基礎生命科學導論第四章能量與代謝課件

第一節(jié)生物體的能量、光合作用與自養(yǎng)生物

第二節(jié)生物代謝、生物催化劑-酶

第三節(jié)細胞呼吸

第四節(jié)蛋白質代謝第四章能量與代謝萬物生長靠太陽！第一節(jié)生物體的能量第一節(jié)一、生命活動需要能量

生命的活動和維持需要消耗能量,

幾乎所有地球生命所需要的能量都來自太陽自養(yǎng)生物與異養(yǎng)生物.P92直接轉化太陽能獲得能量含葉綠素、光合作用：光合細菌、藻類、綠色植物。生產(chǎn)者不能直接轉化太陽能獲得能量，從其它生物獲得不能光合作用：動物、微生物、少數(shù)植物。消費者浮游藻光合作用與自養(yǎng)生物第五節(jié)植物捕獲和利用太陽能，將無機物（CO2和H2O）合成為有機物，并放出氧氣，即將太陽能轉化為化學能并貯存在葡萄糖和其他有機分子中，這一過程稱為光合作用

10NobelPrizes第五節(jié)第五節(jié)C4植物（甘蔗）

與C3植物（大豆）葉片的解剖結構比較第五節(jié)整個光合作用被分為光反應和暗反應兩大部光反應發(fā)生在類囊體膜上暗反應發(fā)生在葉綠體的基質中第五節(jié)光反應與ATP的形成非環(huán)路光合磷酸化 環(huán)路光合磷酸化第五節(jié)暗反應是一種不斷消耗ATP和NADPH并固定CO2形成葡萄糖的循環(huán)反應，又被稱為Calvin循環(huán)。

暗反應與葡萄糖的形成

第一節(jié)細胞呼吸與光合作用為細胞代謝提供能量代謝異化作用同化作用物質能量代謝偶聯(lián)第一節(jié)在活細胞中，能量通常以化學鍵能的形式貯存在腺嘌呤核苷三磷酸（ATP，也稱腺苷三磷酸或三磷酸腺苷）三、細胞的能量通貨—ATP通貨第一節(jié)ATP作為細胞中能量的通貨是如何工作的呢？

——細胞內ATP水解的放能反應往往在特定酶的幫助下直接與某些吸能反應相偶聯(lián)。在生物體中，ATP不斷地消耗和再生，維持著生命的高度有序狀態(tài)。ATP水解的放能反應與吸能反應相偶聯(lián)“世界第九大奇跡”新西蘭北島一個小城

囊螢映雪

車胤第一節(jié)螢火蟲是如何發(fā)光的？發(fā)光細胞有熒光素酶（E-LH），酶促反應使ATP與E-LH先偶聯(lián)，偶聯(lián)的高能中間產(chǎn)物E～LH2-AMP在氧氣存在時可釋放出能量，并以熒光的形式發(fā)射出來：利用ATPATP+E-LH→E～LH2-AMP+PiE～LH2-AMP+O2→E-P+CO2+

hu(熒光）新陳代謝簡稱代謝，是生物體內所有生物化學反應和能量轉換過程的總稱。代謝也是生命最基本的特征之一。

在細胞這個微小的體系中，物質代謝總是伴隨著能量的轉化。細胞利用呼吸作用放出的能量（ATP）完成各種各樣的工作。細胞不是一個裝滿了各種酶和反應物的口袋，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控制和調節(jié)。

細胞的代謝像一個經(jīng)過精心制作的復雜道路交通圖。

第三節(jié)生物代謝第三節(jié)一、活細胞是一個微小的化學工業(yè)園我們可以把活細胞看作是一個微小化學工業(yè)園。在這個化學工業(yè)園中發(fā)生著各種稱之為生物代謝的化學反應。生物代謝的作用包括：（1）從環(huán)境和不同器官部位獲得營養(yǎng)物質，又將代謝廢物和熱輸出到環(huán)境中。（2）將營養(yǎng)物質分解成自身代謝需要的有機化合物分子或組成生物大分子的前體分子或構件。（3）合成細胞內的生物大分子（生物聚合物）。（4）為生命活動提供能量。（5）細胞核中的遺傳物質（基因）最終對各種反應起控制作用，細胞核類似于一個控制中心。生物代謝是發(fā)生在生物體內全部的化學物質變化和能量轉化過程，是生命區(qū)別于非生命的基本特征之一。第三節(jié)第二節(jié)酶是細胞產(chǎn)生的可調節(jié)化學反應速度的催化劑。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質。長期的進化過程中，生物體獲得了對生物代謝精密的調控機制。酶的調節(jié)是其中最基本的代謝調節(jié)。酶的作用就在于通過和反應物結合成中間產(chǎn)物，從而降低這部分能量，來提高反應的速率。第二節(jié)酶的催化作用機制

酶可以降低化學反應所需要的活化能酶與反應物結合成中間產(chǎn)物第二節(jié)三、影響酶活性的因素高溫、低溫保營養(yǎng)、鮮第四節(jié)細胞呼吸一、細胞呼吸產(chǎn)生能量第四節(jié)細胞呼吸：生物細胞消耗氧氣來分解“食物分子”并獲得能量的過程。呼吸運動：通過口腔或鼻腔將O2吸入到肺部再呼出CO2的過程。通常意義的呼吸與細胞呼吸是相互關聯(lián)的。細胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑。細胞呼吸是一種氧化反應，細胞呼吸與汽油燃燒本質上都是氧化有機質產(chǎn)生能量：有機化合物+O2→CO2+能量細胞呼吸消耗的“燃料”可包括糖類、脂肪、蛋白質等多種“食物分子”。

細胞呼吸是在復雜的細胞體系中（主要在線粒體中）進行的，在溫和條件和酶的參與和調控下，能量逐步按需釋放，沒有劇烈的發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象，細胞呼吸能量的轉化和利用效率很高。返回第四節(jié)細胞呼吸與汽油燃燒本質上都是氧化有機質產(chǎn)生能量.第四節(jié)有氧條件下，酵母細胞可以消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產(chǎn)生二氧化碳。缺氧條件下，酵母菌將葡萄汁中的葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳。有氧條件和缺氧條件下，葡萄糖等“食物分子”在生物細胞中產(chǎn)生能量的情況是不一樣的。第四節(jié)慢跑，細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產(chǎn)生二氧化碳和水；快跑，細胞將葡萄糖分解成乳酸。第四節(jié)Mitchell由此榮獲了1978年的諾貝爾獎第四節(jié)1分子葡萄糖徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計第四節(jié)生物大分子需要經(jīng)過消化作用生成單體小分子的葡萄糖、氨基酸或脂肪酸等。消化作用常常發(fā)生在細胞外，而不是在細胞質內，它是一種在酶作用下的水解過程。

蛋白質和脂肪消化水解后的氨基酸與脂肪酸也都可以經(jīng)過氧化分解為細胞提供能量。氨基酸經(jīng)過脫氨變成有機酸，脂肪酸可以與輔酶A結合氧化生成乙酰輔酶A而進入Krebs循環(huán)，甘油則可以轉變?yōu)榱姿岣视腿┻M入糖酵解過程。

“食物分子”的分解又為生物大分子的合成及細胞、組織和生物體的組成提供原料。

四、其他營養(yǎng)物質的氧化分解和代謝人為什么要吃？蛋白質

氨基酸酶ATP蛋白質其它物質10－15％75％嘌呤、嘧啶、磷脂、卟啉、輔酶等

豆類、花生、肉類、乳類、蛋類、魚蝦類

脂肪

脂肪酸酶ATP脂類其它物質纖維素、淀粉等

葡萄糖

ATP酶呼吸作用糖類其它雙匯：減肥，我們更專業(yè)。蒙牛：治便秘，我們更專業(yè)。中食油：挖地溝，我們更專業(yè)。印染廠：做饅頭，我們更專業(yè)。

健美豬瘦肉精?。?！牛奶里面添加三聚氰胺是為了冒充蛋白質，提高蛋白質含量，從而讓兌了水的牛奶騙過檢驗部門，謀取更多的利潤。雞蛋里為什么還會有三聚氰胺？

人類的生長發(fā)育離不開蛋白質，缺乏蛋白會導致人體生長發(fā)育遲緩等諸多營養(yǎng)缺乏癥狀，動物的生長發(fā)育亦是如此氮平衡氮總平衡：攝入氮＝排出氮健康成年人氮正平衡：攝入氮＞排出氮兒童、孕婦、恢復期病人氮負平衡：攝入氮＜排出氮長期饑餓、消耗性疾病等通過氮平衡反映機體蛋白質代謝概況1g氮=6.25g蛋白質·最低生理需要量：30～50g·營養(yǎng)學會推薦的需要量：70～80g蛋白質的生理需要量蛋白質的營養(yǎng)價值蛋白質的營養(yǎng)價值取決于組成蛋白質的必需氨基酸的種類、含量和比例。必需氨基酸：體內需要而自身又不能合成，必須由食物提供的氨基酸異亮氨酸(Ile)、甲硫氨酸(Met)、纈氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)、蘇氨酸(Thr)、賴氨酸(Lys)食物蛋白質的互補作用概念：將不同種類的蛋白質混合食用，互相補充所缺少的必需氨基酸，而提高蛋白質營養(yǎng)價值生理價值單獨食用混合食用食物玉米60小米57大豆64小麥67小米57大豆64牛肉69

73

89蛋白質胃蛋白酶多肽胰酶腸激酶(+)寡肽(氨基酸)氨基酸氨基肽酶二肽酶蛋白質的消化蛋白質的腐敗作用未被消化蛋白質未被吸收氨基酸腸道細菌產(chǎn)生一系列的物質胺類、酚類、吲哚、硫化氫、氨、甲烷氨基酸代謝庫食物蛋白質消化吸收組織蛋白質分解體內合成非必需氨基酸合成組織蛋白一般代謝脫氨脫羧α-酮酸胺類特殊代謝其他含氮化合物氨基酸代謝概況氨的代謝（一）氨的來源和去路氨基酸脫氨基胺類氧化腸道吸收合成非必需氨基酸嘌呤、嘧啶合成尿素氨合成谷氨酰胺●血中尿素擴散到腸管水解產(chǎn)生的氨腸道PH↑，NH4+→NH3，腸道氨吸收↑高血氨病人禁用堿性肥皂液灌腸●蛋白質的腐敗作用產(chǎn)生的氨腸管吸收的氨肝硬化腹水病人，不宜使用堿性利尿藥氨腦肌肉谷氨酰胺肝腎氨尿素氨H+NH4+隨尿排泄大腦與谷氨酰胺的代謝意義：谷氨酰胺可以作為腦內固氨、運氨及解除氨毒的形式肝臟與氨代謝－尿素合成的意義CO2+2NH3

+3H2O+3ATP===NH2CNH2

+2ADP+AMP+4PiO=合成部位：線粒體、胞液氨的來源：游離氨、天冬氨酸提供氨耗能：3ATP（4個高能磷酸鍵）意義：是肝臟解除氨毒的主要方式肝功能受損尿素合成障礙血氨腦組織供能不足氨中毒(肝昏迷)高血氨和氨中毒進入腦組織NH3+α-酮戊二酸=谷氨酸+NH3=谷氨酰胺TCA循環(huán)中的α-酮戊二酸被大量消耗谷氨酸NADH+H+ATP5-羥色胺代謝與抗衰老5-羥色胺（5-HT）腦內外周

抑制性神經(jīng)遞質強烈的血管收縮劑松果體其分泌有晝夜節(jié)律性調節(jié)免疫功能、抗腫瘤、抗衰老（褪黑激素）乙酰化組胺代謝與支氣管病促進胃粘膜分泌胃蛋白酶原及胃酸有血管舒張作用，增加毛細血管通透性引起支氣管痙攣，產(chǎn)生哮喘組胺的功能主要存在肥大細胞中腦內作為中樞神經(jīng)遞質，與控制覺醒和睡眠、調節(jié)情感等有關多胺與蛋白質合成促進核酸蛋白質的生物合成，利于組織增生一碳單位氨基酸與核酸合成氨基酸分解含一個碳原子的基團概念：甘氨酸、組氨酸、絲氨酸、色氨酸、甲硫氨酸載體：不能游離存在，與四氫葉酸（FH4）結合轉運一碳單位代謝過程甘氨酸、組氨酸、絲氨酸、色氨酸、甲硫氨酸被四氫葉酸（FH4）結合攜帶一碳單位用于嘌呤和嘧啶堿的合成來源去路載體苯丙氨酸、酪氨酸代謝苯丙氨酸酪氨酸甲狀腺激素黑色素兒茶酚胺氧化分解苯丙酮酸苯丙氨酸羥化酶NAD(P)H+H+NAD(P)+苯丙氨酸羥化為酪氨酸苯丙酮酸尿癥苯丙氨酸苯丙氨酸羥化酶酪氨酸苯丙酮酸轉氨基苯丙酮酸尿癥（PKU）對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒性,智力發(fā)育障礙缺乏含有蛋白質的飲食都要受到控制，連大米白面都不能隨便吃PKU患者智力低下，60%患兒有腦電圖異常，頭發(fā)細黃，皮膚色淡和虹膜淡黃色，驚厥，尿有“發(fā)霉”臭味或鼠尿味。專家估算，我國每年大約出生2100萬名新生兒，這其中大約有2000名PKU孩子出生。

酪氨酸轉變?yōu)榧谞钕偎乩野彼岫饫野彼嵋坏饫野彼岫饫野彼岬饣龠M物質代謝、機體生長發(fā)育甲狀腺素缺乏，引起呆小癥酪氨酸轉變?yōu)楹谏兀谆∠忍煨匀狈Π谆『谏睾铣烧系K酪氨酸酶皮膚乳白色，毛發(fā)淡黃或銀白色，瞳孔淡紅，虹膜淡灰或淡紅，半透明視網(wǎng)膜缺乏色素白化病白化病遍及全世界，總發(fā)病率為1/10000～1/20000。對白化病目前尚無有效的治療方法，因此應以預防為主。禁止近親結婚是重要的預防措施之一。

酪氨酸轉變?yōu)閮翰璺影罚两鹕∨两鹕『铣刹蛔銉翰璺影罚―OPA）（DA）（NE）（E）什么是巴金森癥？