生物奥赛普通生物学课件之四.ppt

生活细胞通过代谢活动，不断从环境中取得能和各种必需的物质，来维持自身高度复杂的有序结构，并保证细胞生长、发育和分裂等活动的正常进行。开放系统开放系统不断地同环境进行物质和能的交换。耗散结构耗散结构依靠环境不断供应自由能维持其有序性细胞中能的转换类型多种多样。一、生命和能细胞和生物体细胞和生物体可逆反应可逆反应化学平衡化学平衡放能反应放能反应吸能反应吸能反应耦联反应耦联反应二、化学平衡酶酶 三、酶细胞中促进化学反应速度的催化剂;2000多种;在非细胞条件下也能发挥作用。1 1、酶促反应的特点和作用机制、酶促反应的特点和作用机制特点：催化效率高；有高度的特异性。酶-底物复合物学说：酶催化E+S E-S E+P酶的活性部位：酶的活性部位：球蛋白表面的小凹或沟状部分。它的精确结构决定酶的特异性。酶活性中心和底物结合的机理：酶活性中心和底物结合的机理：锁-钥模型；诱导-楔合模型。酶酶-底物复合物学说的证据：底物复合物学说的证据：过氧化物H2O2降解为水和氧的反应。棕色-绿色-淡红色-棕色。酶分子中的非蛋白质部分，称作辅助因子。有机化合物性质的辅助因子，称作辅酶。辅酶 I（NAD+）辅酶 II（NADP+）黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）辅酶 Q（CoQ）辅酶 A（CoA）生物素（biotin）H 原子（电子）H 原子（电子）H 原子（电子）H 原子（电子）H 原子（电子）酰基 羧基 、辅助因子、辅助因子辅酶辅酶传递传递酶的抑制剂：不可逆抑制剂和可逆抑制剂。不可逆抑制剂：、酶活性的抑制、酶活性的抑制可逆抑制剂：竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂。能与酶分子结合，使之永久失活，甚至使酶分子受到破坏。杀虫剂、抗菌素。有机磷杀虫剂抑制乙酰胆碱脂酶，青霉素抑制细菌转肽酶。不同的酶促反应可以彼此顺序连接起来，形成酶促反应序列。4 4、酶促反应的序列、酶促反应的序列ABCDE 最后产物。最后产物。细胞色素是细胞氧化还原反应中重要的电子传递体，该类蛋白含有有一个铁原子的血红素辅基，和血红蛋白含铁辅基相似。细胞色素有a、a3、b、c、f等。细胞中的氧化还原反应还常包含氢的传递和转移。细胞中能直接从底物取得电子和氢的传递体称为初级电子受体，包括辅酶I、辅酶II、FMN、FAD等。还原态的初级电子受体，即NADH、NADPH、FMNH2和FADH2，可再将所接受的电子和氢传递给其它传递体，如细胞色素和辅酶Q等。生物氧化和非生物氧化进行的方式很不一样。四、细胞内氧化还原反应五、细胞呼吸作用所有细胞都必须通过氧化有机物释放能量，供生命活动之需。细胞氧化有机物以获取能并产生CO2的过程成为细胞的呼吸作用。以葡萄糖的氧化为例，呼吸作用可分为四个部分：1）糖酵解；2）丙酮酸氧化脱羧；3）三羧酸循环；4）氧化磷酸化。反应式：C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能糖酵解包括一系列反应，都在细胞质中发生，而且不许要氧。总反应：总反应：葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：底物上的高能磷酸键转移到ADP，生成ATP的磷酸化。1 1、糖酵解、糖酵解糖酵解产生的丙酮酸，在线粒体中继续被氧化。首先丙酮酸氧化脱羧，与辅酶A结合成为活化的乙酰辅酶A（乙酰CoA）。这一过程释放出1分子CO2以及还原1分子NAD+。产生的乙酰CoA进入三羧酸循环。丙酮酸的氧化脱羧和三羧酸循环都在线粒体的基质中进行。2 2、丙酮酸氧化脱羧、丙酮酸氧化脱羧三羧酸循环也称Krebs循环或柠檬酸循环循环或柠檬酸循环。三羧酸循环中的酶，除琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜上外，其余均在线粒体基质中。1分子葡萄糖在三羧酸循环中共产生4个CO2分子，6个NADH分子，2个FADH2分子和2个ATP分子。各种细胞的呼吸作用都有三羧酸循环；三羧酸循环是最经济和最有效率的氧化系统。3 3、三羧酸循环、三羧酸循环呼吸链：呼吸链：存在于线粒体内膜上的一系列电子传递体组成的电子传递链。糖酵解和三羧酸循环产生的NADH和FANH2中的高能电子，沿着呼吸链上各电子传递体的氧化还原反应而从高能水平向低能水平顺序传递，最后到达分子氧。4 4、氧化磷酸化、氧化磷酸化氧化磷酸化：氧化磷酸化：呼吸链上电子传递过程中所释放的能，通过磷酸化而被储存到ATP中，这一过程称作氧化磷酸化。化学渗透学说：化学渗透学说：用来解释氧化磷酸化的机制。1分子葡萄糖经过呼吸作用产生的ATP统计：糖酵解 底物水平的磷酸化 己糖分子活化 产生2NADH 4ATP（细胞质）-2ATP（细胞质）4或6ATP（线粒体）丙酮酸脱羧 2NADH 6 ATP（线粒体）三羧酸循环 底物水平磷酸化 产生6NADH 产生2FADH2 2ATP（线粒体）18ATP（线粒体）4ATP（线粒体）总计 36或38ATP 磷酸甘油环路和苹果酸-天冬氨酸环路5 5、呼吸作用产生的、呼吸作用产生的ATPATP统计统计6 6、无氧途径、无氧途径无氧呼吸：无机物代替氧作为最终的电子受体进行呼吸。发酵：厌氧细菌和酵母菌在无氧条件下获取能量的过程。酒精发酵酒精发酵:1葡萄糖2丙酮酸2乙醛2乙醇NADH+H+2ATP+2CO2+2H2ONAD+乳酸发酵乳酸发酵:葡萄糖2丙酮酸2乳酸+2ATP+2H2O氨基酸氧化：氨基酸氧化：先脱氨，再进入呼吸代谢途径。脂肪酸氧化：脂肪酸氧化：转化为乙酰CoA，再进入三羧酸循环。7 7、其它营养物质的氧化、其它营养物质的氧化氨基酸和脂肪酸的氧化，都首先转化为某种中间代谢物，再进入糖酵解或三羧酸循环。各种生命活动都需要能：8 8、能的利用、能的利用细胞生长、分裂；恒温动物维持体温；细胞主动运输；动物机械活动；发光、放电等。光合作用：光合作用：是指自养绿色植物将光能转换为有机分子的化学能的过程。六、光合作用光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的基础。1 1、研究历史、研究历史柳树实验：柳树实验：17世纪van Helmont做的实验。2.3kg植株种在90.8kg干土中，雨水浇5a后，小柳树重76.7kg，而土仅减少57g。因此，他认为植物是从水中取得所需的物质。Joseph Priestley（1772）；Jan Ingenhousz（1779）；J.Senebier（1782）；N.T.De Saussure（1804）；J.Sachs（1864）6CO2+6H2O光C6H12O6+6O2绿色细胞v希尔反应：1937年，R.Hill用离体叶绿体培养证明，光合作用放出的O2，来自H2O。v1940年代，用18O同位素示踪，更进一步证明光合作用放出的O2，来自H2O。v20世纪30年代，von Niel提出光合作用的通式：CO2+2H2A（CH2O）+2A+H2OH2O+AAH2+1/2O26CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2光反应：光反应：光反应中发生水的光解、O2的释放和ATP及NADPH的生成。暗反应：暗反应：利用光反应形成的ATP和NADPH，将CO2还原为糖。2 2、光反应和暗反应光反应和暗反应光反应发生在叶绿体的类囊体膜中，需要光；暗反应发生在叶绿体基质中，不需光。反应反应 主要事件主要事件 需要的物质需要的物质 最终产物最终产物 1 1、光反应、光反应 （类囊体膜（类囊体膜)光化学反应光化学反应 电子传递电子传递 化学渗透化学渗透 利用光能使水光解，合成利用光能使水光解，合成 ATPATP 和还原和还原NADPNADP+(即即 NADPH)NADPH)叶绿素激发；反应中心将高能电子传叶绿素激发；反应中心将高能电子传递给电子受体递给电子受体 电子沿着类囊体膜上的电子传递链电子沿着类囊体膜上的电子传递链传递，并最终还原传递，并最终还原 NADPNADP+；水的光解；水的光解提供的提供的 H H+积累于类囊体内积累于类囊体内 质子穿越类囊体膜进入类囊体；在类质子穿越类囊体膜进入类囊体；在类囊体和基质间形成质子梯度；质子通囊体和基质间形成质子梯度；质子通过由过由 ATPATP 合成酶复合物构成的特殊合成酶复合物构成的特殊通道回到基质中；通道回到基质中；ATPATP 生成生成 光能；光合色光能；光合色素素 电子；电子；NADPNADP+；H H2 20 0 质子梯度质子梯度 ADPADP+PiPi 电子电子 NADPH+HNADPH+H+；O O2 2；H H+ATPATP 2 2、暗反应、暗反应 (基质基质)COCO2 2：固定，即：固定，即 COCO2 2与一有机化合物结与一有机化合物结合合 二磷酸核酮二磷酸核酮糖；糖；COCO2 2；ATPATP；NADPH+HNADPH+H+糖；糖；ADP+PiADP+Pi，NADPNADP+在高等植物中，光合色素位于类囊体膜中。种类有叶绿素a、叶绿素b、胡罗卜素、叶黄素作用光谱：不同波长的光所引起的光合作用的效率。C.Engelmann实验：水绵，好氧细菌，棱镜。3 3、光合色素和光系统、光合色素和光系统（1 1）光合色素）光合色素光系统：由光合色素组成的特殊功能单位。每一系统包含250-400个叶绿素和其他色素分子。分光系统I和光系统II。（2 2）光系统）光系统光系统I（PSI）：P700是反应中心；天线叶绿素。光系统II（PSII）：P680。2个光系统之间有电子传递链相连接。光合链光合磷酸化环式光合磷酸化非环式光合磷酸化4 4、电子传递和光合磷酸化（光反应）、电子传递和光合磷酸化（光反应）暗反应 叶绿体基质中进行；光反应中生成的ATP和NADPH在CO2的还原中被用作能源和还原物质。RuBP羧化酶羧化酶（Rubisco）Calvin循环循环：生产一个可用于细胞代谢和合成的PGAL，需要9个ATP分子和6个NADPH分子参与。5 5、二氧化碳还原、二氧化碳还原糖的合成（暗反应）糖的合成（暗反应）C4途径和途径和C4植物：植物：CO2固定的第一个产物是四碳的草酰乙酸，因而称C4途径。具有这一CO2固定途径的植物称为C4植物。6 6、C4C4途径途径C3和C4叶结构的不同。C3途径和途径和C3植物：植物：CO2固定的第一个产物是三碳的3-磷酸甘油酸，因而称C3途径。具有这一CO2固定途径的植物称为C3植物。光呼吸：植物只在光照下发生的吸收O2、释放CO2的呼吸。7 7、光呼吸、光呼吸过程：乙醇酸在过氧化物酶体中氧化。乙醇酸来自于叶绿体。代谢反应都是酶促反应；一系列酶促反应连接成一完整的代谢途径；放能反应与ATP的合成相耦联，而需能反应与ATP的分解相耦联。七、细胞中各种物质代谢的相互关系分解代谢和合成代谢的过程可分成三个阶段。各种分子代谢的途径是相同的。