细胞代谢学习教案

1、会计学1第一页，共162页。第1页/共161页第二页，共162页。第2页/共161页第三页，共162页。第3页/共161页第四页，共162页。第4页/共161页第五页，共162页。第5页/共161页第六页，共162页。ATP 结 构腺嘌呤核糖磷酸(ln sun)腺嘌呤核苷高能(gonng)磷酸键第6页/共161页第七页，共162页。 是能 量 流 通 的 货 币ATPATP循环 通过ATP合成和分解而使放能反应释放的能量用于吸能反应的过程(guchng)称为ATP循环第7页/共161页第八页，共162页。第8页/共161页第九页，共162页。催 化催 化效率高效率高专一性专一性可调节可调节第9

2、页/共161页第十页，共162页。2 H2O2 2 H2O + O2转换数(turnover number） 每分钟每个酶分子能催化多少反应物分子发生变化表示，大部分酶为1,000。例如(lr)：从牛肝提取出来的过氧化氢酶在0C时， 其转换数高达5,000,000，而一分子Fe与5,000,000分子H2 O2 作用则需用300年的时间。第10页/共161页第十一页，共162页。第11页/共161页第十二页，共162页。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。(cofactor)。（辅酶或辅基） 辅酶(coenzyme)：辅助因子是有机(y

3、uj)化合物。如B族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。 辅基(prosthetic group)：辅助因子是离子称为辅基。Cu2+是细胞色素氧化酶的辅助因子。第12页/共161页第十三页，共162页。第13页/共161页第十四页，共162页。又如：过氧化氢(u yn hu qn)酶以铁卟啉环为辅助因子 第14页/共161页第十五页，共162页。（黄色(hungs)圆球是Zn2+）羧基(su j)肽酶第15页/共161页第十六页，共162页。第16页/共161页第十七页，共162页。第17页/共161页第十八页，共162页。第18页/共161页第十九页

4、，共162页。 活化能：在一定温度下1mol 底物全部进入活化态所需要的自由能。底物：酶所催化的反应(fnyng)中的反应(fnyng)物 一个化学反应(fnyng)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(fnyng)。 第19页/共161页第二十页，共162页。酶的催化机理是降低(jingd)活化能第20页/共161页第二十一页，共162页。第21页/共161页第二十二页，共162页。 首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构中有底物结合中心/活性中心。 酶的活性部位是酶分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几个氨基酸残基或这些残基上的某些基团所组

5、成(z chn)，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互相接近，并往往位于酶分子表面的裂隙或凹陷内。 第22页/共161页第二十三页，共162页。第23页/共161页第二十四页，共162页。第24页/共161页第二十五页，共162页。结果活化能降低。结果活化能降低。第25页/共161页第二十六页，共162页。第26页/共161页第二十七页，共162页。第27页/共161页第二十八页，共162页。第28页/共161页第二十九页，共162页。使底物(d w)靠拢使底物(d w)分子产生应力使底物(d w)分子电荷变化降低底物分子之间的碰撞能。对底物分

6、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。第29页/共161页第三十页，共162页。第30页/共161页第三十一页，共162页。第31页/共161页第三十二页，共162页。竞争性抑制剂在结构上与底物相似 竞争胜负取决于 它 们 ( t men)的相对能量第32页/共161页第三十三页，共162页。对氨基(nj)苯甲酸（细菌生长因子）对氨基(nj)苯磺酸（磺胺药） 磺胺类药物 竞争性抑制细菌体内的酶第33页/共161页第三十四页，共162页。第34页/共161页第三十五页，共162页。第35页/共161页第三十六

7、页，共162页。第36页/共161页第三十七页，共162页。几个(j )酶或十几个(j )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。第37页/共161页第三十八页，共162页。 值得注意的是，发生反馈抑制(yzh)时，代谢终产物与酶结合时，是非共价结合，是可逆的。第38页/共161页第三十九页，共162页。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(jih)在调节中心第39页/共161页第四十页，共162页。第40页/共161页第四十一页，共162页。第41页/共161页第四十二页，共162页

8、。第42页/共161页第四十三页，共162页。第43页/共161页第四十四页，共162页。第44页/共161页第四十五页，共162页。第45页/共161页第四十六页，共162页。第46页/共161页第四十七页，共162页。第47页/共161页第四十八页，共162页。第48页/共161页第四十九页，共162页。第49页/共161页第五十页，共162页。第50页/共161页第五十一页，共162页。第51页/共161页第五十二页，共162页。（2）门控通道：带有）门控通道：带有”闸门闸门”的通道的通道第52页/共161页第五十三页，共162页。第53页/共161页第五十四页，共162页。第54页/共

9、161页第五十五页，共162页。第55页/共161页第五十六页，共162页。第56页/共161页第五十七页，共162页。钠钾泵第57页/共161页第五十八页，共162页。跨 膜 运 输 第58页/共161页第五十九页，共162页。第59页/共161页第六十页，共162页。ATP驱动质膜上的H+-ATP将细胞(xbo)内侧的H+向细胞(xbo)外泵出。ATP酶称为一种致电泵(electrogenic pump)第60页/共161页第六十一页，共162页。第61页/共161页第六十二页，共162页。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

10、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，使呈现速率达饱和状态（Vmax）在理论上，通过通道的扩散速率是与运转溶质或离子(lz)的浓度成正比的，跨膜的电化学势梯度差成正比。第62页/共161页第六十三页，共162页。4.3.6 胞吞和胞吐转运大分子大分子和颗粒进入和排出细胞 胞吞和胞吐作用(zuyng) 生物大分子或颗粒物质的运输胞吞（图 ）第63页/共161页第六十四页，共162页。第64页/共161页第六十五页，共162页。H2O + 2S H2

11、O + 2S ?氢细菌：氢细菌：? CO2 + 2H2 (CH2O) + CO2 + 2H2 (CH2O) + H2OH2O第65页/共161页第六十六页，共162页。五年后浇水(jio shu)五年后柳树长大，重量增加了约75千克(qink)，而土壤的重量仅减少了60克第66页/共161页第六十七页，共162页。第67页/共161页第六十八页，共162页。第68页/共161页第六十九页，共162页。普列斯特莱实验(shyn)蜡烛任其燃烧直至(zhzh)熄灭没有(mi yu)蜡烛没有植物蜡烛能再次点燃老鼠活着植物死亡蜡烛不能燃烧老鼠死亡间隔几天间隔几天间隔几天第69页/共161页第七十页，共1

12、62页。6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O绿色植物(ls zhw)光第70页/共161页第七十一页，共162页。第71页/共161页第七十二页，共162页。叶绿体叶片是光合作用(gungh-zuyng)主要器官叶绿体是光合作用(gungh-zuyng)最重要细胞器类囊体膜：光反应基质：碳反应第72页/共161页第七十三页，共162页。被膜基质(j zh)(间质)类囊体(片层)第73页/共161页第七十四页，共162页。 类囊体分为二类： 基质类囊体 又称基质片层，伸展在基质中彼此不重叠(chngdi)； 基粒类囊体 或称基粒片层，可自身或与基质类囊体重叠(chn

13、gdi)，组成基粒。 堆叠区 片层与片层互相接触的部分， 非堆叠区 片层与片层非互相接触的部分。第74页/共161页第七十五页，共162页。一 光反应 （Light reaction）通过叶绿素等光合色素吸收、传递光能，并将光能转化(zhunhu)为化学能并产生氧气，形成ATP和NADPH的过程。 在类囊体膜上进行包括原初反应、电子传递和光合磷酸化光合作用(gungh-zuyng)的过程：第75页/共161页第七十六页，共162页。第76页/共161页第七十七页，共162页。第77页/共161页第七十八页，共162页。第78页/共161页第七十九页，共162页。第79页/共161页第八十页，共

14、162页。第80页/共161页第八十一页，共162页。 下图是四种色素(s s)的对光的吸收情况：第81页/共161页第八十二页，共162页。640660nm的红光 430450nm的蓝紫光v叶绿素a在红光区的吸收(xshu)峰比叶绿素b的高，蓝紫光区的吸收(xshu)峰则比叶绿素b的低。 对橙光、黄光吸收(xshu)较少，尤以对绿光的吸收(xshu)最少。有两个强吸收峰区第82页/共161页第八十三页，共162页。 植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境(shn ti hun jn)的适应，这使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。 类胡萝卜素吸收带在400

15、500nm的蓝紫光区 基本不吸收黄光(hun un)，从而呈现黄色。 第83页/共161页第八十四页，共162页。分子内具有许多共轭双键，能捕获(bhu)光能，捕获(bhu)光能能在分子间传递第84页/共161页第八十五页，共162页。第85页/共161页第八十六页，共162页。第86页/共161页第八十七页，共162页。第87页/共161页第八十八页，共162页。第88页/共161页第八十九页，共162页。叶绿体中的两类光系统叶绿体中的两类光系统(xtng)(xtng)（PSPS和和PSPS） PS PS光吸收高峰在光吸收高峰在P680 P680 红光红光 PS PS光吸收高峰在光吸收高峰在

16、P700 P700 偏黄橙光偏黄橙光第89页/共161页第九十页，共162页。引起水的裂解放氧和引起水的裂解放氧和NADP+NADP+的还原的还原建立跨膜质子动力势，启动光合磷建立跨膜质子动力势，启动光合磷酸化，形成酸化，形成ATPATP第90页/共161页第九十一页，共162页。第91页/共161页第九十二页，共162页。第92页/共161页第九十三页，共162页。第93页/共161页第九十四页，共162页。第94页/共161页第九十五页，共162页。第95页/共161页第九十六页，共162页。第96页/共161页第九十七页，共162页。第97页/共161页第九十八页，共162页。第98页/

17、共161页第九十九页，共162页。第99页/共161页第一百页，共162页。C3植物：直接利用(lyng)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、果树和蔬菜二 碳反应(fnyng)第100页/共161页第一百零一页，共162页。卡尔文循环（Calvin cycle）是所有植物光合作用碳同化的基本途径6 PGA6GAP输出1分子GAP（细胞质中）5GAP3RuBP固定还原再生第101页/共161页第一百零二页，共162页。 PGA：3磷酸甘油酸磷酸甘油酸rubisco 核酮糖二磷酸缩化酶第102页/共161页第一百零三页，共162页。 6GAP+6ADP+ 6+ 6Pi第10

18、3页/共161页第一百零四页，共162页。活跃(huyu)化学能第104页/共161页第一百零五页，共162页。光吸收(xshu) 光能 天线(tinxin) 色素传 递光能 O2 ADP+Pi CO2中心(zhngxn)色素夺取 e-分 解 H2OH+ ATP 酶酶NADPHNADP C3 C5酶酶CO2 还原多种酶催化固定失e-光能转换成电能电能转换成活跃化学能活跃化学能转换成稳定化学能第105页/共161页第一百零六页，共162页。光呼吸：植物的绿色细胞在光照下有吸收(xshu)氧气,释放CO2的反应。Rubisco既可催化羧化反应，又可以催化加氧反应，即CO2和O2竞争Rubisco同

19、一个活性部位。Rubisco是进行羧化还是加氧，取决于外界CO2浓度与O2浓度的比值。 光呼吸的结果是产生(chnshng)一种二碳化合物乙醛酸，然后植物又将这种化合物分解为二氧化碳和水。2 C4植物(zhw)和光呼吸第106页/共161页第一百零七页，共162页。玉米、高粱、甘蔗(gn zhe)等近2000种植物C3植物光合细胞主要(zhyo)为叶肉细胞C4植物光合细胞有叶肉细胞和维管束鞘细胞强光、高温、干燥条件光合速率C4植物大于C3植物第107页/共161页第一百零八页，共162页。高梁(o lin)甘蔗(gn zhe) 粟(millet)的穗形, “谷子”，去皮后称“小米”苋菜玉米第1

20、08页/共161页第一百零九页，共162页。叶肉(yru)细胞鞘细胞(xbo)第109页/共161页第一百一十页，共162页。第110页/共161页第一百一十一页，共162页。小不含大含有含有第111页/共161页第一百一十二页，共162页。 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胞鞘细胞不含叶绿体不含叶绿体细胞

21、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、甘蔗第112页/共161页第一百一十三页，共162页。第113页/共161页第一百一十四页，共162页。 胞间连丝鞘细胞(xbo)苹果酸PEP羧化酶苹果酸脱氢酶含四个碳原子的二羧酸第114页/共161页第一百一十五页，共162页。叶肉(yru)细胞维管束鞘细胞(xbo) CO2CO2PEP草酰乙酸苹果酸苹果

22、酸丙酮酸CO2卡尔文循环丙酮酸第115页/共161页第一百一十六页，共162页。第116页/共161页第一百一十七页，共162页。第117页/共161页第一百一十八页，共162页。第118页/共161页第一百一十九页，共162页。第119页/共161页第一百二十页，共162页。第120页/共161页第一百二十一页，共162页。第121页/共161页第一百二十二页，共162页。（氧化底物）（氧化底物）第122页/共161页第一百二十三页，共162页。有哪些(nxi)不同？ A、生物体内氧化比燃烧过程缓慢(hunmn)的多，不是 猛然地发出光和热。B、生物体内氧化在水环境中进行。C、生物体内的氧化

23、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。第123页/共161页第一百二十四页，共162页。淀粉(dinfn)葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP第124页/共161页第一百二十五页，共162页。时释放能量的过程。时释放能量的过程。 C6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2C2H5OH + 2CO2 + 能量能量酶酶第125页/共161页第一百二十六页，共162页。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(r yng hu tn)和水快跑:细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳(r yng hu tn)第126页/共161页第一百二

24、十七页，共162页。第127页/共161页第一百二十八页，共162页。A、 糖酵解途径六个碳的葡萄糖分解为两个三碳的丙酮酸，净得两个ATP，同时还产生 NADH。 糖酵解途径在无氧情况(qngkung)下进行第128页/共161页第一百二十九页，共162页。第129页/共161页第一百三十页，共162页。葡萄糖 C-C-C-C-C-C葡萄糖- 6 - 磷酸(ln sun) C-C-C-C-C-C-PATPADP 果糖(gutng)- 6 - 磷酸 C-C-C-C-C-C-P果糖(gutng)1,- 6 - 二磷酸 C-C-C-C-C-C-PATPADP 磷酸甘油醛 (2分子) 磷酸二羟丙酮2N

25、AD+2Pi2NADH+2H+1,3-二磷酸甘油酸(2分子) 酰基磷脂具有高能磷酸集团 1、消耗 A T P 2分子细质准备阶段氧化磷酸化第130页/共161页第一百三十一页，共162页。3-磷酸甘油酸（ 2 分子(fnz) ）2ADP2ATP2 磷酸甘油酸（2分 子）磷酸(ln sun)烯醇式丙酮酸（ 2分 子 ）丙酮酸（ 2 分 子 ）2ADP2ATP放能阶段第131页/共161页第一百三十二页，共162页。第132页/共161页第一百三十三页，共162页。第133页/共161页第一百三十四页，共162页。高能(gonng)化合物底物(d w)水平磷酸化第134页/共161页第一百三十五页

26、，共162页。高能(gonng)磷酸化合物底物(d w)水平磷酸化第135页/共161页第一百三十六页，共162页。丙酮酸丙酮酸利用利用(lyng)2(lyng)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NAD+NAD+被还原，产生了被还原，产生了2 2个个NADH + H+NADH + H+第136页/共161页第一百三十七页，共162页。在磷酸化过程中，相关(xinggun)的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上第137页/共161页第一百三十八页，共162页。用提供了基本途径用提供了基本途径1 1、3 3、9

27、 9第138页/共161页第一百三十九页，共162页。第139页/共161页第一百四十页，共162页。第140页/共161页第一百四十一页，共162页。 丙酮酸在有氧条件下进入线粒体，氧化脱羧形成2碳单位，2碳单位与辅酶A（CoASH）结合成为(chngwi)活化的乙酰CoA ；释放出1分子CO2，同时发生NAD的还原,形成NADH。C3H4O3+NAD+CoA.SH CH3CO.S.COA+CO2+NADH+H+ 第141页/共161页第一百四十二页，共162页。再利用(lyng)丙酮酸+辅酶(f mi)A（CoA）葡萄糖酵解三羧酸(su sun)循环6第142页/共161页第一百四十三页，

28、共162页。丙酮酸三个二氧化碳(r yng hu tn)三羧酸(su sun)循环第143页/共161页第一百四十四页，共162页。第144页/共161页第一百四十五页，共162页。第145页/共161页第一百四十六页，共162页。 1）电子传递链 线粒体内膜上的一系列电子传递体（线粒体内膜）组成，也称为呼吸链。 目前公认的氧化(ynghu)呼吸链传递电子的顺序是：2）氧化磷酸化 由物质氧化释放能量，供给ADP磷酸化合成(hchng)ATP的偶联反应称为氧化磷酸化。底物(d w)（S）NAD+FMNCoQFe-SCytbCytc1CytcCytaCyta31/2O2第146页/共161页第一百四十七页，共162页。第147页/共161页第一百四十八页，共162页。图4-11 氧化(ynghu)磷酸化作用机理示意图 +-电位呼吸作用低浓度质子高浓度质子磷酸化NADHADP+PiATP2H+2e-2H+2e-