第四章 细胞代谢

? 第四章 细胞代谢 ? 能与细胞 ? 酶

? 物质的跨膜转运 ? 细胞呼吸 ? 光合作用 一、能与细胞

? 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。几乎所有地球生命所需要的能量都来自太阳。代谢是物质和能量的转化过程。

? 热力学定律

热力学第一定律：能量守恒定律

自由能：在恒温恒压下总能量中可以作功的能量。

热力学第二定律：所有自发过程总是伴随自由能的降低，即熵的增加，系统的无序性增大。 △G=△H-T△S

G—自由能，H—系统中总的热，T—绝对温度，S—熵：体系的无序性

? ATP的结构与功能

1.ATP (腺嘌呤核苷三磷酸)的结构

? ADP + Pi ATP 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-----氧化磷酸化 若磷酸化所需能量来自光能-----光合磷酸化

通过ATP的合成和水解而使放能反应所释放的能量用于吸能反应的过程称为ATP循环。

? ATP是细胞中的能量通货

? 二、酶

(一) 酶降低反应的活化能

? 活化能:在一定温度下反应物进入活化状态所需要的自由能。 ? 酶的催化作用机理

? (二) 多种因素影响酶的活性 ? 底物浓度 ? 米氏方程：

Vmax· [S] v= Km +

? 温度对酶促反应速度的影响 ? 最适温度：酶活性最高时 的温度 动物为35~40 ℃； 植物为40~50 ℃ α- 淀粉酶70 ℃

温度对酶促反应影响的原因：

? 适当升温提高了底物与酶活性部位的结合速度。 ? 温度超过适宜温度后酶逐步变性失活。 ? pH影响酶活性

? 动物体内最适pH值在6-8之间,接近中性。

? 酶的辅助因子

? 辅酶:与酶结合松驰可用透析或超滤方法除去。 辅酶Ⅰ（NAD+）、辅酶Ⅱ（NADP+）、FMN

辅基：以共价键与酶蛋白牢固结合的辅助因子，不能用透析方法除去。 FAD、细胞色素氧化酶中的铁卟啉、多酚氧化 酶中的铜

? 抑制剂影响酶活性

? 抑制剂：凡能够降低或抑制酶活性的物质 是否以共价键结合

? 不可逆抑制剂

能与酶结合，使之永久失活，甚至使酶受到破坏。 有机磷杀虫剂，青霉素

? 可逆抑制剂： 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂

对氨基苯甲酸 对氨基苯磺酸胺（磺胺药） 二氢叶酸合成前体

? 磺胺类药物,与其竞争四氢叶酸合成酶的活性部位 三、物质的跨膜转运

? （一） 被动运输——单纯扩散 ? （二）被动运输---细胞的易化扩散

以载体为中介的易化扩散 以通道为中介的易化扩散

? （三）主动运输——钠钾泵（动物细胞，直接消耗ATP）

主动运输——质子泵（植物细胞） ——直接消耗ATP

? 主动运输——协同运输（间接消耗ATP）

? （四）胞吞和胞吐作用

——生物大分子或颗粒

物质的运输 胞吞作用

吞噬作用 胞饮作用

胞吐作用

受体介导的胞吞 四、细胞呼吸 细胞呼吸引论 糖酵解 柠檬酸循环

电子传递和氧化磷酸化 发酵作用

各种分子的分解和合成 细胞呼吸引论

细胞呼吸：是细胞在有氧条件下从食物分子（主要是 葡萄糖）中取得能量的过程。

有机化合物+O2→CO2+H2O+能量

不同于呼吸运动，但通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联的。

? 细胞呼吸的三个阶段： ? 糖酵解 ? 柠檬酸循环

? 电子传递和氧化磷酸化 ? 糖酵解过程

? 细胞质中进行，可分为两个阶段： 第一个阶段：

由葡萄糖生成2个三碳糖 第二个阶段：

甘油醛-3-磷酸生成丙酮酸

? 化学渗透学说

? 在电子传递时释放出的能量使传递链中的蛋白质复合体将质子由内膜内侧泵至内膜

外侧，H+不能自由返回内膜内侧，从而形成跨膜的质子浓度梯度，即膜外质子浓度高，膜内质子浓度低。

? 导致化学渗透发生，质子顺浓度梯度要返回到线粒体基质中，只有通过ATP合酶的

质子通道才能进入膜内，质子经过通道进入内膜内部时，推动ATP合酶合成ATP。 ? 能量统计： 糖酵解：

底物水平的磷酸化4个ATP，己糖活化消耗2个ATP，脱氢反应产生2个NADH， 可得6或8个ATP Krebs循环：

底物水平的磷酸化2个ATP，脱氢反应产生8个NADH和2个FADH2，进入氧化磷酸化 可得30个ATP

? 发酵作用

在无氧条件下，葡萄糖分解为乙醇，并释放出少量能量的过程。

? 乳酸发酵

在无氧条件下，葡萄糖分解为乳酸，并释放少量能量的过程。

? 五、光合作用 ? 光合作用引论 ? 光反应 ? 碳反应

? 环境因素影响光合作用 1941年 S.Ruben 同位素示踪

CO2 + 2H218O CH2O + 18O2 + H2O 证明：H2O光解放出O2 光合作用的两个阶段：

光反应：光的吸收、传递和转化（生成ATP和NADPH、O2（类囊体膜上） 碳反应：用光反应所形成的同化力（ATP和NADPH），将二氧化碳合成糖类。（叶绿体基质中）

? （二）光反应

? 1、叶绿素对光的吸收

? 叶绿素a 吸收蓝紫光和红光 ? 叶绿素b 吸收蓝光和橙色光 ? 类胡萝卜素 保护功能

? 叶绿素吸收光的实质是色素分子的电子得到了光子的能量，从基态进入激发态 光系统：由叶绿素分子及其蛋白复合物、 天线色素系统和电子载体等组成的 功能单位。

光系统的三部分：作用中心、天线色素和几种电子载体 光系统I（PSI）含有被称为“P700”的高度 特化的叶绿素a

光系统II（PSII）含有被称为“P680”高度 特化的叶绿素a

? （三）碳反应 ? 光合碳还原循环

Calvin循环：叶绿体基质中不断消耗ATP和NADPH，固定CO2形成糖的循环反应。

Calvin循环三个阶段：

CO2固定、氧化还原反应和RuBP的再生。 ATP和NADPH来自光反应

? 卡尔文循环是所有植物光合作用碳同化的基本途径。 ? C4植物和光呼吸 ? Rubisco CO2/O2

光呼吸：绿色植物在光照条件下吸收氧气，放出二氧化碳的过程。 C4途径是二氧化碳先被固定再进入卡尔文循环。

? C4植物:玉米、高粱、甘蔗 ? CAM植物：仙人掌、菠萝 ? （四）环境因素影响光合作用 ? 光强度 （光饱和点） ? 温度

? CO2浓度

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