第三章 细胞的代谢.ppt

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1、第三章细胞的代谢,一、细胞与能量二、呼吸作用三、光合作用四、生物固氮作用,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,生命科学与理学院普通生物学课程组,总目录,一、细胞与能量,生命活动需要能量,生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量。生命世界能量的最初来源是光能。生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的。,代谢是化学物质和能量的转化过程物质和能量的转化在细胞内完成,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,（一）生物有序性与自由能,自由能：一种能在恒温恒压下作功的能量。G=H-TSG自由能，H热含量，T绝对温度，S熵,热力学第二定律：所有自

2、发过程总是伴随自由能的降低，即熵的增加，系统的无序性增大！生物有序性生物-开放系统，与环境进行物质与能量的交换,生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗争。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,（二）ATP的结构与功能,1.腺嘌呤核苷三磷酸(ATP),ATP,ATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量ATP+H2OADP+PiG=-33.44KJ/mol,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,2.ATP的生成,ADP+PATP,此过程称为磷酸化,若磷酸化所需能量来自化合物的氧化

3、分解-氧化磷酸化若磷酸化所需能量来自光能-光合磷酸化,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,细胞利用ATP完成各种工作，ATP是细胞中的“能量货币”。,3.ATP的生理功能,ATP是生物体内各种生化反应的直接能源。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,例：Ca2+的跨膜运输,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,活细胞是一个微小的化学工业园,在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应代谢是生物体内所有化学反应过程的总称细胞复杂的结构特别是

4、膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制和调节。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,代谢途径就像复杂道路交通图,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,二、呼吸作用,细胞呼吸-是生物体通过生物氧化获取化学能的过程。有机化合物+O2CO2+能量,不同于呼吸运动，但通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联的。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,生物氧化,生物氧化与化学氧化的区别:生物氧化分步骤进行；温和；由酶催化；产

5、生能量贮存在ATP中；能量利用率高。,生物氧化-糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧化分解，并释放能量的过程。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,（一）无氧呼吸,1.糖酵解由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。葡萄糖氧化的第一阶段。,乳酸或乙醇等,进入线粒体进一步氧化为CO2和H2O，释放更多能量,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,糖酵解过程,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,2.发酵途径,1）酒精发酵糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和

6、二氧化碳酵母、植物细胞（例：酿酒、劳糟）,2）乳酸发酵糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸乳酸菌、高等动物细胞(例：泡菜、人剧烈运动),普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,人体细胞的呼吸过程,慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳和水快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,1.柠檬酸循环三羧酸循环(TCA循环)、Krebs循环是乙酰CoA脱羧、脱氢最终生成CO2的过程1分子丙酮酸经有氧呼吸可生成15个ATP，整个有氧代谢1分子葡萄糖可产生

7、38个ATP。,进入,（二）有氧呼吸(线粒体内),柠檬酸循环是三大物质代谢的中心,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,1）电子传递链线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链。目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：,2）氧化磷酸化由物质氧化释放能量，供给ADP磷酸化合成ATP的偶联反应称为氧化磷酸化。,底物（S）NAD+FMNCoQFe-SCytbCytc1CytcCytaCyta31/2O2,2.电子传递和氧化磷酸化,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,糖酵解：底物水平的磷酸化4

8、个ATP，己糖活化消耗2个ATP，脱氢反应产生2个NADH，可得6或8个ATPKrebs循环：底物水平的磷酸化2个ATP，脱氢反应产生8个NADH和2个FADH2，可得30个ATP,能量统计,1分子葡萄糖彻底氧化分解共得：36或38个ATP,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,（一）光合作用的发现和概念,6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O,绿色植物,光,绿色植物的光合作用可吸收CO2，放出O2细菌的光合作用是不产O2的。,三、光合作用,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组

9、,1770年英国牧师Priestley大玻璃罩老鼠蜡烛,显微镜气孔,光合作用的早期研究,1642年比利时科学家Helmont,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,1941年同位素示踪CO2+H218OCH2O+18O2证明：H2O光解放出O2,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,叶绿体和光合膜,光合膜是植物利用光能制造食物的最重要场所。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光合色素：作用中心色素，少数叶绿素a分子聚光色素-叶绿素a、叶

10、绿素b、胡萝卜素光系统：由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等组成的功能单位。光系统I（PSI）含有被称为“P700”的高度特化的叶绿素a光系统II（PSII）含有被称为“P680”高度特化的叶绿素a,1.光合色素与光系统,（二）光合作用的简单机理,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光合色素叶绿素a，叶绿素b，胡萝卜素，叶黄素，藻胆素等叶绿素a启动光反应,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,激发态,叶绿素分子被可见光激发，在光子驱动下发生得失电子反应-光化学反应。,普通生

11、物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光反应：光的吸收、传递和转化（生成ATP和NADPH）。（在类囊体膜上进行）暗反应：用光反应所形成的能量（ATP和NADPH），将二氧化碳合成糖类。（在叶绿体基质中进行）,2.光合作用的过程,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,1卡尔文循环：是所有植物光合作用碳同化的基本途径2C4途径：二氧化碳先被固定再进入卡尔文循环3景天科植物酸代谢,二氧化碳同化的途径,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光呼吸：绿色

12、植物在光照条件下吸收氧气，放出二氧化碳的过程，与光合作用密切联系。,3.光呼吸,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,（三）原核生物的光合作用,某些细菌利用无机物氧化释放的化学能将CO2和水合成有机物的过程-化能合成作用,如：硫细菌硝化细菌氢细菌,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,（四）光能利用效率,光能利用率：是单位面积上植物光合作用累积的有机物质所含能量与照射在同一地面上日光能量的比率。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,四、生

13、物固氮作用,生物固氮：固氮微生物将分子态氮还原为氨的过程。是由固氮酶催化的耗能反应。,固氮微生物：自生固氮微生物（有的放线菌）共生固氮微生物根瘤菌（与豆科植物根共生）鱼腥藻（与红浮萍共生）,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,生物固氮的机理,固氮是一种还原过程，需要还原剂提供电子；固氮过程需要能量作功；只有在固氮酶的作用下，才能把氮还原成氨。,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,共生固氮体系,红浮萍,大豆根瘤,鱼腥藻,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学

14、院普通生物学课程组,生物固氮研究目标,1）有效利用自然界的生物固氮作用2）通过化学模拟，提高工业固氮的效率,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,本章结束,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,TCA,再利用,丙酮酸+辅酶A（CoA）,葡萄糖,酵解,三羧酸循环,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,三羧酸循环是三大物质代谢的中心,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,电子传递链及结果,普通

15、生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,底物水平磷酸化,在磷酸化过程中，相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光合作用全程浏览,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光合作用示意图,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光合磷酸化途径和电子传递链,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,暗反应,12NADPH+12H+18ATP+6CO2C6H12O6+12NADP+18ADP+18Pi,Calvin循环：叶绿体基质中不断消耗ATP和NADPH，固定CO2形成葡萄糖的循环反应固定3分子二氧化碳需要9个ATP和6个NADPH,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,光呼吸,卡尔文循环,3分子,O2,乙醇酸,CO2,光呼吸,普通生物学CAI课件,上一页,下一页,本章目录,总目录,生命科学与理学院普通生物学课程组,