细胞代谢ppt课件

1、主要内容主要内容: :1 1、细胞呼吸、细胞呼吸2 2、光协作用、光协作用 第三章第三章 细胞代谢细胞代谢根本要求：根本要求： 1掌握细胞呼吸的概念以及葡萄糖在有氧掌握细胞呼吸的概念以及葡萄糖在有氧和无氧条件下的降解过程；和无氧条件下的降解过程；2了解电子传送链和氧化磷酸化；了解电子传送链和氧化磷酸化；3掌握光协作用的概念和过程；掌握光协作用的概念和过程；4了解光反响和碳反响。了解光反响和碳反响。第一节第一节 细胞呼吸细胞呼吸概念：概念： 细胞呼吸细胞呼吸cellular respirationcellular respiration是是指细胞在有氧条件下从食物分子主要指葡萄指细胞在有氧条件下

2、从食物分子主要指葡萄糖中获得能量并产生糖中获得能量并产生CO2CO2的过程。的过程。总反响式：总反响式： C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2C3H4O3 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进展分解构成糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进展分解构成2 2分分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所阅历的共同途径。也称为葡萄糖分解代谢所阅历的共同途径。也称为EMPEMP

3、途径。途径。反响的部位：细胞质，不需求氧反响的部位：细胞质，不需求氧 10个酶催化的11步反响第一阶段：第一阶段： 磷酸已糖的生成磷酸已糖的生成( (活化活化) )四四 个个 阶阶 段段第二阶段：第二阶段： 磷酸丙糖的生成磷酸丙糖的生成( (裂解裂解) )第三阶段：第三阶段： 3-3-磷酸甘油醛转变为磷酸甘油醛转变为2-2-磷酸磷酸 苷油酸苷油酸 第四阶段：第四阶段： 由由2-2-磷酸甘油酸生成丙酮酸磷酸甘油酸生成丙酮酸糖酵解过程糖酵解过程E1:己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1,

4、 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 糖酵解过程中糖酵解过程中ATPATP的耗费和产生的耗费和产生2 1葡葡 萄萄 糖糖 6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6 - 6 - 磷酸果糖磷酸果糖 1,6- 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3- 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙

5、酮酸 丙丙 酮酮 酸酸 -1 反反 应应 ATP ATP -1-12 1 葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O糖酵解中产生的能量糖酵解中产生的能量二、丙酮酸氧化脱羧在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA，参与TCA循环柠檬酸循环，被彻底氧化成C2O和H2O。丙酮酸+NAD+ +CoA 乙酰CoA+CO2+NADH+H+丙酮酸脱羧酶系丙酮酸脱羧酶系三、柠檬酸循环三、柠檬酸循环 概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧构成乙酰解产生的丙酮酸氧化脱羧构成乙酰CoACoA。乙酰。乙酰CoAC

6、oA经一系列氧化、脱羧，经一系列氧化、脱羧，最终生成最终生成C2OC2O和和H2OH2O并产生能量的过并产生能量的过程程. . 由于在循环的一系列反响中由于在循环的一系列反响中, ,关关键的化合物是柠檬酸键的化合物是柠檬酸, ,所以称为柠檬所以称为柠檬酸循环酸循环, ,又由于它有三个羧基又由于它有三个羧基, ,所以所以亦称为三羧酸循环亦称为三羧酸循环, , 简称简称TCATCA循环。循环。由于它是由由于它是由H.A.KrebsH.A.Krebs德国正式德国正式提出的，所以又称提出的，所以又称KrebsKrebs循环。循环。C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 36/38

7、ATPC6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 36/38 ATPP三羧酸循环总图O CCOOHCH2COOH草酰乙酸草酰乙酸CH2COSoA (乙酰乙酰辅酶辅酶A)OHCHCOOHCH2COOH苹果酸苹果酸CH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸CH2COOHCH2COSCoA琥珀酰琥珀酰CoACOOHCH2COOHCH2O=C-酮戊二酸酮戊二酸COOHCOOHCH2COOHCHHO-C异柠檬酸异柠檬酸COOHCOOHCH2COOHHO-CH2C柠檬酸柠檬酸CO22HCO22HGTPCHHOOCCHCOOH延胡索酸延胡索酸2HO C COOHCH2COOH2HNAD+NAD

8、+FADNAD+三羧酸循环特点三羧酸循环特点 循环反响在线粒体循环反响在线粒体(mitochondrion)中进中进展，为不可逆反响。展，为不可逆反响。 三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。酮戊二酸脱氢酶系。 循环的中间产物既不能经过此循环反响循环的中间产物既不能经过此循环反响生成，也不被此循环反响所耗费。生成，也不被此循环反响所耗费。 三羧酸循环中有两次脱羧反响，生成两分子CO2。 循环中有四次脱氢反响，生成三分子NADH和一分子FADH2。 循环中有一次底物程度磷酸化，生成一分子GTP。 每完成一次循环，氧化分

9、解掉一分子乙酰基，可生成12分子ATP。一、电子传送链和氧化磷酸化一电子传送链1.概念： 在生物氧化过程中，代谢物上脱下的氢经过一系列的按一定顺序陈列的氢传送体和电子传送体的传送，最后传送给分子氧并生成水，这种氢和电子的传送体系称为电子传送链。又称谓吸链。典型的呼吸链 FAD呼吸链NADH呼吸链2、电子传送链分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体的内膜上 3、电子传送链的组成由NADH到O2的电子传送链主要包括：FMN、辅酶Q(CoQ)、细胞色素b、c1、c、a、a3以及一些铁硫蛋白。这些电子传送体传送电子的顺序，按照它们的复原电势大小可排成序列，它们对电子亲和力的不断添加，推进电子从N

10、ADH向O2传送。电子传送中有四个复合体参与：NADH-Q复原酶复合体I琥珀酸-Q复原酶复合体 细胞色素复原酶复合体 III 细胞色素氧化酶复合体二、氧化磷酸化 概念 伴随电子从底物到氧的传送，ADP被磷酸化构成ATP的酶促过程即是氧化磷酸化作用。 根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为 底物程度磷酸化 电子传送体系磷酸化。 n底物程度磷酸化：n ATP的构成直接由一个代谢中间产物如磷酸烯醇式丙酮酸上的磷酸基团转移到ADP分子上的作用。n电子传送体系磷酸化：n 是指当电子从NADH或FADH2经过电子传送体系(呼吸链)传送给氧构成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的全过程。通常所说的氧化磷酸化是

11、指电子传送体系磷酸化。1 1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2CO2。(l)(l)丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧五、无氧途径五、无氧途径葡萄糖进展乙醇发酵的总反响式为：葡萄糖进展乙醇发酵的总反响式为：葡萄糖葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2乙醇乙醇 + 2CO2 + 2ATPCH3COCOOH CH3CHO + CO2丙酮酸丙酮酸 乙醛乙醛丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶TPPCH3CHO + NADH + H+ 乙醛乙醛 CH3CH2OH + NAD+ 乙醇乙醇 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶Zn+(2)乙醛被复原为乙醇乙醛被复原为乙醇2 2、丙酮酸复原为乳酸、丙酮酸复

12、原为乳酸丙酮酸丙酮酸(pyruvate)OHHOCCHCH2OPOOHOH3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛HHOCH3COO HC3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶Pi 乳酸乳酸(lactate)O HO-OCCHCH2OPOOHO H乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NADH+H+NAD +1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸OPO 3 2葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrC

13、ys甘油甘油脂酸脂酸六、食物中其他六、食物中其他营养物质的氧化营养物质的氧化第二节第二节 光协作用光协作用概念：概念： 光协作用光协作用PhotosynthesisPhotosynthesis是植物是植物、藻类利用叶绿素等光和色素和某些细菌利用、藻类利用叶绿素等光和色素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水细菌为硫化氢和水转化为有机物，并和水细菌为硫化氢和水转化为有机物，并释放出氧气细菌释放氢气的生化过程。释放出氧气细菌释放氢气的生化过程。 分分两个阶段：光反响和碳反响两个阶段：光反响和碳反响总反响式：总反响式：复原复原 CO2 +

14、2H2O CH2O + 2H2O + O2光光 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2细胞呼吸的逆转细胞呼吸的逆转氧化氧化一光合色素对光的吸收：一光合色素对光的吸收： 光合色素光合色素(photosynthetic pigment) (photosynthetic pigment) 在光协作用在光协作用中参与吸收、传送光能或引起原初光化学反响的色中参与吸收、传送光能或引起原初光化学反响的色素。光合色素存在于叶绿体基粒，包含叶绿素、反响素。光合色素存在于叶绿体基粒，包含叶绿素、反响中心色素和辅助色素。中心色素和辅助色素。叶绿素叶绿素光合色素光合色素类胡萝卜素类胡萝卜素

15、藻胆素藻胆素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素辅助色素辅助色素高等植高等植物叶绿物叶绿体中的体中的光合色光合色素素1 1、光合色素分类、光合色素分类2 2、光合色素对光的吸收值：、光合色素对光的吸收值： 叶绿素叶绿素a,ba,b的吸收峰的吸收峰1 1、光系统组成：、光系统组成： 光合系统：由作用中心、天然色素和几种电子载光合系统：由作用中心、天然色素和几种电子载体组成。体组成。(p52)(p52)(1)(1)光系统光系统PSIPSI能被波长能被波长700nm700nm的光激发，又称的光激发，又称P700P700。包含多条肽。包含多条肽链，位于基粒与基质接触区和基质

16、类囊体膜中。由链，位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中。由集光复合体集光复合体和作用中心构成。结合和作用中心构成。结合100100个左右叶绿个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外外，素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外外，其它叶绿素都是天线色素。三种电子载体分别为其它叶绿素都是天线色素。三种电子载体分别为A0A0一个一个chlachla分子、分子、A1A1为维生素为维生素K1K1及及3 3个不同的个不同的4Fe-4S4Fe-4S。 (2)(2)光系统光系统PSPS吸收顶峰为波长吸收顶峰为波长680nm680nm处，又称处，又称P680P680。至少包括。至少包括1212条多肽链

17、。位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜条多肽链。位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体上。包括一个集光复合体light-hawesting light-hawesting comnplex comnplex ，LHC LHC 、一个反响中心和一个含锰、一个反响中心和一个含锰原子的放氧的复合体原子的放氧的复合体oxygen evolving complexoxygen evolving complex。D1D1和和D2D2为两条中心肽链，结合中心色素为两条中心肽链，结合中心色素P680P680、去镁、去镁叶绿素叶绿素pheophytinpheophytin及质体醌及质体醌plas

18、toquinoneplastoquinone。 1 1、电子传送链：、电子传送链： 光合电子传送链成员光合电子传送链成员PQPQ质体醌；质体醌；Cytb6fCytb6f细胞色素细胞色素b6b6、细胞色素、细胞色素f f复合体；复合体；PCPC质蓝素；质蓝素；A0A0特殊叶绿素特殊叶绿素a a；A1A1叶绿醌；叶绿醌；FeSFeS铁硫蛋白；铁硫蛋白；FdFd铁氧还蛋白；铁氧还蛋白；FPFd-FPFd-NADPNADP氧化复原酶氧化复原酶 有关的化学反响：有关的化学反响： H2O2H+ 1/2O2H2O2H+ 1/2O2水的光解水的光解 NADP+ + 2e- + H+ NADPHNADP+ +

19、2e- + H+ NADPH递氢递氢 ADP+PiATP ADP+PiATP 递能递能 电子传送链中每构成以分子的电子传送链中每构成以分子的NADPHNADPH分子，需求有分子，需求有1 1分分子的水被氧化，产生子的水被氧化，产生1/21/2个个O2O2分子和分子和2H+2H+和和2e2e： 2 2、光合磷酸化：、光合磷酸化：光合磷酸化光合磷酸化photophosphorylationphotophosphorylation 电子由光系统电子由光系统IIII传送到光系统传送到光系统I I的过程中发生了的过程中发生了磷酸化，这磷酸化是由光能推进，称光合磷酸化。磷酸化，这磷酸化是由光能推进，称光合

20、磷酸化。影响类囊体基质侧和腔侧的质子分布的影响类囊体基质侧和腔侧的质子分布的3 3个部位：个部位：水光解，产生质子释放到腔内水光解，产生质子释放到腔内PQH2PQH2被被Cytb6fCytb6f氧化时基质中的质子转移到腔内氧化时基质中的质子转移到腔内NADP+NADP+被复原时需求质子，降低了基质侧的质子浓度被复原时需求质子，降低了基质侧的质子浓度1 1、光合碳循环：、光合碳循环： 将将CO2CO2、ATPATP和和NADPHNADPH转变为磷酸丙糖的复杂生化反转变为磷酸丙糖的复杂生化反响，分三个阶段：响，分三个阶段：羧化阶段羧化阶段CO2CO2的固定的固定carboxylationphase

21、carboxylationphase复原阶段糖的合成复原阶段糖的合成reduction phasereduction phase更新阶段更新阶段RuBPRuBP再生再生regeneration phaseregeneration phase1 1羧化阶段羧化阶段(carboxylation phase)(carboxylation phase)： C02C02必经羧化阶段必经羧化阶段, ,固定成羧酸固定成羧酸, ,然后才被复原。核酮糖然后才被复原。核酮糖-1,5-1,5-二磷酸二磷酸(ribulose-1,5-bisphosphate,RuBP)(ribulose-1,5-bisphospha

22、te,RuBP)是是C02C02的接受体的接受体, ,在在核酮糖核酮糖-1,5-1,5-二磷酸羧化酶二磷酸羧化酶/ /加氧加氧(RuBP carboxylase/oxygenase, (RuBP carboxylase/oxygenase, Rubisco)Rubisco)作用下作用下, ,和和C02C02作用构成两分子作用构成两分子3-3-磷酸甘油磷酸甘油(3phosphog(3phosphoglyceric acid,PGA)-lyceric acid,PGA)-第一个稳定中间产物第一个稳定中间产物(3C)(3C)。2 2复原阶段复原阶段: : 3- 3-磷酸甘油酸被磷酸甘油酸被ATPAT

23、P磷酸化磷酸化, ,在在3-3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(3-(3-phosphoglycerate kinase)phosphoglycerate kinase)催化下催化下, ,构成构成1,3-1,3-二磷酸甘二磷酸甘油酸油酸(1,3-diphosphoglyceric acid, DPGA),(1,3-diphosphoglyceric acid, DPGA),然后在甘油醛然后在甘油醛-3-3-磷酸磷酸脱氢酶脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)dehydrogenase)作

24、用下作用下, ,被被NADPH+H+NADPH+H+复原，构成复原，构成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(3-(3-phosphoglyceralphosphoglyceraldehyde, PGAld),dehyde, PGAld),这就是糖类。这就是糖类。3 3更新阶段更新阶段(regeneration phase) (regeneration phase) ： 是是 PGAld PGAld 再构成再构成 RuBPRuBP的过程。的过程。总反响式总反响式:3C02 + 3H2O + 3RuBP + 9ATP + 6NADPH :3C02 + 3H2O + 3RuBP + 9ATP + 6NADPH 一一一一 PGAld + 6NADP+ + 9ADP + 9Pi PGAld + 6NADP+ + 9