生物奥赛普通生物学课件之四

生活细胞通过代谢活动 不断从环境中取得能和各种必需的物质 来维持自身高度复杂的有序结构 并保证细胞生长 发育和分裂等活动的正常进行 开放系统不断地同环境进行物质和能的交换 耗散结构依靠环境不断供应自由能维持其有序性细胞中能的转换类型多种多样 一 生命和能 细胞和生物体 可逆反应化学平衡放能反应吸能反应耦联反应 二 化学平衡 酶 三 酶 细胞中促进化学反应速度的催化剂 2000多种 在非细胞条件下也能发挥作用 1 酶促反应的特点和作用机制 酶的活性部位 球蛋白表面的小凹或沟状部分 它的精确结构决定酶的特异性 酶活性中心和底物结合的机理 锁 钥模型 诱导 楔合模型 酶 底物复合物学说的证据 过氧化物H2O2降解为水和氧的反应 棕色 绿色 淡红色 棕色 酶分子中的非蛋白质部分 称作辅助因子 有机化合物性质的辅助因子 称作辅酶 辅助因子 辅酶 传递 酶的抑制剂 不可逆抑制剂和可逆抑制剂 不可逆抑制剂 酶活性的抑制 可逆抑制剂 竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂 能与酶分子结合 使之永久失活 甚至使酶分子受到破坏 杀虫剂 抗菌素 有机磷杀虫剂抑制乙酰胆碱脂酶 青霉素抑制细菌转肽酶 不同的酶促反应可以彼此顺序连接起来 形成酶促反应序列 4 酶促反应的序列 细胞色素是细胞氧化还原反应中重要的电子传递体 该类蛋白含有有一个铁原子的血红素辅基 和血红蛋白含铁辅基相似 细胞色素有a a3 b c f等 细胞中的氧化还原反应还常包含氢的传递和转移 细胞中能直接从底物取得电子和氢的传递体称为初级电子受体 包括辅酶I 辅酶II FMN FAD等 还原态的初级电子受体 即NADH NADPH FMNH2和FADH2 可再将所接受的电子和氢传递给其它传递体 如细胞色素和辅酶Q等 生物氧化和非生物氧化进行的方式很不一样 四 细胞内氧化还原反应 五 细胞呼吸作用 糖酵解包括一系列反应 都在细胞质中发生 而且不许要氧 总反应 葡萄糖 2ADP 2Pi 2NAD 2丙酮酸 2ATP 2NADH 2H 2H2O底物水平磷酸化 底物上的高能磷酸键转移到ADP 生成ATP的磷酸化 1 糖酵解 糖酵解产生的丙酮酸 在线粒体中继续被氧化 首先丙酮酸氧化脱羧 与辅酶A结合成为活化的乙酰辅酶A 乙酰CoA 这一过程释放出1分子CO2以及还原1分子NAD 产生的乙酰CoA进入三羧酸循环 丙酮酸的氧化脱羧和三羧酸循环都在线粒体的基质中进行 2 丙酮酸氧化脱羧 三羧酸循环也称Krebs循环或柠檬酸循环 三羧酸循环中的酶 除琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜上外 其余均在线粒体基质中 1分子葡萄糖在三羧酸循环中共产生4个CO2分子 6个NADH分子 2个FADH2分子和2个ATP分子 各种细胞的呼吸作用都有三羧酸循环 三羧酸循环是最经济和最有效率的氧化系统 3 三羧酸循环 呼吸链 存在于线粒体内膜上的一系列电子传递体组成的电子传递链 糖酵解和三羧酸循环产生的NADH和FANH2中的高能电子 沿着呼吸链上各电子传递体的氧化还原反应而从高能水平向低能水平顺序传递 最后到达分子氧 4 氧化磷酸化 氧化磷酸化 呼吸链上电子传递过程中所释放的能 通过磷酸化而被储存到ATP中 这一过程称作氧化磷酸化 化学渗透学说 用来解释氧化磷酸化的机制 1分子葡萄糖经过呼吸作用产生的ATP统计 磷酸甘油环路和苹果酸 天冬氨酸环路 5 呼吸作用产生的ATP统计 6 无氧途径 无氧呼吸 无机物代替氧作为最终的电子受体进行呼吸 发酵 厌氧细菌和酵母菌在无氧条件下获取能量的过程 酒精发酵 乳酸发酵 氨基酸氧化 先脱氨 再进入呼吸代谢途径 脂肪酸氧化 转化为乙酰CoA 再进入三羧酸循环 7 其它营养物质的氧化 氨基酸和脂肪酸的氧化 都首先转化为某种中间代谢物 再进入糖酵解或三羧酸循环 各种生命活动都需要能 8 能的利用 细胞生长 分裂 恒温动物维持体温 细胞主动运输 动物机械活动 发光 放电等 光合作用 是指自养绿色植物将光能转换为有机分子的化学能的过程 六 光合作用 光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的基础 1 研究历史 柳树实验 17世纪vanHelmont做的实验 2 3kg植株种在90 8kg干土中 雨水浇5a后 小柳树重76 7kg 而土仅减少57g 因此 他认为植物是从水中取得所需的物质 JosephPriestley 1772 JanIngenhousz 1779 J Senebier 1782 N T DeSaussure 1804 J Sachs 1864 希尔反应 1937年 R Hill用离体叶绿体培养证明 光合作用放出的O2 来自H2O 1940年代 用18O同位素示踪 更进一步证明光合作用放出的O2 来自H2O 20世纪30年代 vonNiel提出光合作用的通式 光反应 光反应中发生水的光解 O2的释放和ATP及NADPH的生成 暗反应 利用光反应形成的ATP和NADPH 将CO2还原为糖 2 光反应和暗反应 光反应发生在叶绿体的类囊体膜中 需要光 暗反应发生在叶绿体基质中 不需光 在高等植物中 光合色素位于类囊体膜中 种类有叶绿素a 叶绿素b 胡罗卜素 叶黄素作用光谱 不同波长的光所引起的光合作用的效率 C Engelmann实验 水绵 好氧细菌 棱镜 3 光合色素和光系统 1 光合色素 光系统 由光合色素组成的特殊功能单位 每一系统包含250 400个叶绿素和其他色素分子 分光系统I和光系统II 2 光系统 光系统I PSI P700是反应中心 天线叶绿素 光系统II PSII P680 2个光系统之间有电子传递链相连接 光合链光合磷酸化环式光合磷酸化非环式光合磷酸化 4 电子传递和光合磷酸化 光反应 暗反应叶绿体基质中进行 光反应中生成的ATP和NADPH在CO2的还原中被用作能源和还原物质 RuBP羧化酶 Rubisco Calvin循环 生产一个可用于细胞代谢和合成的PGAL 需要9个ATP分子和6个NADPH分子参与 5 二氧化碳还原 糖的合成 暗反应 C4途径和C4植物 CO2固定的第一个产物是四碳的草酰乙酸 因而称C4途径 具有这一CO2固定途径的植物称为C4植物 6 C4途径 C3和C4叶结构的不同 C3途径和C3植物 CO2固定的第一个产物是三碳的3 磷酸甘油酸 因而称C3途径 具有这一CO2固定途径的植物称为C3植物 光呼吸 植物只在光照下发生的吸收O2 释放CO2的呼吸 7 光呼