講生命活動的能量獲取與轉(zhuǎn)換()

講生命活動的能量獲取與轉(zhuǎn)換()第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二

第一節(jié)能量與代謝第二節(jié)光合作用第三節(jié)細(xì)胞呼吸第六講生命活動的能量獲取與轉(zhuǎn)換第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)能量與代謝一、ATP的結(jié)構(gòu)和功能二、能量代謝三、生物催化劑——酶四、生物氧化五、生物體內(nèi)復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)3第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二一、ATP的結(jié)構(gòu)和功能

三磷酸腺苷二磷酸腺苷一磷酸腺苷腺嘌呤4第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二

1)ATP是生物體能量的基本交換單位有機(jī)分子+O2+ADP+Pi→ATP+CO2ATP+H2O→ADP+Pi+能量5第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二2)ATP是生物系統(tǒng)能量交換的中心熒火蟲機(jī)械能--運(yùn)動化學(xué)能--合成滲透能--分泌吸收電能--生物電熱能--體溫光能--生物發(fā)光6第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二仲夏的夜晚螢火蟲如何利用ATP來發(fā)光？發(fā)光細(xì)胞有熒光素酶（E-LH），酶促反應(yīng)使ATP與E-LH先偶聯(lián)，偶聯(lián)的高能中間產(chǎn)物E~LH2-AMP在氧氣存在時可釋放出能量，并以熒光的形式發(fā)射出來：

ATP+E-LHE~LH2-AMP+PiE~LH2-AMP+O2E-P+CO2+h7第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二二、能量代謝綠色植物和光合細(xì)菌把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，利用太陽能合成有機(jī)物（光合作用）；除了維持自身的生存還為其他生物提供食物（食物鏈）。8第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二9第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二食物鏈10第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二生命活動的原動力在于生物體內(nèi)一刻不停的新陳代謝通過新陳代謝不斷把太陽能或食物中貯存的能量，轉(zhuǎn)化為可供生命活動利用的能量，不斷制造出各種大、小分子以供生命活動所需要。物質(zhì)代謝——由底物分子變成產(chǎn)物分子能量代謝——消耗能量或釋放能量11第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二能量代謝從小分子合成大分子需要消耗能量n氨基酸+能量→蛋白質(zhì)

2丙酮酸+

能量

→葡萄糖從大分子分解為小分子會釋放能量葡萄糖→2丙酮酸+能量12第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二能量貯存在ATP中然后用在生命活動的各個方面ATP與生命活動13第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二各種生命活動所需能量一覽14第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二三、生物催化劑——酶體內(nèi)的新陳代謝過程又都是在生物催化劑——酶的催化下進(jìn)行的。催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)的速度，酶是生物催化劑，它的突出優(yōu)點(diǎn)是：催化效率高專一性質(zhì)可以調(diào)節(jié)15第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二用簡單的實(shí)驗證明酶的催化效率2H2O2

→

2H2O+O2↑

空白鐵屑肝糜肝糜（煮）

16第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二酶的專一性（特異性）特殊的三維空間結(jié)構(gòu)和構(gòu)象酶的活性位點(diǎn)或酶的活性中心鑰匙和鎖，誘導(dǎo)契合酶的活性位點(diǎn)“柔性學(xué)說”17第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二有的酶僅僅由蛋白質(zhì)組成，如：核糖核酸酶。有的酶除了主要由蛋白質(zhì)組成外，還有一些金屬離子或小分子參與，它們是酶活性所必須的，稱為輔酶/輔基或輔助因子。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)18第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二羧基肽酶以Zn2+為輔助因子19第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二酶催化作用的機(jī)理

——降低活化能催化劑只能加速原來可以進(jìn)行的反應(yīng)。即使對可以進(jìn)行的反應(yīng)來說，反應(yīng)物分子應(yīng)越過一個活化能才能發(fā)生反應(yīng)。酶作為催化劑的作用是降低活化能。20第二十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二底物與酶的結(jié)合降低了活化能21第二十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二酶使底物分子活化的方式使底物分子產(chǎn)生應(yīng)力使底物分子電荷變化使底物靠攏22第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二酶的活性可以調(diào)控溫度的影響pH的影響23第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二在代謝途徑中調(diào)節(jié)酶活性若干酶前后配合完成一系列代謝反應(yīng)，就形成一條代謝途徑。反饋抑制：一條代謝途徑的終產(chǎn)物，有時可與該代謝途徑的第一步反應(yīng)的酶相結(jié)合，結(jié)合的結(jié)果使這個酶活性下降，從而使整條代謝途徑的反應(yīng)速度慢起來。24第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二通過共價調(diào)節(jié)酶活性酶蛋白分子可以和一個基團(tuán)形成共價結(jié)合，使酶蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使酶活性發(fā)生改變，稱為酶的共價調(diào)節(jié)。例如：糖原磷酸化酶具有磷酸化位點(diǎn)。25第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二結(jié)構(gòu)類似物與底物產(chǎn)生競爭性抑制酶的競爭性抑制：有的酶在遇到一些化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似的分子時，這些分子與底物競爭結(jié)合酶的活性中心，亦會表現(xiàn)出酶活性的降低（抑制）。26第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二對氨基苯甲酸（細(xì)菌生長因子）對氨基苯磺酸（磺胺藥）磺胺類藥物競爭性抑制細(xì)菌體內(nèi)的酶27第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二四、生物氧化火柴燃燒是纖維素氧化(C6H12O6)n+O2→nCO2+nH2O+能量燃燒過程劇烈。在空氣中進(jìn)行。不需要酶參與。一步反應(yīng)。淀粉的生物氧化(C6H12O6)n+O2→

nCO2+nH2O+能量過程緩慢。在水環(huán)境中進(jìn)行。需要酶參與。分步進(jìn)行。28第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二生物氧化的特點(diǎn)（1）在活體細(xì)胞中進(jìn)行，需酶參加（2）條件溫和（3）復(fù)雜的氧化還原過程（4）能量逐步儲存和轉(zhuǎn)運(yùn)29第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二五、生物體內(nèi)復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)

生物體內(nèi)許多的分解代謝和合成代謝途徑，形成錯綜復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)。這些代謝途徑分布于生活細(xì)胞的不同部位。

30第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)光合作用一、光合作用的概念二、葉綠體是光合作用進(jìn)行的場所三、光合作用的機(jī)理31第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二一、光合作用的概念綠色植物和光合細(xì)菌利用太陽能使二氧化碳固定為有機(jī)物的過程稱為光合作用。在現(xiàn)在的地球上，光合作用是一切生物得以生存的基礎(chǔ)。32第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二光合作用的早期研究1642年，比利時Helmont1770年英國牧師Priestley33第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二氧氣的來源1930年Stanford大學(xué)，Niel

細(xì)菌光合作用：

CO2+H2S→CH2O+S

CO2+H2O→CH2O+O210年后，同位素示蹤實(shí)驗：

CO2+H218O→CH2O+18O234第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二二、葉綠體是光合作用進(jìn)行的場所基粒類囊體內(nèi)膜外膜35第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二吸收光能靠葉綠素36第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二三、光合作用的機(jī)理光反應(yīng)：在葉綠素參與下，利用光能劈開水分子，放出O2，同時形成兩種高能化合物

ATP和

NADPH。暗反應(yīng)：把ATP和NADPH中的能量，用于固定CO2，生成糖類化合物。37第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二光系統(tǒng)與光反應(yīng)由葉綠素分子及其蛋白復(fù)合物、天線色素系統(tǒng)和電子受體等組成的單位稱為光系統(tǒng)。光反應(yīng)由兩個光系統(tǒng)及電子傳遞鏈來完成。光系統(tǒng)I（PSI）含有被稱為“P700”的高度特化的葉綠素a分子光系統(tǒng)II（PSII）含有另一種被稱為“P680”高度特化的葉綠素a分子。電子傳遞時，能量逐漸下降，形成跨膜的質(zhì)子梯度，導(dǎo)致ATP的形成。38第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二非環(huán)路的光合磷酸化途徑和電子傳遞鏈39第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二環(huán)路的光合磷酸化途徑和電子傳遞鏈40第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二光反應(yīng)的要點(diǎn)葉綠素吸收光能，一些用于水的裂解，其它轉(zhuǎn)化為電能，即造成從葉綠素分子起始的電子流動。在電子流動過程中，通過氫離子的化學(xué)滲透，形成了ATP，電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。電子沿傳遞鏈最終達(dá)到電子受體NADP+，同時一個來源于水的氫質(zhì)子被結(jié)合，電能又再一次轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并儲存于NADPH中。光合作用的暗反應(yīng)依賴于光反應(yīng)中形成的ATP和NADPH。41第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二3-磷酸甘油酸中間物葡萄糖等CO2二磷酸核酮糖3-磷酸甘油醛暗反應(yīng)——卡爾文循環(huán)42第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二巨型太陽能電站43第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二幻想？有朝一日，科學(xué)家將光合作用機(jī)理搞清楚，并將植物光合作用的全套基因轉(zhuǎn)移到人的頭發(fā)中，在頭發(fā)中模擬光合作用的過程，那么，只要在人的頭上撒點(diǎn)水、再曬曬太陽，在頭發(fā)中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的過程，葡萄糖從頭發(fā)中輸送到人體的各部分，吃飯的歷史使命便可宣告結(jié)束了。44第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)細(xì)胞呼吸一、細(xì)胞呼吸產(chǎn)生能量二、糖酵解途徑三、三羧酸循環(huán)四、電子傳遞鏈45第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二一、細(xì)胞呼吸產(chǎn)生能量細(xì)胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑細(xì)胞呼吸是一種氧化反應(yīng)有機(jī)化合物+O2→CO2+能量“燃料”包括糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+熱量）細(xì)胞呼吸主要在線粒體中進(jìn)行，溫和條件和酶的參與調(diào)控46第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二發(fā)酵是典型的細(xì)胞呼吸過程在有氧環(huán)境中，酵母細(xì)胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產(chǎn)生CO2。在缺氧環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖分解成乙醇和CO2。在有氧環(huán)境中，食物分子被充分氧化，可產(chǎn)生比無氧環(huán)境更多的能量。47第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二人體細(xì)胞的呼吸過程慢跑，細(xì)胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產(chǎn)生CO2和水快跑，細(xì)胞將葡萄糖分解成乳酸和CO248第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二呼吸運(yùn)動與細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸定義為生物細(xì)胞消耗氧氣來分解食物分子并獲得能量的過程。通常意義的呼吸運(yùn)動與細(xì)胞呼吸是相互關(guān)聯(lián)的。49第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二ATP的產(chǎn)生和使用儲藏在葡萄糖等食物分子中的化學(xué)能經(jīng)細(xì)胞呼吸釋放，以高能磷酸鍵的形式貯藏在ATP分子中。葡萄糖中大約40%的能量被轉(zhuǎn)化儲存在ATP中，而汽車發(fā)動機(jī)只有15-25%轉(zhuǎn)化為動能，細(xì)胞呼吸的產(chǎn)能效率高。50第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二細(xì)胞呼吸的化學(xué)過程細(xì)胞呼吸是由一系列化學(xué)反應(yīng)組成的一個連續(xù)完整的代謝過程每一步化學(xué)反應(yīng)都需要特定的酶參與才能完成細(xì)胞呼吸的3個階段51第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二二、糖酵解途徑1，6-二磷酸果糖磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸52第五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二糖酵解的結(jié)果參與化合物：①葡萄糖，②ADP和磷酸，③NAD+。起始階段還需要消耗2分子ATP來啟動，但后期共產(chǎn)出4分子ATP，還形成高能化合物NADH。最終產(chǎn)物是丙酮酸。糖酵解將六碳的葡萄糖分解成2個三碳的丙酮酸，凈產(chǎn)生2個ATP，生成1分子NADH，糖酵解不需要氧參與。53第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二丙酮酸可以進(jìn)行無氧發(fā)酵54第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二丙酮酸乙酰CoA草酰琥珀酸α-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸檸檬酸琥珀酰CoA異檸檬酸定義：在有氧條件下，酵解產(chǎn)物丙酮酸被氧化分解成CO2和H2O,并以ATP形式貯備大量能量的代謝系統(tǒng)3ATPCO21ATP2ATP3ATP加入2C3ATPCO2三、三羧酸循環(huán)55第五十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二三羧酸循環(huán)的結(jié)果和意義結(jié)果：分解丙酮酸形成2分子CO2、8分子NADH和2分子FADH2，及2分子ATP。意義：1、提供能量2、為其他物質(zhì)的合成提供C骨架。3、溝通脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物代謝。56第五十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二四、

電子傳遞鏈電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應(yīng)，將高能電子從NADH和FADH2最終傳遞給O2，同時隨著電子能量水平的逐步下降，高能電子所釋放的化學(xué)能就通過磷酸化途徑貯存到ATP分子中，也稱為氧化磷酸化。57第五十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二組成電子傳遞鏈的載體58第五十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期二化學(xué)滲透學(xué)說1961年，英國Mitchell提出進(jìn)行電子傳遞時，電子能量逐步降低，脫下的H+便穿過膜從線粒體基質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)膜外腔，造成跨膜質(zhì)子梯度，從而導(dǎo)致化學(xué)滲透發(fā)生。H+順梯度從外腔經(jīng)內(nèi)膜通道（ATP合成酶）返回線粒體的基質(zhì)中，所釋放的能使ADP與磷酸結(jié)合生