第4章細(xì)胞代謝

1、第第 四四 章章細(xì)細(xì) 胞胞 代代 謝謝復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？代：替代，替換代：替代，替換謝：凋謝，衰亡謝：凋謝，衰亡新陳代謝是指生物體不斷用新物質(zhì)代替舊物質(zhì)的過(guò)程新陳代謝是指生物體不斷用新物質(zhì)代替舊物質(zhì)的過(guò)程.具體地具體地說(shuō)就是生物體與外界環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換以及生物體內(nèi)說(shuō)就是生物體與外界環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換以及生物體內(nèi)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變過(guò)程叫做新陳代謝。新陳代謝是生物體內(nèi)全物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變過(guò)程叫做新陳代謝。新陳代謝是生物體內(nèi)全部有序化學(xué)變化的總稱。部有序化學(xué)變化的總稱。新陳代謝包括新陳代謝包括物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝和和能量代謝能量代謝兩個(gè)

2、方面。物質(zhì)代謝是指兩個(gè)方面。物質(zhì)代謝是指生物體與外界生物體與外界環(huán)境環(huán)境之間物質(zhì)的交換和生物體內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。之間物質(zhì)的交換和生物體內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。能量代謝是指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內(nèi)能能量代謝是指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)變過(guò)程。量的轉(zhuǎn)變過(guò)程。什么是新陳代謝？什么是新陳代謝？代：替代，替換代：替代，替換謝：凋謝，衰亡謝：凋謝，衰亡在新陳代謝過(guò)程中，既有在新陳代謝過(guò)程中，既有同化作用同化作用，又有，又有異化異化作用作用。同化作用同化作用(又叫做合成代謝又叫做合成代謝)是指生物體把從外界環(huán)境中獲取是指生物體把從外界環(huán)境中獲取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)

3、，并且儲(chǔ)存能量的變化過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并且儲(chǔ)存能量的變化過(guò)程（如（如光合作用光合作用）。）。異化作用異化作用(又叫做分解代謝又叫做分解代謝)是指生物體能夠把自身的一部分是指生物體能夠把自身的一部分組成物質(zhì)加以分解，釋放出其中的能量，并且把分解的終產(chǎn)物組成物質(zhì)加以分解，釋放出其中的能量，并且把分解的終產(chǎn)物排出體外的變化過(guò)程（如排出體外的變化過(guò)程（如細(xì)胞呼吸（有氧）和發(fā)酵作用（無(wú)細(xì)胞呼吸（有氧）和發(fā)酵作用（無(wú)氧）氧）。）。 細(xì)胞代謝細(xì)胞代謝 指的是細(xì)胞在酶的作用下，為了能量的獲取與物質(zhì)合指的是細(xì)胞在酶的作用下，為了能量的獲取與物質(zhì)合成（成（如光合作用如光合作用）以及能量的利用與物

4、質(zhì)分解（）以及能量的利用與物質(zhì)分解（如如細(xì)胞呼細(xì)胞呼吸和發(fā)酵作用吸和發(fā)酵作用）所進(jìn)行的各種化學(xué)反應(yīng)，以保持細(xì)胞正）所進(jìn)行的各種化學(xué)反應(yīng)，以保持細(xì)胞正常的生命活動(dòng)。常的生命活動(dòng)。一、細(xì)胞呼吸（有氧呼吸）一、細(xì)胞呼吸（有氧呼吸）細(xì)胞呼吸：細(xì)胞呼吸：細(xì)胞在有氧條件下從食物分子（主要是葡萄糖）細(xì)胞在有氧條件下從食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的過(guò)程。中取得能量的過(guò)程。 常溫進(jìn)行，能量貯存常溫進(jìn)行，能量貯存atp中，可被細(xì)胞直接利用中，可被細(xì)胞直接利用; 有控制的氧化還原作用，溫和（反應(yīng)步驟多，都有不同有控制的氧化還原作用，溫和（反應(yīng)步驟多，都有不同酶參加）酶參加）細(xì)胞呼吸是一個(gè)氧化還原反應(yīng)細(xì)胞呼吸是

5、一個(gè)氧化還原反應(yīng)被氧化被還原atp（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷） 細(xì)胞的能量通貨細(xì)胞的能量通貨atp戊糖戊糖含氮堿基含氮堿基腺嘌呤腺嘌呤3個(gè)磷酸根個(gè)磷酸根結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)組成：高能磷酸鍵atpatp的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)atpatp是各種活細(xì)胞內(nèi)的一種是各種活細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物高能磷酸化合物 a p p p腺腺苷苷磷酸磷酸基團(tuán)基團(tuán) 高能高能磷酸鍵磷酸鍵第二個(gè)高能磷酸鍵相當(dāng)?shù)诙€(gè)高能磷酸鍵相當(dāng)脆弱，水解時(shí)容易斷裂，脆弱，水解時(shí)容易斷裂，釋放出大量的能量釋放出大量的能量 atp的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： adpatp合成酶合成酶adp + pi atp能量能量 +atp adp + p i + 能量能量a

6、tp（水解）酶（水解）酶各項(xiàng)需能的各項(xiàng)需能的生命活動(dòng)生命活動(dòng)atp循環(huán)：循環(huán)：通過(guò)通過(guò)atp的合成和水解使放能反應(yīng)所釋放的能量用的合成和水解使放能反應(yīng)所釋放的能量用于吸能反應(yīng)的過(guò)程。于吸能反應(yīng)的過(guò)程?？梢?jiàn)可見(jiàn)atp是細(xì)胞中的能量載體，所以常稱之為細(xì)胞中的能量通是細(xì)胞中的能量載體，所以常稱之為細(xì)胞中的能量通貨（貨（energy currency）細(xì)胞呼吸分為細(xì)胞呼吸分為3個(gè)階段：個(gè)階段： 1）糖酵解胞質(zhì)；糖酵解胞質(zhì)； 2）檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)（krebs循環(huán)或三羧酸循環(huán)或三羧酸循環(huán)）線粒體；循環(huán)）線粒體； 3）電子傳遞鏈電子傳遞鏈一、細(xì)胞呼吸一、細(xì)胞呼吸是一個(gè)復(fù)雜的、有多是一個(gè)復(fù)雜的、有多種酶參

7、與的多步驟的種酶參與的多步驟的過(guò)程過(guò)程n 糖酵解糖酵解 葡萄糖降解為丙酮酸的過(guò)葡萄糖降解為丙酮酸的過(guò)程程 發(fā)生部位：細(xì)胞質(zhì)，不需發(fā)生部位：細(xì)胞質(zhì)，不需要氧要氧 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： c6h12o6 + 2nad+ + 2adp + 2pi 2丙酮丙酮酸酸 + 2nadh + 2h+ + 2atp +2h2o 作用：作用：1分子葡萄糖分解分子葡萄糖分解為為2分子丙酮酸；產(chǎn)生分子丙酮酸；產(chǎn)生2分子分子atp、2分子分子nadh。n 糖酵解糖酵解nad和和nadh？ nad 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，尼克酰胺腺嘌煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸或呤二核苷酸或輔酶輔酶 。是脫氫酶的輔酶，與。是

8、脫氫酶的輔酶，與電子（電子（e-）傳遞有關(guān)，出現(xiàn)在細(xì)胞很多新陳）傳遞有關(guān)，出現(xiàn)在細(xì)胞很多新陳代謝反應(yīng)中。代謝反應(yīng)中。 nadh是是nad的還原形式的還原形式 ，即還原型輔，即還原型輔酶酶，是，是h的載體，的載體，中間產(chǎn)物會(huì)將脫下的氫中間產(chǎn)物會(huì)將脫下的氫遞給遞給nad，使之成為，使之成為nadh。nad+ + h+ + 2e- = nadh（帶帶2個(gè)電個(gè)電子的子的nadh成為高能分子，成為高能分子，還原型的高能化還原型的高能化合物）合物） 。 n 糖酵解糖酵解底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：是指在相關(guān)酶的作用下，是指在相關(guān)酶的作用下，將底物分子上的高能磷酸將底物分子上的高能磷酸鍵基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移到鍵

9、基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移到adp分分子上，生成子上，生成atp的過(guò)程。的過(guò)程。能量能量adp+p atp糖酵解過(guò)程糖酵解過(guò)程atp形成底物水平形成底物水平磷酸化磷酸化 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 發(fā)生部位：發(fā)生部位：線粒體線粒體 關(guān)鍵的中間產(chǎn)物：關(guān)鍵的中間產(chǎn)物：檸檬檸檬酸酸（檸檬酸有三個(gè)羧基，（檸檬酸有三個(gè)羧基，所以又稱三羧酸）所以又稱三羧酸）1個(gè)丙酮酸產(chǎn)生1個(gè)乙酰coa丙酮酸不能直接丙酮酸不能直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，必需通過(guò)擴(kuò)散，必需通過(guò)擴(kuò)散， 進(jìn)入線粒體，在進(jìn)入線粒體，在丙酮酸脫氫酶的丙酮酸脫氫酶的作用下，經(jīng)氧化作用下，經(jīng)氧化脫羧，與輔酶脫羧，與輔酶a結(jié)結(jié)合成活化的合成活化的乙酰乙酰輔酶輔酶a(

10、乙酰乙酰coa)后后，進(jìn)入三羧酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。循環(huán)。三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)fad:黃素腺嘌呤二核苷酸，又稱黃素腺嘌呤二核苷酸，又稱活性型維生素活性型維生素b2，也是一，也是一種脫氫酶的種脫氫酶的輔酶輔酶，與電子，與電子（e-）傳遞有關(guān)。）傳遞有關(guān)。fad是一是一種比種比nad和和nadp更強(qiáng)的氧更強(qiáng)的氧化劑，能被化劑，能被1個(gè)個(gè)電子電子或或2個(gè)電個(gè)電子還原子還原. fad+2h+ +2e- fadh2三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)fadh2: 是是fad的還原形式的還原形式 也與遞氫有關(guān)，中間產(chǎn)也與遞氫有關(guān)，中間產(chǎn)物會(huì)將脫下的氫遞給物會(huì)將脫下的氫遞給fad，使之成為，使之成為fadh2。fad+ +

11、h+ + 2e- fadh（帶（帶2個(gè)電子的個(gè)電子的nadh成為高能分子，還原型成為高能分子，還原型的高能化合物）的高能化合物） 。 ！ 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 每一循環(huán)產(chǎn)生每一循環(huán)產(chǎn)生co2、1atp、3nadh、1fadh2 nadh和和fadh2再經(jīng)過(guò)一系再經(jīng)過(guò)一系列呼吸鏈的傳遞釋放能量。列呼吸鏈的傳遞釋放能量。 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：ch3cocoa + 3nad+ + fad + adp + pi coash + 2co2 + 3nadh + 3h+ + fadh2 + atp！ 電子傳遞鏈和氧化磷酸化電子傳遞鏈和氧化磷酸化糖酵解、檸檬酸循環(huán)產(chǎn)糖酵解、檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生的生的nadh和和fa

12、dh2中的高能電子，沿線中的高能電子，沿線粒體內(nèi)膜上一系列有粒體內(nèi)膜上一系列有順序的電子傳遞體順序的電子傳遞體（主要指細(xì)胞色素體（主要指細(xì)胞色素體系和系和fe-s蛋白）組成蛋白）組成的電子傳遞途徑傳遞的電子傳遞途徑傳遞到分子氧，并釋放能到分子氧，并釋放能量轉(zhuǎn)移到量轉(zhuǎn)移到atp中。中。呼吸鏈呼吸鏈氧化磷酸化：氧化磷酸化： 電子傳遞過(guò)程中高能電子釋放的能，通過(guò)磷酸化被儲(chǔ)存電子傳遞過(guò)程中高能電子釋放的能，通過(guò)磷酸化被儲(chǔ)存到到atp中。這種電子傳遞過(guò)程中合成中。這種電子傳遞過(guò)程中合成atp的反應(yīng)稱氧化磷酸的反應(yīng)稱氧化磷酸化?；５孜锼搅姿峄孜锼搅姿峄?高能化合物水解，釋放能量直接形成高能化合物水

13、解，釋放能量直接形成atp的過(guò)程，其實(shí)的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是底物上的磷酸基團(tuán)在酶的作用下轉(zhuǎn)移給質(zhì)是底物上的磷酸基團(tuán)在酶的作用下轉(zhuǎn)移給adp. 呼吸作用產(chǎn)生的呼吸作用產(chǎn)生的atp統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)1分子葡萄糖經(jīng)過(guò)呼吸作用產(chǎn)生的分子葡萄糖經(jīng)過(guò)呼吸作用產(chǎn)生的atp統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)：糖酵解糖酵解底物水平磷酸化底物水平磷酸化己糖分子活化己糖分子活化產(chǎn)生產(chǎn)生2 nadh（電子鏈）（電子鏈）4atp （細(xì)胞質(zhì)）（細(xì)胞質(zhì)）-2atp （細(xì)胞質(zhì)）（細(xì)胞質(zhì)）5 或或 3atp（線粒體）（線粒體）丙酮酸脫羧丙酮酸脫羧 2 nadh（電子鏈）（電子鏈）5 atp （線粒體）（線粒體）三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)底物水平磷酸化底物水平磷酸化產(chǎn)生產(chǎn)生

14、6 nadh （電子鏈）（電子鏈） 2 fadh2 （電子鏈）（電子鏈）2 atp （線粒體）（線粒體）15atp （線粒體）（線粒體）3 atp （線粒體）（線粒體）總計(jì)總計(jì)32 或或 30 atp1nadh=2.5atp1fadh2=2atp注：糖酵解產(chǎn)生的注：糖酵解產(chǎn)生的1分子分子nadh進(jìn)入線粒體需要消耗進(jìn)入線粒體需要消耗1個(gè)個(gè)atp有的細(xì)胞不需要。有的細(xì)胞不需要。n 細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的atp 發(fā)酵：發(fā)酵：厭氧細(xì)菌和酵母菌在無(wú)氧條件下獲取能量的過(guò)程。厭氧細(xì)菌和酵母菌在無(wú)氧條件下獲取能量的過(guò)程。（1）酒精發(fā)酵：）酒精發(fā)酵： 葡萄糖葡萄糖經(jīng)糖酵解成經(jīng)糖酵解成丙酮酸丙酮酸，丙酮酸脫

15、羧，放出，丙酮酸脫羧，放出co2而成而成乙醛乙醛，乙醛接受，乙醛接受h還原成還原成酒精酒精。二、發(fā)酵作用（無(wú)氧呼吸）二、發(fā)酵作用（無(wú)氧呼吸）（2）乳酸發(fā)酵：）乳酸發(fā)酵： 某些微生物（乳酸菌）、高等動(dòng)物（人）某些微生物（乳酸菌）、高等動(dòng)物（人） 葡萄糖葡萄糖酵解產(chǎn)生的酵解產(chǎn)生的丙酮酸丙酮酸不經(jīng)過(guò)脫羧，直接接受不經(jīng)過(guò)脫羧，直接接受h還原成還原成乳酸乳酸。 無(wú)氧呼吸的效率遠(yuǎn)比有氧呼吸低無(wú)氧呼吸的效率遠(yuǎn)比有氧呼吸低(1/20)，但可作為，但可作為o2供應(yīng)不供應(yīng)不及時(shí)的應(yīng)急措施及時(shí)的應(yīng)急措施。生物大分子分解以及生物大分子分解以及atp產(chǎn)生過(guò)程產(chǎn)生過(guò)程多糖：轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進(jìn)入細(xì)胞后進(jìn)行糖酵解和檸檬酸循環(huán)。

16、多糖：轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進(jìn)入細(xì)胞后進(jìn)行糖酵解和檸檬酸循環(huán)。蛋白質(zhì)：先被分解為氨基酸，經(jīng)脫氨后轉(zhuǎn)變?yōu)楸帷⒁阴５鞍踪|(zhì)：先被分解為氨基酸，經(jīng)脫氨后轉(zhuǎn)變?yōu)楸?、乙酰coa或或檸檬酸循環(huán)中的一種酸，最終進(jìn)入呼吸代謝途徑。檸檬酸循環(huán)中的一種酸，最終進(jìn)入呼吸代謝途徑。脂肪：先將脂肪水解為甘油和脂肪酸。脂肪：先將脂肪水解為甘油和脂肪酸。 脂肪酸氧化：轉(zhuǎn)化為乙酰脂肪酸氧化：轉(zhuǎn)化為乙酰coa，再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。，再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。 甘油：轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獾闹虚g產(chǎn)物甘油：轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獾闹虚g產(chǎn)物3-磷酸甘油醛，進(jìn)入糖酵解過(guò)磷酸甘油醛，進(jìn)入糖酵解過(guò)程。程。 能的利用能的利用細(xì)胞呼吸作用釋放的能用于細(xì)胞的各種生命細(xì)胞呼吸作

17、用釋放的能用于細(xì)胞的各種生命活動(dòng)：活動(dòng)： (1) 細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂時(shí)合成物質(zhì)；細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂時(shí)合成物質(zhì)； (2) 恒溫動(dòng)物維持體溫；恒溫動(dòng)物維持體溫； (3) 細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸；細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸； (4) 動(dòng)物機(jī)械活動(dòng)；動(dòng)物機(jī)械活動(dòng)； (5)螢火蟲發(fā)光、電鰻放電等螢火蟲發(fā)光、電鰻放電等* 能都由能都由atp的化學(xué)鍵能轉(zhuǎn)變而來(lái)。的化學(xué)鍵能轉(zhuǎn)變而來(lái)。 細(xì)胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑，主要在線細(xì)胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑，主要在線粒體中進(jìn)行，在溫和條件和酶的參與調(diào)控下，通過(guò)一系粒體中進(jìn)行，在溫和條件和酶的參與調(diào)控下，通過(guò)一系列氧化還原反應(yīng)，將儲(chǔ)藏在葡萄糖等中的化學(xué)能釋放，列氧化還原反應(yīng)，將儲(chǔ)

18、藏在葡萄糖等中的化學(xué)能釋放，并以高能磷酸鍵的形式貯藏在并以高能磷酸鍵的形式貯藏在atp分子中；分子中；小結(jié)在細(xì)胞呼吸過(guò)程中，在有氧條件下，細(xì)胞對(duì)其燃料物質(zhì)的徹底氧化形成co2和h2o。糖酵解不產(chǎn)生co2 ，co2是通過(guò)三羧酸循環(huán)形成的；而h2o則是在電子傳遞過(guò)程的最后階段生成；三羧酸循環(huán)中一系列的脫羧反應(yīng)是呼吸作用釋放co2的來(lái)源。三羧酸循環(huán)過(guò)程中釋放的co2不是直接來(lái)自于氧氣，而是靠氧化底物中的氧和水分子中的氧來(lái)實(shí)現(xiàn)的； 三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、蛋白質(zhì)和核酸及其它物質(zhì)的共同代謝過(guò)程。這些物質(zhì)可以通過(guò)三羧酸循環(huán)發(fā)生代謝上的聯(lián)系。 電子傳遞鏈就是通過(guò)一系列的氧化還原反應(yīng)，將高能電子從nadh 和f

19、adh2最終傳遞給分子氧，生成水； 生物細(xì)胞通過(guò)底物水平磷酸化和與電子傳遞系統(tǒng)發(fā)生的氧化磷酸化2種途徑合成atp。底物水平的磷酸化是相關(guān)的酶將底物分子上的磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移到adp分子上。電子傳遞系統(tǒng)發(fā)生的氧化磷酸化涉及電子傳遞。 通過(guò)上述2種磷酸化途徑，1分子葡萄糖通過(guò)有氧呼吸共形成30或32個(gè)atp；光合作用（光合作用（photosynthesis) ：光合作用（光合作用（photosynthesis），即光能合成作用，是），即光能合成作用，是植物植物、藻類藻類和某些和某些細(xì)菌細(xì)菌，在在可見(jiàn)光可見(jiàn)光的照射下，利用的照射下，利用光合色素光合色素，將，將二氧化碳二氧化碳和和水水轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為有機(jī)物有機(jī)物，并釋放出，并釋放出氧氣氧氣過(guò)程。光合作用是一系列復(fù)雜的代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基過(guò)程。光合作用是一系列復(fù)雜的代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基礎(chǔ)，也是礎(chǔ)，也是地球地球碳碳氧循環(huán)氧循環(huán)的重要媒介。的重要媒介。 光合作用過(guò)程：光合作用過(guò)程： co2 + 2h2o *