普通生物學(xué)細(xì)胞代謝

一磷酸腺苷ATP的結(jié)構(gòu)簡式：AP腺苷磷酸基PP高能磷酸鍵二磷酸腺苷三磷酸腺苷當(dāng)前1頁，總共33頁。1酶能量A-P~P~P+H2OA-P~P＋Pi能量酶細(xì)胞分裂肌肉收縮礦質(zhì)離子吸收……細(xì)胞呼吸光合作用ATP是新陳代謝所需能量的直接來源。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化：當(dāng)前2頁，總共33頁。2二、酶酶(enzyme)是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物。其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA。酶的來源酶的作用酶的化學(xué)成分降低活化能1、酶的定義當(dāng)前3頁，總共33頁。3酶是一種生物催化劑（biocatalyst）當(dāng)前4頁，總共33頁。4酶的應(yīng)用當(dāng)前5頁，總共33頁。5◆生物體需要的能量主要是通過代謝物在體內(nèi)氧化而獲得的。物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過氧化最后生成水和CO2并釋放能量的過程，稱為生物氧化(biologicaloxidation)；由于這一過程是在組織細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的，表現(xiàn)為細(xì)胞攝取O2而釋放CO2，因此生物氧化又稱為細(xì)胞呼吸(cellularrespiration)。三、細(xì)胞呼吸1、概述當(dāng)前6頁，總共33頁。6◆生物氧化的一般過程：e-H+當(dāng)前7頁，總共33頁。7當(dāng)前8頁，總共33頁。8光合作用(photosynthesis)：可概括為含光合色素的植物和細(xì)菌，在日光下利用無機(jī)物物質(zhì)(CO2、H2O、H2S等)合成有機(jī)物(如C6H12O6)，并釋放氧氣或其它物質(zhì)(如S等)的過程。四、光合作用（一）概述藍(lán)細(xì)菌綠色植物當(dāng)前9頁，總共33頁。9

◆光合作用是地球上最大的有機(jī)合成反應(yīng)。每天把大量光能轉(zhuǎn)化為分子形式的化學(xué)能，并通過食物鏈為生物圈的其他成員所利用，是生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者。因此，光能是地球上幾乎所有生物所需能量的最終來源。當(dāng)前10頁，總共33頁。10光合作用的場所：葉綠體外膜類囊體基質(zhì)內(nèi)膜類囊體腔基粒當(dāng)前11頁，總共33頁。11光合色素主要有三種類型：葉綠素(chlorophyll)(葉綠素a、葉綠素b為主)、類胡蘿卜素(carotenoid)(包括胡蘿卜素和葉黃素)和藻膽素(phycobilin)(主要有藻紅蛋白、藻藍(lán)蛋白、別藻藍(lán)蛋白)。高等植物中含有前兩類，藻膽素僅存在于藻類中。類囊體膜上分布有光合色素、電子傳遞體、ATP酶等。光合色素種類當(dāng)前12頁，總共33頁。12C3C5光反應(yīng)：必須有光才能進(jìn)行，由光合色素將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能并形成ATP和NADPH，放出O2的過程。該反應(yīng)在葉綠體基粒類囊體膜上進(jìn)行。碳反應(yīng)：有光無光都可進(jìn)行，是利用ATP和NADPH的化學(xué)能使CO2還原成糖類等有機(jī)物的過程。該反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行。（二）光合作用過程當(dāng)前13頁，總共33頁。13C3C5當(dāng)前14頁，總共33頁。14

光反應(yīng)為碳反應(yīng)提供了NADPH、ATP；碳反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+。碳反應(yīng)光反應(yīng)項(xiàng)目聯(lián)系能量轉(zhuǎn)換物質(zhì)變化條件部位ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能多種酶、CO2、ATP、NADPH葉綠體基質(zhì)CO2+C52C3（CO2的固定）酶2C3（CH2O）

酶[H]ATP光能→ATP中活躍的化學(xué)能光、色素、酶、水葉綠體類囊體膜光合作用光反應(yīng)與碳反應(yīng)的區(qū)別ADP+Pi→ATP

H2O→2H++1/2O2+eNADP+還原為NADPH（C3的還原）當(dāng)前15頁，總共33頁。15原初反應(yīng)電子傳遞光合磷酸化H2O光e-、H+O2ADPATPNADP+NADPHCO2同化有機(jī)物CO2光反應(yīng)階段碳反應(yīng)階段H2O（三）光合作用的機(jī)理當(dāng)前16頁，總共33頁。161、原初反應(yīng)原初反應(yīng)（primaryreaction）

指光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換的過程，是光合色素吸收光能后所引起的光物理和光化學(xué)過程。光物理－光能的吸收、傳遞光化學(xué)－電子得失當(dāng)前17頁，總共33頁。17①光能的吸收和色素分子激發(fā)態(tài)的形成光合單位(photosyntheticunit)：是指結(jié)合在類囊體膜上能進(jìn)行光反應(yīng)的最小結(jié)構(gòu)單位。光合單位=聚光色素系統(tǒng)+作用中心，每個(gè)光合單位約含250--300個(gè)葉綠體色素分子。聚光色素(light-harvestingpigment)：又叫天線色素，只起吸收和傳遞光能的色素分子。作用中心色素(reactioncentrepigment)：少數(shù)的特殊狀態(tài)的葉綠素a分子，有捕獲和聚集光能，并將光能轉(zhuǎn)換為電能的功能。當(dāng)前18頁，總共33頁。18當(dāng)前19頁，總共33頁。19②激發(fā)能的傳遞和作用中心對激發(fā)能的捕獲當(dāng)前20頁，總共33頁。20③光化學(xué)反應(yīng)指作用中心色素分子吸收光能后所引起的氧化還原反應(yīng)，也就是電荷分離，將光能轉(zhuǎn)換為電能的過程。光D.P*.AD.P+.A-D+.P.A-光合作用的最終電子供體是水，最終電子受體為NADP+。P-作用中心色素、A-原初電子受體、D-原初電子供體當(dāng)前21頁，總共33頁。21（1）兩個(gè)光系統(tǒng)光系統(tǒng)I（photosystemI，簡稱PSI）：在類囊體膜的外側(cè)，PSI的作用中心色素分子是P700。是長波光反應(yīng)，其主要特征是NADP+的還原。光系統(tǒng)II（photosystemII，簡稱PSII）：在類囊體膜內(nèi)側(cè)。PSII的作用中心色素分子是P680。是短波光反應(yīng)，其主要特征是H2O的光解和放氧。2、電子傳遞和光合磷酸化當(dāng)前22頁，總共33頁。22（2）光合電子傳遞鏈

連接兩個(gè)光系統(tǒng)以及H2O和NADP+之間的傳遞電子的物質(zhì)，叫光合電子傳遞鏈，簡稱光合鏈。當(dāng)前23頁，總共33頁。23光合膜上的電子與質(zhì)子傳遞概況紅線表示電子傳遞，黑線表示質(zhì)子傳遞，藍(lán)線質(zhì)子越膜運(yùn)輸當(dāng)前24頁，總共33頁。24光合磷酸化（photophosphorylation）：在光照條件下，葉綠體將ADP和無機(jī)磷(Pi)結(jié)合形成ATP的生物學(xué)過程。是光合細(xì)胞吸收光能后轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的一種貯存形式。在光合作用的光反應(yīng)中，除了將一部分光能轉(zhuǎn)移到NADPH中暫時(shí)儲存外，還要利用另外一部分光能合成ATP，將光合作用與ADP的磷酸化偶聯(lián)起來，這一過程稱為光合磷酸化。（3）光合磷酸化當(dāng)前25頁，總共33頁。25◆葉綠體進(jìn)行光合磷酸化必須同時(shí)具備:(1)電子傳遞;(2)類囊體膜內(nèi)外有質(zhì)子梯度;(3)有活性的ATP酶。當(dāng)前26頁，總共33頁。26◆卡爾文循環(huán)的產(chǎn)物不是葡萄糖，而是3-P-甘油醛(glyceraldehyd-3-phosphate,G3P)。一部分進(jìn)一步合成葡萄糖，一部分再生出核酮糖二磷酸（ribulosebisphosphate,RuBP)?！鬋3循環(huán)分為三個(gè)階段:CO2的固定、氧化還原反應(yīng)和RuBP(核酮糖二磷酸)的再生?！鬋3植物：水稻、小麥、大豆以及許多種果樹和蔬菜。

◆在卡爾文循環(huán)中,固定CO2產(chǎn)生的中間體是三碳的3-磷酸-甘油酸(3-phosphoglycericacid,3-PGA)，所以將CO2的這種固定途徑稱為C3途徑，并將通過這種途徑固定CO2的植物稱為C3植物。3、二氧化碳同化（1）C3途徑（C3pathway）當(dāng)前27頁，總共33頁。273–-甘油醛

3--甘油酸

PP卡爾文循環(huán)

羧化還原RuBP再生rubisco◆C3循環(huán)：CO2的固定、氧化還原反應(yīng)和RuBP的再生。當(dāng)前28頁，總共33頁。28◆光呼吸（photorespiration）：卡爾文循環(huán)中的第一個(gè)酶rubisco有一個(gè)特點(diǎn)，就是能夠固定O2，在CO2很少而O2很多的情況下，其固定氧氣的作用非常顯著，其結(jié)果是產(chǎn)生一種二碳化合物，然后植物又將這種二碳化合物分解為CO2和水。當(dāng)前29頁，總共33頁。29◆C4途徑：有一些植物對CO2的固定反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠中進(jìn)行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)上。形成四碳酸：草酰乙酸(oxaloacetate)，這種固定CO2的方式稱為C4途徑?！鬋4途徑也可分為三個(gè)階段:CO2的固定、C4-二羧酸的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移、PEP的再生◆C4植物：玉米，高粱，甘蔗。（2）C4途徑(C4pathway)當(dāng)前30頁，總共33頁。30

C3和C4

植物葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)C3植物C4植物當(dāng)前31頁，總共33頁。31（3）景天科酸代謝途徑（CAM）

C4和CAM途徑都是C3途徑的輔助形式，只能起固