高中生物競賽輔導(dǎo)細(xì)胞代謝

關(guān)于高中生物競賽輔導(dǎo)細(xì)胞代謝第一頁，共六十八頁，2022年，8月28日生命活動(dòng)需要能量

代謝是化學(xué)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化過程生命的存在要靠能量,生物本身不能創(chuàng)造新的能量。幾乎所有地球生命所需要的能量都來自太陽。自養(yǎng)生物與異養(yǎng)生物生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)是由多樣化的生命過程完成的生命和能第二頁，共六十八頁，2022年，8月28日熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律宇宙的能量是一個(gè)常數(shù)，能量可以不斷被轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，但不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅熱力學(xué)第一定律生命和能第三頁，共六十八頁，2022年，8月28日宇宙或系統(tǒng)的各種自發(fā)過程總是朝著熵增大的方向進(jìn)行的。萬物皆走向衰退。熱力學(xué)第二定律生命和能第四頁，共六十八頁，2022年，8月28日熱力學(xué)將系統(tǒng)中總的熱量稱為焓，以H表示。在恒定溫度和壓力條件下總能量中可以做功的那一部分能量為自由能，以G表示。熱力學(xué)將不能做功的隨機(jī)和無序狀態(tài)的能定義為熵，以S表示。當(dāng)熵增加時(shí)，系統(tǒng)的自由能便會(huì)下降，因此有：△G=△H-T△S(T為絕對溫度)生命一直在依靠能量的不斷輸入與第二定律作抗?fàn)帯?/p>

熱力學(xué)第二定律生命和能第五頁，共六十八頁，2022年，8月28日ds=des+disds:細(xì)胞和生物體的全部熵值變化des:熵流<=0dis:熵產(chǎn)生>=0ds>0:系統(tǒng)有序化程度下降，細(xì)胞和生物體走向死亡ds<0:系統(tǒng)向更有序化發(fā)展，細(xì)胞和生物體生長和進(jìn)化生命和能第六頁，共六十八頁，2022年，8月28日耗散結(jié)構(gòu):(dissipativestructure)生命體需要消耗能量，這些能量使得生命產(chǎn)生出遠(yuǎn)離平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)，這種稱為耗散結(jié)構(gòu)。生命體可以定以為一個(gè)通過不斷汲取外部能量來維持甚至擴(kuò)展其有序結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。生活細(xì)胞和生物體是通過使環(huán)境中的熵增加，或者說從環(huán)境中吸收負(fù)熵，來抵消體內(nèi)熵的增長。生命和能第七頁，共六十八頁，2022年，8月28日ATP充當(dāng)了各種類型能量轉(zhuǎn)換中的媒介物第八頁，共六十八頁，2022年，8月28日

細(xì)胞中能的轉(zhuǎn)換能的轉(zhuǎn)換發(fā)生部位化學(xué)能轉(zhuǎn)換為滲透能化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能化學(xué)能轉(zhuǎn)換為輻射能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能聲能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能腎肌細(xì)胞、纖毛上皮細(xì)胞螢火蟲發(fā)光器官神經(jīng)、味覺及嗅覺感受器細(xì)胞葉綠體內(nèi)耳視網(wǎng)膜生命和能第九頁，共六十八頁，2022年，8月28日化學(xué)平衡自發(fā)反應(yīng):

自然界存在的一種不需要從外部供能就可發(fā)生的反應(yīng)。通常都是不可逆的?？赡娣磻?yīng)：反應(yīng)同時(shí)向2個(gè)相反的方向進(jìn)行對于反應(yīng)C+DE+F

平衡常數(shù)：Keq=[E][F]/[C][D]第十頁，共六十八頁，2022年，8月28日放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)化學(xué)平衡第十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日在一個(gè)反應(yīng)中，如果產(chǎn)物比反應(yīng)物含有更少的自由能，即△G＜0，這個(gè)反應(yīng)便趨向于自發(fā)地進(jìn)行。自發(fā)反應(yīng)可釋放自由能，稱為放能反應(yīng)。在一個(gè)反應(yīng)中，如果產(chǎn)物比反應(yīng)物含有較多的自由能，即△G＞0，這個(gè)反應(yīng)便不能自發(fā)地進(jìn)行。此時(shí)需從外界輸入自由能才能進(jìn)行反應(yīng)，這樣的反應(yīng)稱為吸能反應(yīng)。平衡常數(shù)Keq與標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(ΔG)有相關(guān)性

ΔG越小，Keq越大；反之ΔG越大，Keq越小放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)化學(xué)平衡第十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)氧化反應(yīng)：失去電子或氫的反應(yīng)；還原反應(yīng)：得到電子的反應(yīng)細(xì)胞代謝過程中包含許多氧化還原過程，細(xì)胞色素是這些反應(yīng)中重要的電子傳遞體，該類蛋白含有有一個(gè)鐵原子的血紅素輔基，和血紅蛋白含鐵輔基相似。細(xì)胞色素有a、a3、b、c、f等。第十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)細(xì)胞中常見的氧化-還原反應(yīng)除包含電子的傳遞轉(zhuǎn)移外，還包含氫的傳遞和轉(zhuǎn)移，它與電子的轉(zhuǎn)移是伴隨發(fā)生的。細(xì)胞中能直接從底物取得電子和氫的傳遞體稱為初級(jí)電子受體。如NAD+、NADP+、FMN和FAD等還原態(tài)的初級(jí)電子受體，即NADH、NADPH、FMNH2和FADH2，可再將所接受的電子和氫傳遞給其它傳遞體，如細(xì)胞色素和輔酶Q等。第十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸

機(jī)體內(nèi)進(jìn)行的脫氫，加氧等氧化反應(yīng)總稱為生物氧化，按照生理意義不同可分為兩大類：一類主要是將代謝物或藥物和毒物等通過氧化反應(yīng)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，這類反應(yīng)不伴有ATP的生成另一類是糖、脂肪和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)通過氧化反應(yīng)進(jìn)行分解，生成H2O和CO2，同時(shí)伴有ATP生物能的生成，這類反應(yīng)進(jìn)行過程中細(xì)胞要攝取O2，釋放CO2，故又形象地稱之為細(xì)胞呼吸。第十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸：細(xì)胞氧化葡萄糖、脂肪酸或其它有機(jī)物以獲取能并產(chǎn)生CO2的過程。在所有生物中存在，是生物獲取能的方式。是一個(gè)復(fù)雜的、有多種酶參與的多步驟過程。以葡萄糖為例：

C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能呼吸商（R.Ｑ.）：細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2和消耗的O2分子比。不同的呼吸底物有不同的值。葡萄糖為1，一般脂肪酸為0.71，蛋白質(zhì)為0.80。R.Ｑ.值越小，參與細(xì)胞呼吸時(shí)需氧多，放能也多。第十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸的全過程可以分為四個(gè)部分：糖酵解丙酮酸氧化脫羧檸檬酸循環(huán)電子傳遞鏈第十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解（EMP途徑）

己糖分解成丙酮酸的過程反應(yīng)進(jìn)行部位：細(xì)胞質(zhì)特點(diǎn)：不需O2的參與由特定的酶催化第十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解（EMP途徑）第十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解（EMP途徑）第二十頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解（EMP途徑）第二十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解（EMP途徑）糖酵解過程有三步不可逆反應(yīng)，分別由三個(gè)調(diào)節(jié)酶（別構(gòu)酶）催化，調(diào)節(jié)主要就發(fā)生在三個(gè)部位。已糖激酶調(diào)節(jié)別構(gòu)抑制劑（負(fù)效應(yīng)調(diào)節(jié)物）：G—6—P和ADP別構(gòu)激活劑（正效應(yīng)調(diào)節(jié)物）：ATP第二十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解（EMP途徑）磷酸果糖激酶調(diào)節(jié)（關(guān)鍵限速步驟）抑制劑：ATP、檸檬酸、脂肪酸和H+激活劑：AMP、F—2.6—2PATP：細(xì)胞內(nèi)含有豐富的ATP時(shí)，此酶幾乎無活性。檸檬酸：高含量的檸檬酸是碳骨架過剩的信號(hào)。H+：可防止肌肉中形成過量乳酸而使血液酸中毒。丙酮酸激酶調(diào)節(jié)抑制劑：乙酰CoA、長鏈脂肪酸、Ala、ATP激活劑：F-1.6-P、第二十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸總反應(yīng)為：葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+—→

2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O糖酵解（EMP途徑）第二十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸丙酮酸氧化脫羧——乙酰CoA的生成第二十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）主要事件順序?yàn)椋海?）乙酰CoA與草酰乙酸結(jié)合，生成六碳的檸檬酸，放出CoA（2）檸檬酸先失去一個(gè)H2O而成順烏頭酸，再結(jié)合一個(gè)H2O轉(zhuǎn)化為異檸檬酸（3）異檸檬酸發(fā)生脫氫、脫羧反應(yīng)，生成五碳的-酮戊二酸，放出一個(gè)CO2，生成一個(gè)NADH+H+

（4）-酮戊二酸發(fā)生脫氫、脫羧反應(yīng)，并和CoA結(jié)合，生成含高能硫鍵的四碳琥珀酰CoA，放出一個(gè)CO2

，生成一個(gè)NADH+H+第二十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸主要事件順序?yàn)椋海?）碳琥珀酰CoA脫去CoA和高能硫鍵，放出的能通過GTP轉(zhuǎn)入ATP（6）琥珀酸脫氫生成延胡索酸，生成1分子FADH2（7）延胡索酸和水化合而成蘋果酸（8）蘋果酸氧化脫氫，生成草酸乙酸，生成1分子NADH+H+檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）第二十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸第二十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）第二十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）第三十頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）第三十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日第三十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸

小結(jié)：一次循環(huán)，消耗一個(gè)2碳的乙酰CoA，共發(fā)生一次底物水平的磷酸化（生成一分子ATP），兩次脫羧反應(yīng)（釋放2分子CO2

），三個(gè)調(diào)節(jié)位點(diǎn)，四次脫氫反應(yīng)（脫去8個(gè)H，生成3個(gè)NADH+H+，1個(gè)FADH2，其中四個(gè)H來自乙酰CoA，另四個(gè)H來自H2O）。檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）第三十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸檸檬酸合酶（限速酶）受ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。受乙酰CoA、草酰乙酸激活異檸檬酸脫氫酶NADH、ATP可抑制此酶ADP可活化此酶，當(dāng)缺乏ADP時(shí)就失去活性。α-酮戊二酸脫氫酶受NADH和琥珀酰CoA抑制。檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)，TCA）第三十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日第三十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸電子傳遞系統(tǒng)和氧化磷酸化葡萄糖代謝中的大部分能量的釋放靠包括分子氧在內(nèi)的電子傳遞系統(tǒng)或電子傳遞鏈來完成。電子傳遞鏈：存在于線粒體內(nèi)膜上的一系列電子傳遞體，如FMN、CoQ和各種細(xì)胞色素等，分子氧是電子傳遞鏈中最后的電子受體。在電子傳遞鏈中，各電子傳遞體的氧化還原反應(yīng)從高能水平向低能水平順序傳遞，在傳遞過程中釋放的能通過磷酸化而被儲(chǔ)存到ATP中，ATP的形成發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上。第三十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸電子傳遞系統(tǒng)和氧化磷酸化第三十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸電子傳遞系統(tǒng)和氧化磷酸化第三十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸電子傳遞系統(tǒng)和氧化磷酸化底物水平磷酸化是在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。即底物被氧化的過程中，形成了某些高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過酶的作用可使ADP生成ATP。電子傳遞體系磷酸化是指當(dāng)電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系(呼吸鏈)傳遞給氧形成水時(shí)，同時(shí)伴有ADP磷酸化為ATP的全過程。通常所說的氧化磷酸化是指電子傳遞體系磷酸化。第三十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日化學(xué)滲透學(xué)說當(dāng)線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈進(jìn)行電子傳遞時(shí)，電子能量逐步降低，脫下的H+質(zhì)子便穿過膜從線粒體的基質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)膜外的腔中，造成跨膜的質(zhì)子梯度（濃度差），導(dǎo)致化學(xué)滲透發(fā)生，即質(zhì)子順梯度從外腔經(jīng)內(nèi)膜通道（ATP合成酶）而返回到線粒體的基質(zhì)中，所釋放的能使ADP與磷酸結(jié)合生成ATP。第四十頁，共六十八頁，2022年，8月28日化學(xué)滲透學(xué)說ATP合成酶第四十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日糖酵解：底物水平的磷酸化產(chǎn)生4個(gè)ATP，己糖活化消耗2個(gè)ATP，脫氫反應(yīng)產(chǎn)生2個(gè)NADH，經(jīng)電子傳遞鏈生成4或6個(gè)ATPKrebs循環(huán)：底物水平的磷酸化產(chǎn)生2個(gè)ATP，脫氫反應(yīng)產(chǎn)生8個(gè)NADH和2個(gè)FADH2，8個(gè)NADH經(jīng)電子傳遞鏈生成24個(gè)ATP，2個(gè)FADH2經(jīng)電子傳遞鏈生成4個(gè)ATP。1分子葡萄糖徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計(jì)第四十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸第四十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸第四十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸反應(yīng)酶消耗產(chǎn)生數(shù)量合計(jì)糖

酵

解已糖激酶1-18磷酸果糖激酶1-1磷酸甘油醛脫氫酶NADH2×3磷酸甘油酸激酶底物水平2×1丙酮酸激酶底物水平2×1TCA丙酮酸脫氫酶復(fù)合物NADH2×330異檸檬酸脫氫酶NADH2×3α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物NADH2×3琥珀酸脫氫酶FADH22×2蘋果酸脫氫酶NADH2×3琥珀酰CoA合成酶底物水平2×1第四十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日第四十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日①糖的有氧氧化，如果缺乏氧氣或線粒體，則氧化至丙酮酸時(shí)還原為乳酸，稱糖的無氧氧化（糖酵解）②磷酸戊糖途徑，產(chǎn)物5-磷酸核糖是合成核苷的原料③由乙酰輔酶A合成脂肪酸、脂肪和膽固醇④肝臟中葡萄糖輸出為血糖⑤肝臟中糖原的合成和分解第四十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸甘油的轉(zhuǎn)化第四十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日脂肪酸的β—氧化脂肪酸的活化第四十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日第五十頁，共六十八頁，2022年，8月28日脂肪酸的β—氧化第五十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日脂肪酸的β—氧化脂肪酸的活化第五十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸第五十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞呼吸第五十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日光合作用一、光合作用的概念

1.定義：光合作用是綠色植物利用光能，把CO2