可用生物奧賽細(xì)胞呼吸課件

生物競(jìng)賽輔導(dǎo)細(xì)胞呼吸專(zhuān)題一、呼吸作用的概念

細(xì)胞呼吸是所有生物都具有的一項(xiàng)重要的生命活動(dòng)。其實(shí)質(zhì)是氧化分解有機(jī)物，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量產(chǎn)生ATP的總過(guò)程。有氧呼吸

無(wú)氧呼吸

細(xì)胞呼吸的類(lèi)型

細(xì)胞呼吸有氧呼吸場(chǎng)所──先在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)，后在線粒體內(nèi)概念——指生物細(xì)胞在氧氣的作用下，通過(guò)酶的催化作用把糖類(lèi)等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出CO2和水，同時(shí)釋放出大量能量的過(guò)程。總反應(yīng)式：

C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量（2870kJ）酶有氧呼吸的全過(guò)程１分子葡萄糖2分子丙酮酸6分子CO22ATP（少量）2ATP（少量）[H][H]12分子H2O6分子O26H2O34ATP（大量）酶酶酶第一階段第二階段第三階段1161kJ=38ATP有氧呼吸的全過(guò)程

場(chǎng)所反應(yīng)物產(chǎn)物能量第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)葡萄糖丙酮酸【H】少第二階段線粒體丙酮酸H2O

CO2【H】少第三階段線粒體【H】H2OH2O多無(wú)氧呼吸概念——指在無(wú)氧條件下，通過(guò)酶的催化作用，生物細(xì)胞把糖類(lèi)等有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出少量能量的過(guò)程。場(chǎng)所——始終在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)進(jìn)行總反應(yīng)式

C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+能量C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋能量酶酶無(wú)氧呼吸比有氧呼吸釋放出的能量要少得多，未釋放的能量?jī)?chǔ)存在酒精或乳酸等不徹底的氧化產(chǎn)物中，酒精能燃燒，說(shuō)明酒精中還儲(chǔ)存有大量的能量。無(wú)氧呼吸C6H12O62丙酮酸酶2C2H5OH+2CO2+能量酶2C3H6O3＋能量第一階段第二階段（均在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中完成）無(wú)氧呼吸的過(guò)程

兩種無(wú)氧呼吸方式的具體實(shí)例說(shuō)明：微生物的無(wú)氧呼吸又稱(chēng)為發(fā)酵產(chǎn)生酒精的無(wú)氧呼吸常見(jiàn)的例子有：①某些水果（如蘋(píng)果）及某些植物的根在缺氧時(shí)②酵母菌在缺氧時(shí)

產(chǎn)生乳酸的無(wú)氧呼吸常見(jiàn)的例子有：①馬鈴薯塊莖、甜菜塊根和玉米胚在無(wú)氧時(shí)②動(dòng)物的肌肉細(xì)胞在缺氧時(shí)③乳酸菌在無(wú)氧時(shí)有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的比較有氧呼吸

無(wú)氧呼吸

區(qū)別

主要在線粒體中進(jìn)行

在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行

需要氧氣參與

不需要氧氣參與

分解有機(jī)物徹底CO2H2O

分解有機(jī)物不徹底CO2酒精乳酸

釋放大量能量

釋放少量能量

聯(lián)系

第一階段（從葡萄糖到丙酮酸）的過(guò)程和場(chǎng)所（細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)）完全相同；有酶參與；都產(chǎn)生能量。

細(xì)胞呼吸的意義為生物體的生命活動(dòng)提供能量。為體內(nèi)其他化合物的合成提供原料?？傉摫崞咸烟恰疤墙徒狻辈恍柩跤醒跚闆r無(wú)氧情況“三羧酸循環(huán)”

CO2+H2O“乳酸發(fā)酵”、“酒精發(fā)酵”乳酸或酒精一、糖酵解的概述1、糖酵解的概念

糖酵解作用：在無(wú)氧條件下，葡萄糖進(jìn)行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。這一過(guò)程稱(chēng)為糖酵解作用。是一切有機(jī)體中普遍存在的葡萄糖降解途徑，也是葡萄糖分解代謝所經(jīng)歷的共同途徑。也稱(chēng)為EMP途徑。糖酵解是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。不論有氧還是無(wú)氧條件均能發(fā)生。

10個(gè)酶催化的11步反應(yīng)第一階段：

磷酸已糖的生成(活化)四個(gè)階段第二階段：

磷酸丙糖的生成(裂解)第三階段：

3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸第四階段：由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸二、糖酵解過(guò)程

(G)

已糖激酶ATPADPMg2+(G-6-P）⑴葡萄糖磷酸化生成

6-磷酸葡萄糖糖酵解過(guò)程1已糖激酶(hexokinase)

激酶：能夠在ATP和任何一種底物之間起催化作用，轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的一類(lèi)酶。已糖激酶：是催化從ATP轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)至各種六碳糖（G、F）上去的酶。

激酶都需離子要Mg2+作為輔助因子⑵6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化

轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖(F-6-P）糖酵解過(guò)程1

磷酸葡萄糖異構(gòu)酶(G-6-P）⑶6-磷酸果糖再磷酸化

生成1,6-二磷酸果糖糖酵解過(guò)程1(F-1,6-2P）

磷酸果糖激酶

（PFK）ATPADPMg2+(F-6-P）⑷磷酸丙糖的生成磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛

(F-1,6-2P）

醛縮酶+糖酵解過(guò)程2⑸磷酸丙糖的互換糖酵解過(guò)程2磷酸二羥丙酮(dihydroxyacetonephosphate)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)磷酸丙糖異構(gòu)酶1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛

上述的5步反應(yīng)完成了糖酵解的準(zhǔn)備階段。酵解的準(zhǔn)備階段包括兩個(gè)磷酸化步驟由六碳糖裂解為兩分子三碳糖，最后都轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油醛。在準(zhǔn)備階段中，并沒(méi)有從中獲得任何能量，與此相反，卻消耗了兩個(gè)ATP分子。以下的5步反應(yīng)包括氧化—還原反應(yīng)、磷酸化反應(yīng)。這些反應(yīng)正是從3-磷酸甘油醛提取能量形成ATP分子。⑹3-磷酸甘油醛氧化為

1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)糖酵解過(guò)程33-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)3-磷酸甘油醛脫氫酶糖酵解中唯一的脫氫反應(yīng)+

NADH+H+NAD+HPO4

2-OPO3

2-⑺1,3-二磷酸甘油酸

轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸糖酵解過(guò)程33-磷酸甘油酸激酶

3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)這是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反應(yīng)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO3

2-ADPATPMg2+底物磷酸化：這由已經(jīng)形成的高能磷酸鍵與ADP合成ATP的磷酸化類(lèi)型稱(chēng)為底物磷酸化。其中ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)

這一步反應(yīng)是糖酵解過(guò)程的第7步反應(yīng)，也是糖酵解過(guò)程開(kāi)始收獲的階段。在此過(guò)程中產(chǎn)生了第一個(gè)ATP。⑻3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變

為2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3phosphoglycerate)糖酵解過(guò)程3磷酸甘油酸變位酶

2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)⑼2-磷酸甘油酸脫水

形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）

磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）2-磷酸甘油酸糖酵解過(guò)程4烯醇化酶(Mg2+/Mn2+)H2O氟化物能與Mg2+絡(luò)合而抑制此酶活性ADPATPMg2+,K+⑽磷酸烯醇式丙酮酸

轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际奖崃姿嵯┐际奖岜峒っ?PK

)

烯醇式丙酮酸也是第二次底物水平磷酸化反應(yīng)糖酵解過(guò)程4⑾烯醇式丙酮酸

轉(zhuǎn)變?yōu)楸崽墙徒膺^(guò)程4ATP磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸ADP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸(enolpyruvate)自發(fā)進(jìn)行丙酮酸(pyruvate)E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代謝途徑GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+

NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+糖酵解過(guò)程中ATP的消耗和產(chǎn)生2×1葡萄糖→6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸-1反應(yīng)ATP

-12×1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+

2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O三、糖酵解中產(chǎn)生的能量四、糖酵解意義1、主要在于它可在無(wú)氧條件下迅速提供少量的能量以應(yīng)急.如:肌肉收縮、人到高原。2、是某些細(xì)胞在不缺氧條件下的能量來(lái)源。3、是糖的有氧氧化的前過(guò)程，亦是糖異生作用大部分逆過(guò)程.非糖物質(zhì)可以逆著糖酵解的途徑異生成糖,但必需繞過(guò)不可逆反應(yīng)。5、糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯(lián)系的途徑.其中間產(chǎn)物是許多重要物質(zhì)合成的原料。6、若糖酵解過(guò)度，可因乳酸生成過(guò)多而導(dǎo)致乳酸中毒。1、酵母在無(wú)氧條件下將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇和CO2。(l)丙酮酸脫羧五、丙酮酸的去路葡萄糖進(jìn)行乙醇發(fā)酵的總反應(yīng)式為：葡萄糖+2Pi+2ADP2乙醇+2CO2+2ATPCH3COCOOHCH3CHO+CO2丙酮酸乙醛丙酮酸脫羧酶TPPCH3CHO+NADH+H+乙醛

CH3CH2OH+NAD+

乙醇

乙醇脫氫酶Zn+(2)乙醛被還原為乙醇2、丙酮酸還原為乳酸丙酮酸(pyruvate)3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脫氫酶Pi

乳酸(lactate)乳酸脫氫酶NADH+H+NAD+1,3-二磷酸甘油酸OPO3

23、在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入線粒體生成乙酰CoA，參加TCA循環(huán)（檸檬酸循環(huán)），被徹底氧化成C2O和H2O。丙酮酸+NAD++CoA

乙酰CoA+CO2+NADH+H+4、轉(zhuǎn)化為脂肪酸或酮體。當(dāng)細(xì)胞ATP水平較高時(shí)，檸檬酸循環(huán)的速率下降，乙酰CoA開(kāi)始積累，可用作脂肪的合成或酮體的合成。三羧酸循環(huán)的概念

概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O和H2O并產(chǎn)生能量的過(guò)程.因?yàn)樵谘h(huán)的一系列反應(yīng)中,關(guān)鍵的化合物是檸檬酸,所以稱(chēng)為檸檬酸循環(huán),又因?yàn)樗腥齻€(gè)羧基,所以亦稱(chēng)為三羧酸循環(huán),簡(jiǎn)稱(chēng)TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國(guó)）正式提出的，所以又稱(chēng)Krebs循環(huán)。六、糖有氧分解（三羧酸循環(huán)）

三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行的。丙酮酸通過(guò)檸檬酸循環(huán)進(jìn)行脫羧和脫氫反應(yīng);羧基形成CO2,氫原子則隨著載體(NAD+、FAD）進(jìn)入電子傳遞鏈經(jīng)過(guò)氧化磷酸化作用，形成水分子并將釋放出的能量合成ATP。

有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多數(shù)組織細(xì)胞都通過(guò)有氧氧化獲得能量。黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程

糖的有氧氧化代謝途徑可分為：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脫羧和三羧酸循環(huán)三個(gè)階段。TAC循環(huán)

G（Gn）丙酮酸

乙酰CoA

CO2NADH+H+FADH2H2O

[O]ATPADP細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

線粒體

一、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶ANAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH輔酶A+CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA

+CO2+NADH+H+

多酶復(fù)合體：是催化功能上有聯(lián)系的幾種酶通過(guò)非共價(jià)鍵連接彼此嵌合形成的復(fù)合體。其中每一個(gè)酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的輔酶。二、乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化（線粒體）

反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)特點(diǎn)意義⑴乙酰CoA與草酰乙酸

縮合形成檸檬酸TCA循環(huán)檸檬酸合成酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰輔酶A檸檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸

檸檬酸+CoA-SH關(guān)鍵酶H2O異檸檬酸H2O⑵檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸檸檬酸順烏頭酸檸檬酸異檸檬酸TCA循環(huán)順烏頭酸酶CO2NAD+異檸檬酸⑶異檸檬酸氧化脫羧

生成α-酮戊二酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸+NAD+α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+關(guān)鍵酶TCA循環(huán)CO2⑷α-酮戊二酸氧化脫羧

生成琥珀酰輔酶A

α-酮戊二酸脫氫酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoAα-酮戊二酸α-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+

琥珀酰CoA

+CO2+NADH+H+

關(guān)鍵酶TCA循環(huán)⑸琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶琥珀酰CoAATPADP琥珀酸GDP+PiGTPHSCoA琥珀酰CoA

+GDP+Pi

琥珀酸+GTP+CoA-SHTCA循環(huán)⑹琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)琥珀酸脫氫酶FADFADH2琥珀酸

+FAD

延胡索酸+FADH2琥珀酸(succinate)⑺延胡索酸水化生成蘋(píng)果酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)蘋(píng)果酸(malate)延胡索酸酶H2O延胡索酸+H2O蘋(píng)果酸⑻蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸

蘋(píng)果酸脫氫酶

草酰乙酸(oxaloacetate)NAD+NADH+H+蘋(píng)果酸+

NAD+草酰乙酸+NADH+H+

TCA循環(huán)蘋(píng)果酸(malate)P三羧酸循環(huán)總圖草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰輔酶A)蘋(píng)果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HNAD+NAD+FADNAD+三羧酸循環(huán)特點(diǎn)①循環(huán)反應(yīng)在線粒體(mitochondrion)中進(jìn)行，為不可逆反應(yīng)。②三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶系。③循環(huán)的中間產(chǎn)物既不能通過(guò)此循環(huán)反應(yīng)生成，也不被此循環(huán)反應(yīng)所消耗。

④三羧酸循環(huán)中有兩次脫羧反應(yīng)，生成兩分子CO2。⑤循環(huán)中有四次脫氫反應(yīng)，生成三分子NADH和一分子FADH2。⑥循環(huán)中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。⑦每完成一次循環(huán)，氧化分解掉一分子乙?；?，可生成12分子ATP。反應(yīng)ATP第一階段兩次耗能反應(yīng)-2兩次生成ATP的反應(yīng)2×2第二階段一次脫氫(NADH+H+)2×2或2×3一次脫氫(NADH+H+)2×3第三階段三次脫氫(NADH+H+)2×3×3一次脫氫(FADH2)2×2一次生成ATP的反應(yīng)2×1凈生成36或38糖有氧氧化過(guò)程中ATP的生成三羧酸循環(huán)小結(jié)

TCA運(yùn)轉(zhuǎn)一周的凈結(jié)果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸僅起載體作用，反應(yīng)前后無(wú)改變。乙酰輔酶A+3NAD++FAD+Pi+2H2O+GDP2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+HSCoA+GTPTCA中的一些反應(yīng)在生理?xiàng)l件下是不可逆的，所以整個(gè)三羧酸循環(huán)是一個(gè)不可逆的系統(tǒng)TCA的中間產(chǎn)物可轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，故需不斷補(bǔ)充CO2CO2CO2NADH2NADH2NADH2FADH2NADH2丙酮酸(c3)◆CO2的形成：經(jīng)過(guò)脫羧形成。如一分子G可形成6分子CO2。◆H2O的形成：脫下的24個(gè)氫經(jīng)過(guò)一系列傳遞后，最后交給6分子O2，而生成12分子水?！鬉TP的形成：①底物水平磷酸化(產(chǎn)生的ATP極少)②氧化磷酸化(形成ATP的主要途徑)。H2OH2OH2O◆H2O的消耗共消耗6分子水C6H12O6C3H4O32NADH2乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)——三羧酸循環(huán)支路乙醛酸循環(huán)在異檸檬酸與蘋(píng)果酸間搭了一條捷徑。（省了6步）異檸檬酸檸檬酸琥珀酸蘋(píng)果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環(huán)乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②◆從氧化物上脫下來(lái)的氫原子或氫原子的電子，經(jīng)過(guò)各種載體的傳遞，最后使氧原子激活生成水，這些傳遞氫原子和電子的載體稱(chēng)為呼吸鏈。

呼吸鏈存在于線粒體的內(nèi)膜。三、呼吸鏈

◆從組成看呼吸鏈被分為四個(gè)部分，為NADH-Q還原酶(復(fù)合體Ⅰ)、琥珀酸-Q還原酶(復(fù)合體Ⅱ)、細(xì)胞色素還原酶(復(fù)合體Ⅲ)和細(xì)胞色素氧化酶(復(fù)合體Ⅳ)。FADH氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2兩條呼吸鏈的排列順序：NADHQO2琥珀酸線粒體內(nèi)膜線粒體基質(zhì)側(cè)線粒體胞液側(cè)1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2(能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì))呼吸鏈抑制劑魚(yú)藤酮粉蝶霉素A、異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×噻吩甲酰三氟丙酮×

◆伴隨電子從底物到氧的傳遞，ADP被磷酸化形成ATP的酶促過(guò)程。是需氧細(xì)胞生命活動(dòng)的主要能量來(lái)源，產(chǎn)生ATP的主要途徑。真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化在細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜發(fā)生的作用，原核生物則是在漿膜發(fā)生。氧化磷酸化◆線粒體含有兩層膜，中間有膜間隙。外膜大約一半脂類(lèi)和一半蛋白質(zhì)構(gòu)成，蛋白質(zhì)含有線粒體孔道蛋白構(gòu)成外膜孔道，能通過(guò)Mr小于4000~5000的物質(zhì)，包括質(zhì)子?！魞?nèi)膜約含20％的脂和80％的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)比例比細(xì)胞的其他任何膜含量都高。內(nèi)膜有許多富含蛋白質(zhì)的跨膜顆粒，包括電子從NADH和FADH2到O2的電子傳遞鏈，物質(zhì)的跨膜運(yùn)送者。20％脂主要構(gòu)成內(nèi)膜的磷脂雙層，降低了內(nèi)膜對(duì)質(zhì)子的通透性，這需形成質(zhì)子泵.NADHQO2FADH2線粒體基質(zhì)側(cè)線粒體胞液側(cè)呼吸鏈傳遞電子時(shí)釋放大量能量的部位有：

①.復(fù)合體I將NADH上的電子傳遞給CoQ；

②.復(fù)合體Ⅲ將電子由CoQ傳遞給細(xì)胞色素c；

③.復(fù)合體