第四章细胞的代谢

1、第四章第四章 细胞的代谢细胞的代谢一、细胞与能量一、细胞与能量二、呼吸作用二、呼吸作用三、光合作用三、光合作用四、生物固氮作用四、生物固氮作用 一、细胞与能量一、细胞与能量n 生命活动需要能量 生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量。 生命世界能量的最初来源是光能。 生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的。n 代谢是化学物质和能量的转化过程n 物质和能量的转化在细胞内完成（一）（一）ATP的结构与功能的结构与功能1 1. .腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸( (ATP)ATP)ATPATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量2. ATP2. ATP的生成的生成ADP + P

2、ATP此过程称为磷酸化此过程称为磷酸化若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解-氧化磷酸化氧化磷酸化若磷酸化所需能量来自光能若磷酸化所需能量来自光能-光合磷酸化光合磷酸化u 细胞利用ATP完成各种工作， ATP是细胞中的“能量货币” 。3. ATP3. ATP的生理功能的生理功能u ATP是生物体内各种生化反应的直接能源。“呼吸呼吸”和和“细胞呼吸细胞呼吸”有什么区别有什么区别？ “呼吸呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程，而出二氧化碳的过程，而“细胞呼吸细胞呼吸”是指细是指细胞内有机物分解释放能量的过程。胞内有机物分解

3、释放能量的过程。思考思考7二、呼吸作用的概念：二、呼吸作用的概念： 细胞呼吸细胞呼吸- -生活细胞内的有机物在酶的参与生活细胞内的有机物在酶的参与下逐步氧化并释放能量的过程。下逐步氧化并释放能量的过程。也就是生物体通过也就是生物体通过生物氧化生物氧化获取化学能的过程。获取化学能的过程。 有机化合物有机化合物+O2CO2+能量能量 生物氧化生物氧化-糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧化分解，并释放能量的过程。化分解，并释放能量的过程。 （一）无氧呼吸（一）无氧呼吸1 1. .糖酵解糖酵解 由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。 葡萄

4、糖氧化的第一阶段。葡萄糖氧化的第一阶段。乳酸或乙醇等乳酸或乙醇等进入线粒体进一步氧化为进入线粒体进一步氧化为COCO2 2和和H H2 2O O，释放更多能量释放更多能量糖酵解过程糖酵解过程2.2.发酵途径发酵途径1）酒精发酵）酒精发酵 糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳 酵母、植物细胞酵母、植物细胞（例：酿酒、劳糟）（例：酿酒、劳糟）2）乳酸发酵）乳酸发酵 糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸 乳酸菌、高等动物细胞乳酸菌、高等动物细胞(例：泡菜、人剧烈运动例：泡菜、人剧烈运动)普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一

5、页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组无氧呼吸反应式无氧呼吸反应式C6H12O6酶酶2C2H5OH（酒精）（酒精）+2CO2+能量能量C6H12O6酶酶2C3H6O3（乳酸）（乳酸）+能量能量1mol1mol葡萄糖释放葡萄糖释放196.65KJ196.65KJ，有，有61.08KJ61.08KJ转移至转移至ATPATP（合成（合成2mol ATP2mol ATP）1.多数植物组织，酵母菌多数植物组织，酵母菌2.人、动物，马铃薯块茎和甜菜块根，乳酸菌人、动物，马铃薯块茎和甜菜块根，乳酸菌做面包、酿酒做面包、酿酒酵母菌酵母菌

6、制酸奶、泡菜制酸奶、泡菜乳酸菌乳酸菌人体细胞的呼吸过程慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳和水快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A+COA+CO2 2+NADH + H+NADH + H+ +。氧化脱羧氧化脱羧1 1. .柠檬酸循环柠檬酸循环 三羧酸循环三羧酸循环( (TCATCA循环循环) ) 、KrebsKrebs循环循环 是乙酰是乙酰CoACoA脱羧、脱氢最终生成脱羧、脱氢最终生成 COCO2 2的过程的过程 1 1分子丙酮酸经有氧呼吸可生成分子丙酮酸经有氧呼吸可生成1515个个ATPATP，整个有整个有氧代谢氧代谢1 1分子葡萄

7、糖可产生分子葡萄糖可产生3838个个 ATPATP。进入进入（二）有氧呼吸（二）有氧呼吸(线粒体内线粒体内)柠檬酸循环是三大物质代谢的中心普通生物学普通生物学CAI课件课件TCA再利用再利用丙酮酸丙酮酸+ +辅酶辅酶A A（CoACoA）葡萄糖葡萄糖酵解酵解三三羧羧酸酸循循环环 1 1）电子传递链）电子传递链 线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链。 目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：2 2）氧化磷酸化）氧化磷酸化 由物质氧化释放能量，供给由物质氧化释放能量，供给ADPADP磷酸化合成磷酸化合成

8、ATPATP的偶联反应的偶联反应称为氧化磷酸化。称为氧化磷酸化。底物（底物（S S）NADNAD+ +FMNCoQFe-SCytbCytcFMNCoQFe-SCytbCytc1 1CytcCytaCytaCytcCytaCyta3 31/2O1/2O2 22 2. .电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化电子传递链及结果电子传递链及结果n 底物水平磷酸化在磷酸化过程中，相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上糖酵解：糖酵解：底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化4 4个个ATPATP，己糖活化消耗己糖活化消耗2 2个个ATPATP，脱脱氢反应产生氢反应产生2 2个个NADHNADH，可

9、得可得8 8个个ATPATPKrebsKrebs循环：循环：底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化2 2个个ATPATP，脱氢反应产生脱氢反应产生8 8个个NADHNADH和和2 2个个FADHFADH2 2，可得可得3030个个ATPATP能量统计能量统计1分子葡萄糖彻底氧化分解共得：38个ATP（一）光合作用的发现和概念（一）光合作用的发现和概念6CO6CO2 2 + 12H+ 12H2 2O CO C6 6H H1212O O6 6 + 6O + 6O2 2 + 6+ 6H2O绿色植物绿色植物光光绿色植物的光合作用可吸收绿色植物的光合作用可吸收COCO2 2，放出放出O O2 2细菌的光合作用

10、是不产细菌的光合作用是不产O O2 2的。的。 三、光合作用三、光合作用1770年英国牧师 Priestley 大玻璃罩 老鼠 蜡烛显微镜 气孔光合作用的早期研究光合作用的早期研究1642年 比利时科学家Helmont19411941年年 同位素示踪同位素示踪 COCO2 2 + H + H2 21818O CHO CH2 2O + O + 1818O O2 2 证明：证明：H H2 2O O光解放出光解放出O O2 2叶绿体和光合膜叶绿体和光合膜光合膜是植物利用光光合膜是植物利用光能制造食物的最重要能制造食物的最重要场所。场所。普通生物学普通生物学CAI课件课件光合色素：光合色素：作用中心色

11、素，少数叶绿素作用中心色素，少数叶绿素a a分子分子 聚光色素聚光色素-叶绿素叶绿素a a、叶绿素叶绿素b b、胡萝卜素胡萝卜素 光系统：光系统：由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等组成的功能单位。电子受体等组成的功能单位。光系统光系统I I（PSIPSI）含有被称为含有被称为“P700P700”的高度特化的叶绿素的高度特化的叶绿素a a光系统光系统IIII（PSIIPSII）含有被称为含有被称为“P680P680”高度特化的叶绿素高度特化的叶绿素a a1.1.光合色素与光系统光合色素与光系统（二）光合作用的简单机理（二）光合作用的简单

12、机理光合色素光合色素叶绿素叶绿素a a，叶绿素叶绿素b b，胡萝卜素，胡萝卜素，叶黄素，叶黄素，藻胆素等藻胆素等叶绿素叶绿素a a启动光反应启动光反应激发态叶绿素分子被可见光激发，在光子驱动下发生得失电子反应-光化学反应。光反应：光反应： 光的吸收、传递和转化（生成光的吸收、传递和转化（生成ATPATP和和NADPHNADPH）。（）。（在类囊体膜上进行）在类囊体膜上进行）暗反应：暗反应： 用光反应所形成的能量（用光反应所形成的能量（ATPATP和和NADPHNADPH），将二氧化碳合成糖类。（在叶绿体基质中进行）将二氧化碳合成糖类。（在叶绿体基质中进行）2 2. .光合作用的过程光合作用的过

13、程普通生物学普通生物学CAI课件课件1 1卡尔文循环：是所有植物光合作用碳同卡尔文循环：是所有植物光合作用碳同化的基本途径化的基本途径2 2C C4 4途径：二氧化碳先被固定再进入卡尔途径：二氧化碳先被固定再进入卡尔文循环文循环3 3景天科植物酸代谢景天科植物酸代谢二氧化碳同化的途径二氧化碳同化的途径普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组四、生物固氮作用四、生物固氮作用生物固氮：生物固氮：固氮微生物将分子态氮还原为氨的过程。固氮微生物将分子态氮还原为氨的过程。是由固氮酶催化的

14、耗能反应。是由固氮酶催化的耗能反应。固氮微生物：自生固氮微生物（有的固氮微生物：自生固氮微生物（有的放线菌放线菌） 共生固氮微生物共生固氮微生物 根瘤菌（与豆科植物根共生）根瘤菌（与豆科植物根共生） 鱼腥藻（与红浮萍共生）鱼腥藻（与红浮萍共生） 普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组共生固氮体系共生固氮体系红红浮浮萍萍大豆根瘤大豆根瘤鱼腥藻鱼腥藻普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组生物固氮研究目标生物固氮研究目标1）有效利用自然界的生物）有效利用自然界的生物固氮作用固氮作用2）通过化学模拟，提高工业固氮的效率）通过化学模拟，提高工业固氮的效率普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科