸+輔酶A（CoA）葡萄糖酵解三羧酸循環(huán)普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四三羧酸循環(huán)是三大物質代謝的中心普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四電子傳遞鏈及結果普通生物學CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學與理學院普通生物學課程組第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期四

底物水平磷酸化在磷酸化過程中，相關的酶將底物分子上的磷酸基團直接轉移到ADP分