第三章 細(xì)胞的代謝

第三章細(xì)胞的代謝第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月一、細(xì)胞與能量生命活動(dòng)需要能量生命的存在要靠能量,生物本身不能創(chuàng)造新的能量。生命世界能量的最初來源是光能。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。代謝是化學(xué)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化過程物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化在細(xì)胞內(nèi)完成普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）生物有序性與自由能自由能：一種能在恒溫恒壓下作功的能量。G=H-TS

G—自由能，H—熱含量，T—絕對(duì)溫度，S—熵

熱力學(xué)第二定律：所有自發(fā)過程總是伴隨自由能的降低，即熵的增加，系統(tǒng)的無序性增大！生物有序性生物----開放系統(tǒng)，與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換生命依靠能量的不斷輸入一直在與熱力學(xué)第二定律作抗?fàn)?。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）ATP的結(jié)構(gòu)與功能1.腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)ATPATP水解時(shí)，一個(gè)高能磷酸鍵斷裂同時(shí)釋放出能量

ATP+H2O——>ADP+Pi

G=-33.44KJ/mol普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.ATP的生成ADP+PATP此過程稱為磷酸化若磷酸化所需能量來自化合物的氧化分解-----氧化磷酸化若磷酸化所需能量來自光能-----光合磷酸化普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞利用ATP完成各種工作，ATP是細(xì)胞中的“能量貨幣”。3.ATP的生理功能ATP是生物體內(nèi)各種生化反應(yīng)的直接能源。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月例：Ca2+的跨膜運(yùn)輸普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月活細(xì)胞是一個(gè)微小的化學(xué)工業(yè)園在極其微小的空間內(nèi)發(fā)生著數(shù)千種生物化學(xué)反應(yīng)代謝是生物體內(nèi)所有化學(xué)反應(yīng)過程的總稱細(xì)胞復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特別是膜的結(jié)構(gòu)固定了各代謝反應(yīng)的空間和時(shí)間，使它們高度有序并可以被控制和調(diào)節(jié)。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月代謝途徑就像復(fù)雜道路交通圖普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月二、呼吸作用細(xì)胞呼吸---是生物體通過生物氧化獲取化學(xué)能的過程。有機(jī)化合物+O2→CO2+能量不同于呼吸運(yùn)動(dòng)，但通常意義的呼吸運(yùn)動(dòng)與細(xì)胞呼吸是相互關(guān)聯(lián)的。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月生物氧化生物氧化與化學(xué)氧化的區(qū)別:生物氧化分步驟進(jìn)行；溫和；由酶催化；產(chǎn)生能量貯存在ATP中；能量利用率高。生物氧化--糖、脂、蛋白等有機(jī)物在活細(xì)胞內(nèi)氧

化分解，并釋放能量的過程。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）無氧呼吸1.糖酵解由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反應(yīng)。葡萄糖氧化的第一階段。乳酸或乙醇等進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化為CO2和H2O，釋放更多能量普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月糖酵解過程普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.發(fā)酵途徑1）酒精發(fā)酵糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸最終生成酒精和二氧化碳

酵母、植物細(xì)胞（例：釀酒、勞糟）2）乳酸發(fā)酵糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸最終生成乳酸乳酸菌、高等動(dòng)物細(xì)胞(例：泡菜、人劇烈運(yùn)動(dòng))普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月人體細(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(shí)產(chǎn)生二氧化碳和水快跑，細(xì)胞將葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月丙酮酸乙酰輔酶A+CO2+NADH+H+。氧化脫羧1.檸檬酸循環(huán)[三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))、Krebs循環(huán)]是乙酰CoA脫羧、脫氫最終生成CO2的過程1分子丙酮酸經(jīng)有氧呼吸可生成15個(gè)ATP，整個(gè)有氧代謝1分子葡萄糖可產(chǎn)生38個(gè)ATP。進(jìn)入（二）有氧呼吸(線粒體內(nèi))檸檬酸循環(huán)是三大物質(zhì)代謝的中心普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

1）電子傳遞鏈線粒體內(nèi)膜上的一系列電子傳遞體組成，也稱為呼吸鏈。

目前公認(rèn)的氧化呼吸鏈傳遞電子的順序是：2）氧化磷酸化

由物質(zhì)氧化釋放能量，供給ADP磷酸化合成ATP的偶聯(lián)反應(yīng)稱為氧化磷酸化。底物（S）→NAD+→FMN→CoQ→Fe-S→Cytb→Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→1/2O22.電子傳遞和氧化磷酸化普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月糖酵解：底物水平的磷酸化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，可得6或8個(gè)ATPKrebs循環(huán)：底物水平的磷酸化2個(gè)ATP，脫氫反應(yīng)產(chǎn)生8個(gè)NADH和2個(gè)FADH2，可得30個(gè)ATP能量統(tǒng)計(jì)1分子葡萄糖徹底氧化分解共得：36或38個(gè)ATP普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）光合作用的發(fā)現(xiàn)和概念6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O綠色植物光綠色植物的光合作用可吸收CO2，放出O2細(xì)菌的光合作用是不產(chǎn)O2的。

三、光合作用普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1770年英國牧師

Priestley大玻璃罩老鼠蠟燭顯微鏡氣孔光合作用的早期研究1642年比利時(shí)科學(xué)家Helmont普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1941年同位素示蹤C(jī)O2+H218OCH2O+18O2

證明：H2O光解放出O2普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月葉綠體和光合膜光合膜是植物利用光能制造食物的最重要場(chǎng)所。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月光合色素：作用中心色素，少數(shù)葉綠素a分子聚光色素--葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素光系統(tǒng)：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功能單位。光系統(tǒng)I（PSI）含有被稱為“P700”的高度特化的葉綠素a光系統(tǒng)II（PSII）含有被稱為“P680”高度特化的葉綠素a1.光合色素與光系統(tǒng)（二）光合作用的簡單機(jī)理普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月光合色素

葉綠素a，

葉綠素b，

胡蘿卜素，

葉黃素，

藻膽素等

葉綠素a啟動(dòng)光反應(yīng)普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月激發(fā)態(tài)葉綠素分子被可見光激發(fā)，在光子驅(qū)動(dòng)下發(fā)生得失電子反應(yīng)---光化學(xué)反應(yīng)。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月光反應(yīng)：

光的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化（生成ATP和NADPH）。（在類囊體膜上進(jìn)行）暗反應(yīng)：

用光反應(yīng)所形成的能量（ATP和NADPH），將二氧化碳合成糖類。（在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行）2.光合作用的過程普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1．卡爾文循環(huán)：是所有植物光合作用碳同化的基本途徑2．C4途徑：二氧化碳先被固定再進(jìn)入卡爾文循環(huán)3．景天科植物酸代謝二氧化碳同化的途徑普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月光呼吸：綠色植物在光照條件下吸收氧氣，放出二氧化碳的過程，與光合作用密切聯(lián)系。3.光呼吸普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）原核生物的光合作用

某些細(xì)菌利用無機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能將CO2和水合成有機(jī)物的過程----化能合成作用如：硫細(xì)菌硝化細(xì)菌氫細(xì)菌普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）光能利用效率光能利用率：是單位面積上植物光合作用累積的有機(jī)物質(zhì)所含能量與照射在同一地面上日光能量的比率。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四、生物固氮作用生物固氮：固氮微生物將分子態(tài)氮還原為氨的過程。是由固氮酶催化的耗能反應(yīng)。固氮微生物：自生固氮微生物（有的放線菌）共生固氮微生物根瘤菌（與豆科植物根共生）魚腥藻（與紅浮萍共生）……普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月生物固氮的機(jī)理①固氮是一種還原過程，需要還原劑提供電子；②固氮過程需要能量作功；③只有在固氮酶的作用下，才能把氮還原成氨。普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月共生固氮體系紅浮萍大豆根瘤魚腥藻普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月生物固氮研究目標(biāo)1）有效利用自然界的生物固氮作用2）通過化學(xué)模擬，提高工業(yè)固氮的效率普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月本章結(jié)束普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月TCA再利用丙酮酸+輔酶A（CoA）葡萄糖酵解三羧酸循環(huán)普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月三羧酸循環(huán)是三大物質(zhì)代謝的中心普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電子傳遞鏈及結(jié)果普通生物學(xué)CAI課件上一頁下一頁本章目錄總目錄生命科學(xué)與理學(xué)院普通生物學(xué)課程組第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

底物水平磷酸化在磷酸化過程中，相關(guān)的酶將底物分子上的磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移到A