4 细胞代谢-文档资料

1、14.1 能与细胞4.2 酶4.3 物质的跨膜转运4.3 细胞呼吸4.4 光合作用24.1能与细胞4.1.1 4.1.1 能是做功的本领能是做功的本领定义定义：能是能是产生变化产生变化的本能或可以做功的本的本能或可以做功的本领。领。存在形式存在形式：动能：动能 由于运动而具有的能。热、电、光由于运动而具有的能。热、电、光 势能势能 物体由于物体由于所在位置或所在位置或 本身的排列本身的排列 而具有的能。而具有的能。3 能量转化能量转化转化转化44.1.3 吸能反应和放能反应吸能反应和放能反应 吸能反应：吸能反应：指反应产物分子中势能比反指反应产物分子中势能比反应物分子中的势能多。应物分子中的势

2、能多。 放能反应：放能反应：指产物分子中的化学能少于反指产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能。应物分子中的化学能。 如：燃烧、光合作用、如：燃烧、光合作用、细胞呼吸细胞呼吸 细胞代谢细胞代谢：每一个活细胞吸能和放能反：每一个活细胞吸能和放能反应的总称。应的总称。 54.1.4 ATP是细胞中的能量通货是细胞中的能量通货 一个代谢反应释出的能量贮入一个代谢反应释出的能量贮入ATPATP，ATPATP所贮能量供另一个代谢反应消所贮能量供另一个代谢反应消耗能量时使用。耗能量时使用。67ATP 结 构腺嘌呤核糖磷酸腺嘌呤核苷高能磷酸键高能磷酸键8 是能 量 流 通 的 货 币ATPATPATP循

3、环循环 通过通过ATPATP合合成和分解而成和分解而使放能反应使放能反应释放的能量释放的能量用于吸能反用于吸能反应的过程称应的过程称为为ATPATP循环循环9 104.2 酶酶酶：酶：细胞中有促进化学反应速度的催化剂细胞中有促进化学反应速度的催化剂4.2.4.2.1 1 酶酶(enzyme)的催化特点的催化特点催化剂可以加快化学反应的速度，它的突出优点是： 112 H2 H2 2OO2 2 2 2 H H2 2O + OO + O2 2转换数转换数(turnover number(turnover number） 每分钟每分钟每个每个酶分子能催化多少反应物分子发生变化表酶分子能催化多少反应物分

4、子发生变化表示，大部分酶为示，大部分酶为1,0001,000。例如：例如：从牛肝提取出来的过氧化氢酶在从牛肝提取出来的过氧化氢酶在0 0C C时，时， 其转换数高达其转换数高达5,000,0005,000,000，而一，而一分子分子FeFe与与5,000,0005,000,000分子分子H H2 2 O O2 2 作用则需用作用则需用300300年年的时间。的时间。12l一种酶往往只对一类化合物或一种化学键起催一种酶往往只对一类化合物或一种化学键起催化作用。化作用。 134.2.2 酶的化学本质是蛋白质简单酶：完全由蛋白质组成。如：核糖核酸酶 胃蛋白酶 结合酶：亦称全酶，全酶=蛋白质+辅助因子

5、。(cofactor)。（辅酶或辅基）（辅酶或辅基） 辅酶(coenzyme)：辅助因子是有机化合物。如辅助因子是有机化合物。如B B族族维生素就是一种羧化酶的辅酶。在酶促反应中携带维生素就是一种羧化酶的辅酶。在酶促反应中携带或传递底物的电子、原子或作用基团。或传递底物的电子、原子或作用基团。 辅基(prosthetic group)：辅助因子是离子称为辅基。辅助因子是离子称为辅基。CuCu2+2+是细胞色素氧化酶的辅助因子是细胞色素氧化酶的辅助因子。1415如：羧基肽酶以二价锌离子（Zn2+）为辅助因子又如：过氧化氢酶以铁卟啉环为辅助因子 16（黄色圆球是Zn2+）羧基肽酶17181920

6、活化能：活化能：在一定温度下在一定温度下1mol 底物底物全部进入活全部进入活化态所需要的自由能。化态所需要的自由能。底物：底物：酶所催化的反应中的反应物酶所催化的反应中的反应物 一个化学反应体系中，只有具较高能量的活化一个化学反应体系中，只有具较高能量的活化分子才能在碰撞中发生化学反应分子才能在碰撞中发生化学反应。 21酶的催化机理是降低活化能酶的催化机理是降低活化能2223酶是如何降低活化能的呢 ? 首先需要酶与首先需要酶与底物分子底物分子结合，酶蛋白结构中有底结合，酶蛋白结构中有底物结合中心物结合中心/ /活性中心。活性中心。 酶的活性部位酶的活性部位是酶分子表面起催化作用的区域，是酶分

7、子表面起催化作用的区域，这个区域是由酶分子三维结构上比较靠近的少数这个区域是由酶分子三维结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或这些残基上的某些基团所组成，几个氨基酸残基或这些残基上的某些基团所组成，它们在一级结构上可能相距很远，甚至位于不同它们在一级结构上可能相距很远，甚至位于不同的肽链上。通过肽链的缠绕折叠而在空间构象上的肽链上。通过肽链的缠绕折叠而在空间构象上互相接近，并往往位于酶分子表面的裂隙或凹陷互相接近，并往往位于酶分子表面的裂隙或凹陷内。内。24酶与底物的专一结合，又是酶促反应酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一专一性性的体现。的体现。 然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于然后，酶蛋白

8、分子以各种方式，作用于底物分子，使底物分子底物分子，使底物分子活化起来。活化起来。25中间产物学说中间产物学说在酶促反应中，底物在酶促反应中，底物(反应物反应物)先与酶结合成不稳定的先与酶结合成不稳定的中间产物中间产物(酶酶底物复合物底物复合物)，然后再迅速地分解为产物，然后再迅速地分解为产物和酶和酶 酶酶 底物底物 中间产物中间产物 酶酶 产物产物26 从电子理论的观点来看，酶与底物结合成中间从电子理论的观点来看，酶与底物结合成中间产物之所以能降低反应物的活化能，可能是由产物之所以能降低反应物的活化能，可能是由于酶与底物多点结合后，于酶与底物多点结合后，原底物原底物分子因受酶分分子因受酶分子

9、的电荷的影响或诱导子的电荷的影响或诱导(或弱键形成或弱键形成)引起了底引起了底物各原子的物各原子的电子分布情况发生改变电子分布情况发生改变，使底物趋，使底物趋于不稳定状态，增加其反应性，结果活化能降于不稳定状态，增加其反应性，结果活化能降低。低。2728诱导契合假说诱导契合假说(induced fit hypthesis)当酶分子与底物分子接近时，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白酶蛋白受底物分受底物分子的诱导，其构象发生有利于与底物结合的变子的诱导，其构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，结合得更化，酶与底物在此基础上互补楔合，结合得更加紧密，利于反应进行。加紧密，利于反

10、应进行。2930使底物靠拢使底物分子产生应力使底物分子电荷变化降低底物分子之间的碰撞能。对底物分子产生一定的应力底物分子的敏感键在应力与扭力作用下易于断开使底物分子中的敏感键变弱而被活化(易断开)，从而使催化部位更易反应。31 温度：人体温度：人体 35-4035-40摄氏度摄氏度 PHPH和盐的浓度和盐的浓度 6-86-8 酶的抑制剂酶的抑制剂 32q 竞争性抑制(Competitive inhibition) 有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的竞争性抑制。 鹊巢鸠占33竞争性抑制剂在结构上与底物相

11、似 竞争胜负取决于它们的相对能量34对氨基苯甲酸（细菌生长因子）对氨基苯磺酸（磺胺药） 磺胺类药物 竞争性抑制细菌体内的酶35非竞争性抑制剂(Noncompetitive inhibition) 酶同时具有底物结合部位及抑制物结合部位，抑酶同时具有底物结合部位及抑制物结合部位，抑制物结合后，使酶活性部位的制物结合后，使酶活性部位的立体结构改变立体结构改变，使，使底物无法与酶结合底物无法与酶结合。3637 抑制剂的作用是可逆的（氢键），也可能抑制剂的作用是可逆的（氢键），也可能是不可逆的（共价键）。是不可逆的（共价键）。 负反馈：负反馈：代谢反应为其产物所抑制的现象。代谢反应为其产物所抑制的现象

12、。38几个酶或十几个酶前后配合，完成一系列代谢反应，形成一条代谢途径。在一条代谢途径中，常常是前一个酶促反应的产物，便是下一个酶促反应的底物。39一条代谢途径的终产物，有时可与该代谢途径的第一步反应的酶相结合，结合的结果使这个酶活性下降，从而使整条代谢途径的反应速度慢起来。这种情况称为“反馈抑制 ”。 值得注意的是，发生反馈抑制时，代谢终产物与酶结合时，是非共价结合，是可逆的。40第一个酶（有活性）第一个酶（无活性）终产物终产物（调节物） 结合在调节中心41负反馈调节方式为整个生命过程负反馈调节方式为整个生命过程(不同层次不同层次的生命过程的生命过程)的主要调控方式，正是如此的主要调控方式，正

13、是如此，生命过程的上千万种化学反应才能有，生命过程的上千万种化学反应才能有条不紊地进行。条不紊地进行。424.2.5 核酶 核酶：RNA催化剂两类：两类：催化分子内的反应催化分子内的反应，即分子的一部分与另，即分子的一部分与另一部分反应，例如一部分反应，例如RNA的一段在该分子的一段在该分子内改换位置内改换位置催化分子间的反应催化分子间的反应，催化别的分子的反应。，催化别的分子的反应。434.3 物质的跨膜转运4.3.1 膜的选择性源于其分子组成膜的选择性源于其分子组成 1.脂双层 烃类 C02 氧 2.转运蛋白（膜内在蛋白质） 葡萄糖 氨基酸什么决定物质的转运方向呢什么决定物质的转运方向呢4

14、445问题 一种溶液中有多种溶质存在，某种物质一种溶液中有多种溶质存在，某种物质 穿过膜的扩散与什么有关？穿过膜的扩散与什么有关？ 是任何顺浓度梯度存在的物质都能顺利是任何顺浓度梯度存在的物质都能顺利的穿过膜吗？的穿过膜吗？ 水是如何出入细胞的？水是如何出入细胞的？464.3.3 渗透是水的被动转运 高渗溶液高渗溶液：两种溶质相同而浓度不同：两种溶质相同而浓度不同的溶液。浓度较高的溶液叫高渗溶液。的溶液。浓度较高的溶液叫高渗溶液。 如：将细胞（或生物体）浸入某种溶如：将细胞（或生物体）浸入某种溶液中时，水从细胞向外部渗出，这种液中时，水从细胞向外部渗出，这种溶液显示高渗性，称为高渗溶液。溶液显

15、示高渗性，称为高渗溶液。 等渗溶液等渗溶液 渗透现象渗透现象 （参见（参见 P58 P58 图图4.74.7）471 1 无壁细胞的水分平衡无壁细胞的水分平衡48湖泊中盐分的增加会杀死其中的动物。湖泊中盐分的增加会杀死其中的动物。 大多数陆生动物的细胞周围的液体与细大多数陆生动物的细胞周围的液体与细胞中的液体是胞中的液体是等渗等渗的。其他的则有特殊的。其他的则有特殊的调节。的调节。 如草履虫生活在如草履虫生活在低渗低渗的池水中，它的质的池水中，它的质膜对水的透性小，具有膜对水的透性小，具有伸缩泡伸缩泡（可排水）（可排水）49海水为什么不能喝海水为什么不能喝 海水中各种物质浓度太高，远远超过饮用

16、水卫海水中各种物质浓度太高，远远超过饮用水卫生标准，如果大量饮用，会导致某些元素过量生标准，如果大量饮用，会导致某些元素过量进入人体，影响人体正常的生理功能，严重的进入人体，影响人体正常的生理功能，严重的还会引起中毒。还会引起中毒。 原来，人体为了要排出原来，人体为了要排出100100克海水中含有的盐克海水中含有的盐类，就要排出类，就要排出150150克左右的水分。所以，饮用克左右的水分。所以，饮用了海水的人不仅补充不到人体需要的水分，反了海水的人不仅补充不到人体需要的水分，反而脱水加快，最后造成死亡。而脱水加快，最后造成死亡。 海水经过淡化海水经过淡化处理后是可以饮用的。处理后是可以饮用的。

17、 502 有壁细胞的水分平衡 植物植物 细菌细菌 藻类藻类 真菌真菌51渗透现象是渗透现象是集流集流和和扩散扩散的综合结果。的综合结果。 集流（集流（bulk flow)：浓度差浓度差和和压力差压力差造成的一群离子或造成的一群离子或分子的集体流动。分子的集体流动。 化学势化学势 ：每摩尔物质中：每摩尔物质中自由能自由能的多少。的多少。 自由能自由能：在温度不变的情况下可用于：在温度不变的情况下可用于做功的能量。做功的能量。 水势水势 ：一个体系中水的化学势。：一个体系中水的化学势。纯水纯水的水势在的水势在1大气压和大气压和0下规定为下规定为0. 细胞的水势是由细胞的水势是由渗透势渗透势和和压力

18、势压力势组成的。组成的。524.3.4 4.3.4 专一的蛋白质使被动转运易化专一的蛋白质使被动转运易化 易化扩散：易化扩散：是指非是指非脂溶性物质或亲水性脂溶性物质或亲水性物质物质, , 如氨基酸、糖和金属离子等如氨基酸、糖和金属离子等借助借助细胞膜上的膜蛋白细胞膜上的膜蛋白的帮助的帮助顺浓度梯度顺浓度梯度或或顺电化学浓度梯度顺电化学浓度梯度, ,不消耗不消耗ATPATP进入膜内进入膜内的一种运输方式的一种运输方式 。53转运蛋白1 特点：特点：专一性，饱和性，抑制专一性，饱和性，抑制2 类型：通道蛋白类型：通道蛋白和和门控通道门控通道 （1）通道蛋白：通道蛋白：是一类横跨细胞膜是一类横跨细

19、胞膜, ,能能使使适宜大小的分子及带电荷的分子适宜大小的分子及带电荷的分子通过通过简单的自由简单的自由扩散运动扩散运动, , 从质膜的一侧转从质膜的一侧转运到另一侧的蛋白质。运到另一侧的蛋白质。 包括两种：包括两种：水通道蛋白水通道蛋白和和离子通道蛋白离子通道蛋白 （2 2）门控通道：门控通道：带有带有”闸门闸门”的通道的通道5455564.3.5 主动转运是逆浓度梯度的转运主动转运是逆浓度梯度的转运主动转运维持细胞内部某种小分子或离子主动转运维持细胞内部某种小分子或离子的浓度高于某环境中的浓度。的浓度高于某环境中的浓度。5758钠钾泵59跨跨 膜膜 运运 输输 60 生电泵生电泵：使膜两侧产

20、生电压的转运蛋白：使膜两侧产生电压的转运蛋白 质子泵质子泵：能逆浓度梯度转运氢离子通过：能逆浓度梯度转运氢离子通过膜的膜整合糖蛋白，质子泵在泵出氢离膜的膜整合糖蛋白，质子泵在泵出氢离子时造成膜两侧的子时造成膜两侧的pHpH梯度和电位梯度梯度和电位梯度。 协同转运协同转运：两种化学物质的协同穿膜运两种化学物质的协同穿膜运动，该两溶质分子的同时转运是由单个动，该两溶质分子的同时转运是由单个转运蛋白完成的。分为反向转运和同向转运蛋白完成的。分为反向转运和同向转运两类。转运两类。 61质子泵质子泵 ATPATP驱动质膜上的驱动质膜上的H H+ +-ATP-ATP将细将细胞内侧的胞内侧的H H+ +向细

21、胞外泵出。向细胞外泵出。ATPATP酶称为一种酶称为一种致电泵致电泵(electrogenic pump)(electrogenic pump)6263溶质是经通道蛋白还是经载体蛋白转运溶质是经通道蛋白还是经载体蛋白转运, ,二者区别二者区别通道蛋白通道蛋白载体蛋白载体蛋白没有饱和现象没有饱和现象有饱和现象有饱和现象（结合部位有限）（结合部位有限）顺电化学势梯度转运顺电化学势梯度转运顺电化学势梯度顺电化学势梯度也可逆电化学梯度转运也可逆电化学梯度转运被动吸收被动吸收被动吸收或主动吸收被动吸收或主动吸收转运载体结合位点的饱和，转运载体结合位点的饱和，使呈现速率达饱和状态使呈现速率达饱和状态（Vm

22、ax）在理论上，通过）在理论上，通过通道的扩散速率是与运转溶通道的扩散速率是与运转溶质或离子的浓度成正比的，质或离子的浓度成正比的，跨膜的电化学势梯度差成正跨膜的电化学势梯度差成正比。比。644.3.6 4.3.6 胞吞和胞吐转运大分子胞吞和胞吐转运大分子 大分子和颗粒进入和排出细胞大分子和颗粒进入和排出细胞 胞吞和胞吐作用胞吞和胞吐作用 生物大分子或颗粒物质生物大分子或颗粒物质的运输的运输胞吞胞吞（图（图 4.124.12）65664.44.4光合作用光合作用?指光合生物吸收太阳能，并将其转变成有机指光合生物吸收太阳能，并将其转变成有机 化合物中化学能的过程。化合物中化学能的过程。? 光合生

23、物：光合生物： 绿色植物、藻类：绿色植物、藻类： COCO2 2 + 2H + 2H2 2O O* * (CH (CH2 2O) + OO) + O2 2* * + H + H2 2O O 紫硫细菌：紫硫细菌： COCO2 2 + 2H + 2H2 2S (CHS (CH2 2O) + HO) + H2 2O + 2S O + 2S 氢细菌：氢细菌： COCO2 2 + 2H + 2H2 2 (CH (CH2 2O) + HO) + H2 2O O674.4.1.4.4.1.光合作用引论光合作用引论1 1 光合作用的发现光合作用的发现五年后五年后浇水浇水五年后柳树长大，重量增加了约五年后柳树长

24、大，重量增加了约7575千克，千克，而土壤的重量仅减少了而土壤的重量仅减少了6060克克68实验的结论和存在的缺点实验的结论和存在的缺点?结论结论：所有植物的物质都来自水，而不是土壤。所有植物的物质都来自水，而不是土壤。?或者说或者说：小树重量的增加仅仅由水所引起的小树重量的增加仅仅由水所引起的。?缺点缺点：没有考虑到空气中气体的可能影响。没有考虑到空气中气体的可能影响。69普列斯特莱实验普列斯特莱实验? 17721772年，年，Joseph Priestley Joseph Priestley 首次报导了首次报导了有关气体参与光合作用的证据。有关气体参与光合作用的证据。? 他的实验是让一支蜡

25、烛在盖有薄荷枝条的他的实验是让一支蜡烛在盖有薄荷枝条的玻璃罩内燃烧熄灭。玻璃罩内燃烧熄灭。?结论：结论：“恶化恶化”，“净化净化”。?缺点：植物并不总是使空气净化缺点：植物并不总是使空气净化70普列斯特莱实验普列斯特莱实验蜡烛任其燃烧直至熄灭蜡烛任其燃烧直至熄灭没有蜡烛没有蜡烛没有植物没有植物蜡烛能再次点燃蜡烛能再次点燃老鼠活着老鼠活着植物死亡植物死亡蜡烛不能燃烧蜡烛不能燃烧老鼠死亡老鼠死亡间隔几天间隔几天间隔几天间隔几天间隔几天间隔几天71?后来，后来，Jan Ingenhousz,只有植物绿色部分只有植物绿色部分受光照才能受光照才能“净化净化”被被“恶化恶化”空气。空气。?2020世纪世纪

26、发现光合作用实质。发现光合作用实质。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721941年 同位素示踪 CO2 + H218O CH2O + 18O2 证明：H2O光解放出O273叶绿体叶绿体叶片是光合作用主要器官叶片是光合作用主要器官叶绿体是光合作用最重要叶绿体是光合作用最重要细胞器细胞器类囊体膜：光反应类囊体膜：光反应基质：碳反应基质：碳反应74被膜被膜基质基质( (间质间质) )类囊体类囊体( (片层片层) )75 类囊体分为二类：类囊体分为二类： 基质类囊体基质类囊体 又

27、称基质片又称基质片层，伸展在基质中彼此不层，伸展在基质中彼此不重叠；重叠； 基粒类囊体基粒类囊体 或称基粒或称基粒片层，可自身或与基质类片层，可自身或与基质类囊体重叠，组成基粒。囊体重叠，组成基粒。 堆叠区堆叠区 片层与片层互相片层与片层互相接触的部分，接触的部分， 非堆叠区非堆叠区 片层与片层非片层与片层非互相接触的部分。互相接触的部分。76一一 光反应光反应 （Light reaction）通过叶绿素等光合色素吸收、传递光能，并将光通过叶绿素等光合色素吸收、传递光能，并将光能转化为化学能能转化为化学能并产生氧气并产生氧气，形成，形成ATP和和NADPH的过程。的过程。 在类囊体膜上进行在类

28、囊体膜上进行包括包括原初反应、电子传递原初反应、电子传递和和光合磷酸化光合磷酸化4.4.2-4.4.34.4.2-4.4.3光合作用的过程：光合作用的过程：77一一 光反应光反应原初反应原初反应? 指从光合色素分子被光激发到引起第一指从光合色素分子被光激发到引起第一 个光化学反应为止的过程。个光化学反应为止的过程。? 包括：包括： 光能的吸收和传递光能的吸收和传递 光化学反应光化学反应78?1 光能吸收与传递光能吸收与传递（1 1）叶绿素对光的吸收）叶绿素对光的吸收光量子吸收与色素分子结构有关（高等植物）光量子吸收与色素分子结构有关（高等植物） 叶绿素：叶绿素叶绿素：叶绿素a a、叶绿素、叶绿

29、素b b 类胡萝卜素：叶黄素、胡萝卜素类胡萝卜素：叶黄素、胡萝卜素79吸收光谱：吸收光谱：一种物质对不同波长光的吸收一种物质对不同波长光的吸收率。率。80光光 波动性波动性 波长不同的光波长不同的光 可见光可见光叶绿素：叶绿素：640640660nm 660nm 红光、红光、430430450nm450nm蓝紫光吸收最强蓝紫光吸收最强 类胡罗卜素类胡罗卜素：吸收带在：吸收带在400400500nm500nm蓝紫光蓝紫光81光 粒子性 粒子 光子具有能量 波长越短 能量越多82 下图是四种色素的对光的吸收情况：83640640660nm660nm的红光的红光 430430450nm450nm的蓝

30、紫光的蓝紫光v叶绿素叶绿素a a在红光区的吸收峰比叶绿素在红光区的吸收峰比叶绿素b b的高，蓝紫光区的吸的高，蓝紫光区的吸收峰则比叶绿素收峰则比叶绿素b b的低。的低。 对橙光、黄光吸收较少，对橙光、黄光吸收较少，尤以尤以对绿光的吸收最少。对绿光的吸收最少。有两个强吸收峰区有两个强吸收峰区84植物体内不同光合色素植物体内不同光合色素对光波的选择吸收对光波的选择吸收是植物在是植物在长期进化中形成的对长期进化中形成的对生态环境的适应生态环境的适应，这使植物可，这使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。利用各种不同波长的光进行光合作用。类胡萝卜素吸收带类胡萝卜素吸收带在在400400500nm50

31、0nm的蓝的蓝紫光区紫光区基本不吸收黄光，基本不吸收黄光，从而呈现黄色。从而呈现黄色。 85分子内具有许多分子内具有许多共轭双键共轭双键，能捕获光能，捕获光能能在分子间传递，能捕获光能，捕获光能能在分子间传递868788作用中心作用中心概念：将光能转变为化学能的膜蛋白复合体概念：将光能转变为化学能的膜蛋白复合体组成：一个叶绿素组成：一个叶绿素a、原初电子受体、蛋白质等、原初电子受体、蛋白质等机制：机制：89光系统组成 作用中心作用中心 天线色素天线色素 电子载体电子载体90叶绿体中的两类叶绿体中的两类光系统（光系统（PSPS和和PSPS） PSPS光吸收高峰在光吸收高峰在P680 P680 红

32、光红光 PSPS光吸收高峰在光吸收高峰在P700 P700 偏黄橙光偏黄橙光91（2 2） 电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化?原初反应使光系统的反应中心发生电荷分离，产生原初反应使光系统的反应中心发生电荷分离，产生的高能电子推动光合膜上电子传递。的高能电子推动光合膜上电子传递。?电子传递的结果：电子传递的结果：引起水的裂解放氧和引起水的裂解放氧和NADP+的还原的还原建立跨膜质子动力势，启动光合磷酸化，形成建立跨膜质子动力势，启动光合磷酸化，形成ATP92I 电子传递电子传递? 在叶绿体类囊体上的光合链进行在叶绿体类囊体上的光合链进行? 光合链：光合链：定位在光合膜上，由多个电子传递定

33、位在光合膜上，由多个电子传递 体组成的电子传递轨道。体组成的电子传递轨道。 光合链：在类囊体膜上的光合链：在类囊体膜上的PSPS、PSIPSI之间几种排列紧密之间几种排列紧密的电子传递体完成电子传递的总轨迹的电子传递体完成电子传递的总轨迹939495 9697 II 光合磷酸化光合磷酸化?在光合作用中由在光合作用中由光光驱动并贮存在跨类囊体驱动并贮存在跨类囊体膜的膜的质子梯度质子梯度的能量把的能量把ADPADP与与PiPi合成合成ATPATP的过的过程程 9899光合磷酸化机理光合磷酸化机理 传递中的传递中的能量能量将将氢离子氢离子从从叶绿体基质叶绿体基质泵到泵到类囊体腔类囊体腔中，造成质子梯

34、度，质子中，造成质子梯度，质子不能自由的通过类囊体膜，只有通过膜不能自由的通过类囊体膜，只有通过膜中的中的ATPATP酶才能顺浓度梯度到叶绿体基质，酶才能顺浓度梯度到叶绿体基质，氢离子流经氢离子流经ATPATP酶便会引起酶便会引起ATPATP的合成的合成1001011 1 光合碳还原循环（卡尔文循环）光合碳还原循环（卡尔文循环） 植物利用光反应中形成的植物利用光反应中形成的ATPATP、NADPHNADPH将将CO2CO2转转化成稳定的碳水化合物化成稳定的碳水化合物（丙糖磷酸）（丙糖磷酸）的过程。的过程。发生在发生在叶绿体基质叶绿体基质中。中。C C3 3途径：途径：羧化阶段；还原阶段；再生阶

35、段羧化阶段；还原阶段；再生阶段C3C3植物：直接利用空气中的二氧化碳进行的植物：直接利用空气中的二氧化碳进行的光合作用的植物。如：水稻、小麦、大豆、果树光合作用的植物。如：水稻、小麦、大豆、果树和蔬菜和蔬菜二二 碳反应碳反应102卡尔文循环卡尔文循环（Calvin cycleCalvin cycle）是所）是所有植物光合作用有植物光合作用碳同化碳同化的基本途径的基本途径6 PGA6GAP输出输出1分子分子GAP（细胞质中）（细胞质中）5GAP3RuBP固定固定还原还原再生再生103羧化阶段：羧化阶段：? 指进入叶绿体的指进入叶绿体的COCO2 2与受体与受体RuBPRuBP结合，并结合，并 水

36、解产生水解产生 PGA PGA的过程的过程. . ? 3RuBP +3CO 3RuBP +3CO2 2 +3H +3H2 2O 6PGA+6HO 6PGA+6H+ + ? RuBPRuBP：核酮糖：核酮糖1,51,5二磷酸二磷酸 PGA PGA：3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸rubisco 核酮糖二磷酸缩化酶104还原阶段：还原阶段：? 指利用同化力将指利用同化力将3磷酸甘油酸还原为甘油醛磷酸甘油酸还原为甘油醛3磷酸磷酸(GAP)，需要能量最多需要能量最多?6PGA+6ATP+6NADPH+6H+ 再生阶段：再生阶段：? 指由甘油醛指由甘油醛3 磷酸重新形成磷酸重新形成RuBP过程。过程。 6GA

37、P+6ADP+ 66GAP+6ADP+ 6+ 6Pi+ 6Pi105?光合作用过程中根据能量转变的性质：光合作用过程中根据能量转变的性质： 原初反应原初反应: : 光能光能 电能电能 电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化：电能：电能 碳同化碳同化：活跃化学能：活跃化学能 稳定化学能稳定化学能3CO3CO2 2+3H+3H2 2O+3RUBP+9ATP+6NADPH PGA+6NADPO+3RUBP+9ATP+6NADPH PGA+6NADP+ +9ADP+9P+9ADP+9Pi i活跃化学能活跃化学能106光光吸收吸收 光能光能 天线天线 色素色素传传 递递光能光能 O2 ADP+Pi C

38、O2中心中心色素色素夺取夺取 e e- -分分 解解 H2OH+ ATP 酶酶酶酶NADPHNADP C3 C5酶酶酶酶CO2 还原多种酶催化固定失失e-光能转换成电能光能转换成电能电能转换成电能转换成活跃化学能活跃化学能活跃化学能转换活跃化学能转换成稳定化学能成稳定化学能107光呼吸光呼吸光呼吸：光呼吸：植物的绿色细胞在光照下有吸收氧气植物的绿色细胞在光照下有吸收氧气, ,释放释放CO2CO2的反应。的反应。RubiscoRubisco既可催化既可催化羧化反应羧化反应，又可以催化，又可以催化加氧反应加氧反应，即即CO2CO2和和O2O2竞争竞争RubiscoRubisco同一个活性部位。同一

39、个活性部位。RubiscoRubisco是进行羧化还是加氧，取决于外界是进行羧化还是加氧，取决于外界CO2CO2浓度浓度与与O2O2浓度的比值。浓度的比值。 光呼吸光呼吸的结果的结果是产生一种二碳化合物是产生一种二碳化合物乙醛酸，乙醛酸，然后然后植物又将这种化合物分解为植物又将这种化合物分解为二氧化碳二氧化碳和和水。水。2 C42 C4植物和光呼吸植物和光呼吸108C4植物植物玉米、高粱、甘蔗等近玉米、高粱、甘蔗等近20002000种植物种植物C C3 3植物光合细胞主要为叶肉细胞植物光合细胞主要为叶肉细胞C C4 4植物光合细胞有叶肉细胞和维管束鞘细胞植物光合细胞有叶肉细胞和维管束鞘细胞强光

40、、高温、干燥条件强光、高温、干燥条件光合速率光合速率C C4 4植物大于植物大于C C3 3植物植物109高梁甘蔗 粟(millet)的穗形, “谷子”，去皮后称“小米”苋菜玉米110叶肉细胞叶肉细胞鞘细胞鞘细胞111112小小不含不含大大含有含有含有含有1133 34 4 项项 目目 C C3 3 植植 物物 C C4 4 植植 物物定定 义义光合作用光合作用COCO2 2固定的碳仅转固定的碳仅转移到移到C3C3中的植中的植物物光合作用光合作用COCO2 2固定的碳固定的碳首先转移到首先转移到C4C4中，然中，然后转移到后转移到C3C3中的植物中的植物叶片叶片结构结构区别区别维管束维管束鞘细

41、胞鞘细胞不含叶绿体不含叶绿体细胞比较大，含没有细胞比较大，含没有基粒的叶绿体，数多、基粒的叶绿体，数多、个体大个体大叶肉叶肉细胞细胞排列疏松，都排列疏松，都含叶绿体含叶绿体含叶绿体，部分叶肉含叶绿体，部分叶肉细胞与维管束鞘细胞细胞与维管束鞘细胞共同围绕着维管束共同围绕着维管束 举举 例例小麦、水稻小麦、水稻玉米、甘蔗玉米、甘蔗114115C C4 4途径可分四个阶段：途径可分四个阶段：? 叶肉细胞中叶肉细胞中 PEPPEPCOCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸? 苹果酸从叶肉细胞到鞘细胞中，苹果酸苹果酸从叶肉细胞到鞘细胞中，苹果酸脱羧，放出脱羧，放出 COCO2 2，生成丙酮酸，生成丙酮酸，COCO

42、2 2进入进入C C3 3途径途径? 丙酮酸回到叶肉细胞转变为丙酮酸回到叶肉细胞转变为PEPPEP 胞间连丝胞间连丝鞘细胞鞘细胞苹果酸苹果酸PEPPEP羧化酶羧化酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶含四个碳原子的二羧酸含四个碳原子的二羧酸116C C4 4植物固定碳的模式植物固定碳的模式叶肉细胞叶肉细胞维管束鞘细胞维管束鞘细胞 CO2CO2PEP草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸丙酮酸丙酮酸CO2卡尔文循环卡尔文循环丙酮酸丙酮酸1174 4、影响光合作用因素、影响光合作用因素? 光光（光饱和点）（光饱和点） P77P77? CO CO2 2? 温度温度（2525度）度）11811912012112

43、21 1、呼吸作用的概念：、呼吸作用的概念： 生活细胞内的生活细胞内的有机物有机物在酶的参与下在酶的参与下逐步氧化并释放能量的过程。逐步氧化并释放能量的过程。123?有机物氧化释放能量一支火柴的燃烧是纤维素氧化（C6H12O6）n + O2 n CO2 + nH2O + 能量 纤维素 氧 温度 光和热 （可燃物）生物体也进行类似的反应（C6H12O6）n + O2 n CO2 + nH2O + 能量 淀粉 氧 酶 ATP （氧化底物） 124把火柴燃烧和生物体内氧化相比，基本原则是相似的有机物氧化释放出能量。有哪些不同？ A、生物体内氧化比燃烧过程缓慢的多，不是 猛然地发出光和热。B、生物体内

44、氧化在水环境中进行。C、生物体内的氧化由酶催化。D、生物体内氧化分步骤进行，产生能量 贮存在 ATP 中。125?生物体内氧化分步骤进行淀粉葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP1262 2、呼吸作用类型、呼吸作用类型? 有氧呼吸：有氧呼吸： 指生活细胞利用分子氧，将某些有机物质彻底指生活细胞利用分子氧，将某些有机物质彻底氧化分解，形成氧化分解，形成COCO2 2和和H H2 2O,O,同时释放能量的过程。同时释放能量的过程。 C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2 6CO6CO2 2 + 6H+ 6H2 2O O 能量能量?无氧呼吸无氧呼吸 指生活细胞在无氧条件下，把某些有机物分

45、解指生活细胞在无氧条件下，把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。 C C6 6H H1212O O6 6 2C2C2 2H H5 5OH + 2COOH + 2CO2 + 2 + 能量能量酶酶酶酶127人体细胞的呼吸过程人体细胞的呼吸过程慢跑慢跑:细胞消耗氧气来分细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳和水同时产生二氧化碳和水快跑快跑:细胞将葡萄糖分解细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳成乳酸和二氧化碳1283 3、呼吸作用的过程：、呼吸作用的过程：一般可分为三个主要阶段：以葡萄糖为例一般可分为三个主要阶

46、段：以葡萄糖为例? 糖酵解糖酵解(EMP)? 三羧酸循环三羧酸循环(TCA)? 电子传递链电子传递链(electron transport chain)129A、 糖酵解途径六个碳的葡萄糖分解为两个三碳的六个碳的葡萄糖分解为两个三碳的丙酮酸，净得两个丙酮酸，净得两个ATPATP，同时还产生，同时还产生 NADHNADH。 糖酵解途径在糖酵解途径在无氧情况无氧情况下进行下进行130(1) 糖酵解（糖酵解（EMP途径）途径） 己糖分解成丙酮酸的过程己糖分解成丙酮酸的过程? 反应进行部位：反应进行部位：细胞质细胞质? 特点：特点： 不需不需O2的参与的参与 由特定的酶催化由特定的酶催化 131葡萄糖

47、葡萄糖 C-C-C-C-C-CC-C-C-C-C-C葡萄糖葡萄糖- 6 - - 6 - 磷酸磷酸 C-C-C-C-C-C-PC-C-C-C-C-C-PATPADP 果糖果糖- 6 - - 6 - 磷酸磷酸 C-C-C-C-C-C-PC-C-C-C-C-C-P果糖果糖1,- 6 - 1,- 6 - 二磷酸二磷酸 C-C-C-C-C-C-PC-C-C-C-C-C-PATPADP 磷酸甘油醛磷酸甘油醛 (2(2分子分子) ) 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2NAD+2Pi2NADH+2H+1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(2(2分子分子) ) 酰酰基磷脂具基磷脂具有高能磷酸集团有高能磷酸集团 1、

48、消消耗耗 A T P 2分分子子细细质质准准备备阶阶段段氧化磷酸化氧化磷酸化1323-3-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸（ 2 2 分子分子 ）2ADP2ATP2 2 磷酸甘油酸（磷酸甘油酸（2 2分分 子）子）磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（ 2 2分分 子子 ）丙酮酸（丙酮酸（ 2 分分 子子 ）2ADP2ATP放放能能阶阶段段133OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH

49、2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖1341,6-二磷酸果糖HO HH2O3P OHO HO HC H2O P O3H2C H2OC H2O P O3H2CC H2O HOC H2O P O3H2C H O HC H O磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶1353磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH + H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP A TPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油

50、酸磷酸甘油酸变位酶高能化合物高能化合物底物水平磷酸化底物水平磷酸化1362-磷酸甘油酸CH2OHCHOPO3H2COHOCH2C OPO3H2COHO烯醇化酶Mg+2磷酸烯醇式丙酮酸COHOCHOHCH2COOHCCH3OADP ATP2Mg+丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸高能磷酸化合物高能磷酸化合物底物水平磷酸化底物水平磷酸化137?总反应式总反应式： 葡萄糖葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2ADP+2Pi+2NAD+ + 2 2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2ATP+2NADH+2H+ +2H+2H2 2O O?糖酵解过程中：糖酵解过程中： 一个分子的葡萄糖分解为一个分子的葡

51、萄糖分解为2 2分子的丙酮酸分子的丙酮酸 利用利用2 2个个ATPATP，产生，产生4 4个个ATPATP，净得，净得2 2个个ATPATP； 2 2个分子的个分子的NADNAD+ +被还原，产生了被还原，产生了2 2个个NADH + HNADH + H+ +138底物水平磷酸化底物水平磷酸化在磷酸化过程中，相关的酶将底物分子在磷酸化过程中，相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到上的磷酸基团直接转移到ADP分子上分子上139糖酵解生理意义糖酵解生理意义? 是无氧呼吸是无氧呼吸（长跑）（长跑）和有氧呼吸的共和有氧呼吸的共同途径同途径? 糖酵解最终产物丙酮酸可通过各种代糖酵解最终产物丙酮酸可通过

52、各种代谢途径生成不同物质谢途径生成不同物质? 是厌氧生物糖分解和是厌氧生物糖分解和某些细胞某些细胞获取获取能能量量的主要方式的主要方式（红细胞）（红细胞）? 多数反应均可逆转，为多数反应均可逆转，为糖异生糖异生作用提作用提供了基本途径供了基本途径1、3、9140B、 柠檬酸循环?部位：部位：线粒体基质内线粒体基质内?特点：特点：需要氧参与和多种酶的催化需要氧参与和多种酶的催化?过程：过程：包括三羧酸和二羧酸的循环逐步包括三羧酸和二羧酸的循环逐步 脱羧脱氢，彻底氧化分解的过程脱羧脱氢，彻底氧化分解的过程141糖酵解是在细胞质中进行的，丙酮酸经过扩散作用进入线粒体。丙酮酸首先变为乙酰辅酶A 才能进入柠檬酸循环。142TC