第四章--新陈代谢

第四章新陈代谢 本章内容 代谢的基本原理生物能转换与释放 细胞呼吸生物能量的获得 光合作用 一 代谢的基本原理 能量的本质代谢反应酶ATP 主要的能量载体 能量的本质 热力学第一定律热力学第二定律生命系统与热力学第二定律生命系统必须维持一种低熵状态 在生命活动中生物个体耗热 促使整个系统熵值增大 生物个体不断地从外界环境中吸取负熵以维持自身的高度有序状态 矛盾 什么是代谢 代谢 生物体内全部化学物质的转化和能量的转化过程 涉及 化学物质转化 合成或分解 能量转化 释放或吸收 同化作用 消耗能量 将小分子合成大分子的过程 异化作用 将复杂的化合物分解为简单的小分子 并释放能量的过程 代谢途径 指顺序发生的一系列反应 每一步由特定的酶来催化 酶 定义 具有催化活性的蛋白质 仅有一条肽链 多条肽链 蛋白质 金属离子或小分子 辅酶或酶的辅助因子 极少数是非蛋白的酶 底物 参与酶催化反应的反应物 酶促反应的特点1 底物专一性2 反应条件温和3 高反应速率 酶的结构 大部分酶是球形的 在表面区域的裂缝是与底物结合的区域 称为活性中心 浓集与定向效应 物理应力效应 改变底物电荷酶的功能降低反应活化能温度对酶促反应的影响pH对酶促反应的影响酶活性的调节竞争性抑制 如叶酸结构类似物 磺胺类药物 变构调节共价调节 如酶与磷酸根的结合 能量供体 ATP 1 膜内外的物质转运 2 细胞内的做功 机械运动 3 生化反应 能量的耦合 一个代谢反应释放出的能量储存在ATP中 ATP所储存的能量供另一个代谢反应所需 生物代谢具可控性 对代谢途径中酶的调控 在此过程中能量的释放和消耗是逐步发生的 代谢缺陷病糖尿病 葡萄糖代谢紊乱 蚕豆病 葡萄糖代谢缺陷 伴性遗传疾病 苯丙酮酸尿症 苯丙氨酸代谢缺陷 智力障碍遗传病 属常染色体隐性遗传 二 生物能转换与释放 细胞呼吸 细胞呼吸获取能量的特点生物获取能量主要依赖于生物大分子氧化 碳水化合物氧化效率很高 释放的能量40 储存到ATP分子中 其余能量以热能形式释放到环境中 碳水化合物的体内氧化在近中性pH 常温下进行 碳水化合物氧化产生的能量是逐步释放的 葡萄糖彻底氧化的三阶段 糖酵解 三羧酸循环 氧化磷酸化 糖酵解 在细胞质溶胶中进行 无O2参与 每1分子的葡萄糖 最终产物为2分子丙酮酸 2分子的还原型的NADH 2分子ATP TCA循环 丙酮酸脱氢酶 丙酮酸 乙酰辅酶A 柠檬酸合成酶 柠檬酸 顺乌头酸酶 顺乌头酸 异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸 第一次氧化 酮戊二酸脱氢酶 琥珀酰辅酶A 第二次氧化 琥珀酸 底物水平磷酸化 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸 第三次氧化 延胡索酸酶 L 苹果酸 草酰乙酸 第四次氧化 氧化磷酸化 NADH脱氢酶 是含有NAD 或NADP 形式的辅酶 接受电子 并传递2个氢原子给黄素蛋白 黄素蛋白 FAD和FMN是黄素蛋白的脱氢酶的辅基 最多可接受2个电子 醌类 一类脂溶性的氢载体 可作为氢的受体和电子供体 有3类型 即泛醌 甲基萘醌和脱甲基萘醌 细胞色素 是电子传递蛋白 从醌类上接受电子 1分子葡萄糖分解可生成多少ATP 1mol葡萄糖产生的ATP相当于1150kJ 而1mol葡萄糖燃烧产生的能量约2870kJ 即细胞通过呼吸氧化利用葡萄糖热能的效率约40 葡萄糖的分解 三 生物能量的获得 光合作用 光合作用的基本要素光合作用光反应暗反应 光合作用的要素 太阳能 提供能量二氧化碳 提供碳原子水 提供电子和氢质子叶绿体 光合作用场所 每年照射到地球上的日光能约5 2 1021kJ 其中0 05 进入有机分子 总体上说 光合作用利用太阳能的效率比较低 一般光合作用的效率在0 5 1 5 照射在植物叶片上的光能绝大部分未被利用 光合作用利用的太阳能 光合作用的底物与产物 光合作用 光反应和暗反应 光合作用的C4路线 旱生植物的光能利用 旱生植物为防止细胞中水份的蒸发常将气孔关闭 由此减少了CO2分子进入细胞的数量 提高了细胞内O2 CO2的比例 不利于CO2