第四章--新陳代謝

第四章新陳代謝 本章內(nèi)容 代謝的基本原理生物能轉(zhuǎn)換與釋放 細(xì)胞呼吸生物能量的獲得 光合作用 一 代謝的基本原理 能量的本質(zhì)代謝反應(yīng)酶ATP 主要的能量載體 能量的本質(zhì) 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律生命系統(tǒng)與熱力學(xué)第二定律生命系統(tǒng)必須維持一種低熵狀態(tài) 在生命活動中生物個體耗熱 促使整個系統(tǒng)熵值增大 生物個體不斷地從外界環(huán)境中吸取負(fù)熵以維持自身的高度有序狀態(tài) 矛盾 什么是代謝 代謝 生物體內(nèi)全部化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和能量的轉(zhuǎn)化過程 涉及 化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化 合成或分解 能量轉(zhuǎn)化 釋放或吸收 同化作用 消耗能量 將小分子合成大分子的過程 異化作用 將復(fù)雜的化合物分解為簡單的小分子 并釋放能量的過程 代謝途徑 指順序發(fā)生的一系列反應(yīng) 每一步由特定的酶來催化 酶 定義 具有催化活性的蛋白質(zhì) 僅有一條肽鏈 多條肽鏈 蛋白質(zhì) 金屬離子或小分子 輔酶或酶的輔助因子 極少數(shù)是非蛋白的酶 底物 參與酶催化反應(yīng)的反應(yīng)物 酶促反應(yīng)的特點1 底物專一性2 反應(yīng)條件溫和3 高反應(yīng)速率 酶的結(jié)構(gòu) 大部分酶是球形的 在表面區(qū)域的裂縫是與底物結(jié)合的區(qū)域 稱為活性中心 濃集與定向效應(yīng) 物理應(yīng)力效應(yīng) 改變底物電荷酶的功能降低反應(yīng)活化能溫度對酶促反應(yīng)的影響pH對酶促反應(yīng)的影響酶活性的調(diào)節(jié)競爭性抑制 如葉酸結(jié)構(gòu)類似物 磺胺類藥物 變構(gòu)調(diào)節(jié)共價調(diào)節(jié) 如酶與磷酸根的結(jié)合 能量供體 ATP 1 膜內(nèi)外的物質(zhì)轉(zhuǎn)運 2 細(xì)胞內(nèi)的做功 機械運動 3 生化反應(yīng) 能量的耦合 一個代謝反應(yīng)釋放出的能量儲存在ATP中 ATP所儲存的能量供另一個代謝反應(yīng)所需 生物代謝具可控性 對代謝途徑中酶的調(diào)控 在此過程中能量的釋放和消耗是逐步發(fā)生的 代謝缺陷病糖尿病 葡萄糖代謝紊亂 蠶豆病 葡萄糖代謝缺陷 伴性遺傳疾病 苯丙酮酸尿癥 苯丙氨酸代謝缺陷 智力障礙遺傳病 屬常染色體隱性遺傳 二 生物能轉(zhuǎn)換與釋放 細(xì)胞呼吸 細(xì)胞呼吸獲取能量的特點生物獲取能量主要依賴于生物大分子氧化 碳水化合物氧化效率很高 釋放的能量40 儲存到ATP分子中 其余能量以熱能形式釋放到環(huán)境中 碳水化合物的體內(nèi)氧化在近中性pH 常溫下進行 碳水化合物氧化產(chǎn)生的能量是逐步釋放的 葡萄糖徹底氧化的三階段 糖酵解 三羧酸循環(huán) 氧化磷酸化 糖酵解 在細(xì)胞質(zhì)溶膠中進行 無O2參與 每1分子的葡萄糖 最終產(chǎn)物為2分子丙酮酸 2分子的還原型的NADH 2分子ATP TCA循環(huán) 丙酮酸脫氫酶 丙酮酸 乙酰輔酶A 檸檬酸合成酶 檸檬酸 順烏頭酸酶 順烏頭酸 異檸檬酸 異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸 第一次氧化 酮戊二酸脫氫酶 琥珀酰輔酶A 第二次氧化 琥珀酸 底物水平磷酸化 琥珀酸脫氫酶 延胡索酸 第三次氧化 延胡索酸酶 L 蘋果酸 草酰乙酸 第四次氧化 氧化磷酸化 NADH脫氫酶 是含有NAD 或NADP 形式的輔酶 接受電子 并傳遞2個氫原子給黃素蛋白 黃素蛋白 FAD和FMN是黃素蛋白的脫氫酶的輔基 最多可接受2個電子 醌類 一類脂溶性的氫載體 可作為氫的受體和電子供體 有3類型 即泛醌 甲基萘醌和脫甲基萘醌 細(xì)胞色素 是電子傳遞蛋白 從醌類上接受電子 1分子葡萄糖分解可生成多少ATP 1mol葡萄糖產(chǎn)生的ATP相當(dāng)于1150kJ 而1mol葡萄糖燃燒產(chǎn)生的能量約2870kJ 即細(xì)胞通過呼吸氧化利用葡萄糖熱能的效率約40 葡萄糖的分解 三 生物能量的獲得 光合作用 光合作用的基本要素光合作用光反應(yīng)暗反應(yīng) 光合作用的要素 太陽能 提供能量二氧化碳 提供碳原子水 提供電子和氫質(zhì)子葉綠體 光合作用場所 每年照射到地球上的日光能約5 2 1021kJ 其中0 05 進入有機分子 總體上說 光合作用利用太陽能的效率比較低 一般光合作用的效率在0 5 1 5 照射在植物葉片上的光能絕大部分未被利用 光合作用利用的太陽能 光合作用的底物與產(chǎn)物 光合作用 光反應(yīng)和暗反應(yīng) 光合作用的C4路線 旱生植物的光能利用 旱生植物為防止細(xì)胞中水份的蒸發(fā)常將氣孔關(guān)閉 由此減少了CO2分子進入細(xì)胞的數(shù)量 提高了細(xì)胞內(nèi)O2 CO2的比例 不利于CO2