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1 第五章物质代谢与能量转换 新陈代谢是生命的基本特征之一 新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称, 它包括物质代谢和能量代谢两个方面 物质代谢 : 合成代谢和分解代谢 能量代谢 : 放能代谢和吸能代谢 物质代谢和能量代谢是密不可分

2 物质代谢和能量代谢的关系 合成代谢 : 由小分子合成生物大分子的耗能过程 ; 分解代谢 : 将生物大分子分解成小分子的放能过程 ;

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4 新陈代谢的类型 : 自养型 (autotroph) h 与异养型 (heterotroph) 自养型 : 能够利用无机物合成细胞物质 异养型 : 必需利用小分子有机物才能合成细胞自身的大分子

5 需氧型 兼性厌氧型和厌氧型 按呼吸类型不同分为 : 需氧型 : 依靠游离氧, 分解有机物以获取能量 ; 兼性厌氧型 : 有无 O 2 均可生活 ; 厌氧型 : 进行无氧代谢, 有 O 2 抑制其代谢活动

6 自养型异养型

7 新陈代谢的特点 严格的细胞内定位 细胞内的区域化 是功能定位的基础 特异的温和的酶促反应 严谨的反应顺序 具有高效的自我调控机制 形成高度有序的代谢网络

8 严格的细胞内定位 酶在细胞内有一定的布局和定位 催化不同代谢途径的酶类, 往往分别组成各种多酶体系 多酶体系存在于一定的亚细胞结构区域中, 或存在于胞质中, 这种现象称为酶的区域化 功能 : 浓缩效应, 防止干扰, 便于调节 胞质 : 糖酵解, 糖原合成, 磷酸成糖途径, 脂肪酸合成, 部分蛋白质合成, 尿素循环 ( 还有肝细胞线粒体 ) 线粒体 : 脂肪酸 β 氧化, 三羧酸循环, 呼吸链, 氧化磷酸化氨基酸分解细胞核叶绿体线粒体 : 核酸的合成 修饰以及转录 叶绿体 : 糖类合成粗面内质网 : 部分蛋白质合成 ( 膜与分泌蛋白, 溶酶体蛋白 ) 光滑内质网 : 脂类和胆固醇的合成溶酶体 : 多种水解酶高尔基体 : 翻译后加工糖基化

9 细胞内的代谢过程是连续的, 是一环扣一环的, 前一反应的产物即后一反应的底物 途径有线性和分支之分 严谨的反应顺序

10 第一节 生物体内的物质转运

11 一生物体内的物质转运 体内转运 : 循环系统 ( 动物 ), 导管与筛管 ( 植物 ) 细胞 ( 内外 ) 转运 -- 进入细胞以及细胞内部转运 小分子物质的跨膜运输 大分子或颗粒性物质的跨膜运输

12 小分子物质的跨膜运输 被动运输 (passive transport)---- t t) 分子由浓度较高的一侧通过细胞膜向浓度较低的一侧转运, 不需要提供能量 自由扩散 (simple diffusion): 不需膜蛋白的协助, 转运速率取决于被转运分子的大小与极性 协助扩散 (facilitated diffusion): 需要膜蛋白的协助, 转运的速率和特异性极高 主动运输 (active transport)---- 分子由浓度较低的一侧 通过细胞膜向浓度较高的一侧转运, 需要提供能量 如 : Na + K + 泵, H + 泵, Ca 2+ 泵等 协同运输 (cotransport) 物质跨膜运动所需要的能量来自 膜两侧离子的电化学浓度梯度, 而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵 动物细胞常利用 Na+ 浓度梯度, 植物细胞和细菌常利用 H+ 浓度梯度来驱动

13 大分子或颗粒性物质的跨膜运输 胞吞作用 : 细胞内陷, 将外界物质裹进细胞内形成胞吞泡 胞饮作用 (pinocytosis): 胞吞物为液体 状和较小的物质, 形成的胞吞泡小于 0 15 微米, 有笼形蛋白 (clathrin) 参与 吞噬作用 (phagocytosis): 胞吞物为大的 颗粒状物质, 形成的胞吞泡大于 0 25 微米, 肌动蛋白 (actin) 参与

14 跨膜运输的方式

15 逐极性分子不带电的稍大分子 ( 葡萄糖核苷酸氨基酸 ) 物质的跨膜运输 运输物质的分类 脂溶性分子 水溶性分子 通透性逐渐减小 非极性分子 :CO 2 O 2 N 2 通不带电的小分子 (H2O CO2 尿素甘油 ) 不带电的稍大分子 ( 葡萄糖核苷酸氨基酸 ) 带电的离子 (K + Na + Ca 2+ Cl - ) 大分子及其颗粒性物质 透性渐减小极性分子

16 物质的跨膜运输 --- 自由扩散

17 协助扩散 : 某些溶质在特异性膜蛋白的帮助下扩散 ( 离子通道 )

18 Na +-K +泵(主动运输)

19 主动运输 质子泵

20 协同运输 (cotransport): 由钠 / 钾离子泵 ( 或质子泵 ) 与载体蛋白协同作用, 逆浓度梯度, 间接耗能所完成的主动运输

21 协同运输 (coupled transport):

22 葡萄糖协同运输协助扩散 ( 小肠上皮, 肾小管管壁上皮细胞 ) ( 大多数细胞 ) 氨基酸 : 协同运输协助扩散 ( 小肠上皮, 肾小管管壁上皮细胞 ) 核苷酸 : 协同运输 协助扩散 脂肪酸 : 被动运输 脂溶性分子 Na+ 内流是协助扩散, 外流是主动运输 K+ 内流是主动运输, 外流是协助扩散 水分子是简单扩散或协助扩散运输 ( 水通道蛋白 ) Na + - 葡萄糖同向转运体 氢离子 - 蔗糖共运输 ( 植物细胞 ) Na + - 氨基酸同向转运体

23 大分子或颗粒性物质的跨膜运输 胞吞作用 : 细胞内陷, 将外界物质裹进细胞内形成胞吞泡 涉及膜融合和膜泡转运, 主动运输 受体介导和非受体介导 1. 胞饮作用 (pinocytosis): 胞吞物为液体状和较小的物质, 形成的胞吞泡小于 0 15 微米, 有笼形蛋白 (clathrin) 参与 2. 吞噬作用 (phagocytosis): 胞吞物为大的颗粒状 物质, 形成的胞吞泡大于 0 25 微米, 肌动蛋白 (actin) 参与 物质形成胞吞大微米蛋 ) 与多细胞动物, 一些特化细胞如巨噬细胞和中性粒细胞

24 受体介导的胞饮过程 某些病毒通过胞饮过程侵入细胞

25 吞噬作用

26 胞饮与胞吐作用

27 家族性血胆甾醇过多 (familial hypercholesterolemia FH) 纯合体的个体含有致病基因会导致严重增加血清胆固醇浓度 这种病常常导致阻断动脉 ( 动脉粥样硬化 ), 并且通常在患者 20 岁之前就死于心脏病 在当时, 几乎没有人知道这种致病的生理原理 而且, 目前尚无特效药物可以治疗

28 LDL( 低密度脂蛋白 ) 受体广泛分布于肝脏 动脉壁平滑肌细胞 肾上腺皮质细胞 血管内皮细胞 淋巴细胞 单核细胞 巨噬细胞, 各组织或细胞的 LDL 受体活性差别很大 LDL 受体主要功能是通过摄取胆固醇进入细胞内, 用于细胞增殖和固醇类激素及胆汁酸盐的合成等

29 Michael S.Brown & Joseph L.Goldstein,1985

30 家族性血胆甾醇过多 (familial hypercholesterolemia FH) LDL 受体的缺陷, 导致受体结合脂 蛋白不能被内化, 所以就不能被传 送至细胞质的溶 酶体进行加工

31 第五章物质代谢与能量转换 第二节能量转换 一 细胞的能量货币 ATP 二 绿色植物的光合作用 三 生物氧化 四 生物体内的代谢网络

32 一 生物的能量通用货币 ATP 代谢过程中能量的转移 储存与利用 三磷酸腺苷 (ATP)

33 ATP 结构

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35 ATP 是生物体自由能的通用货币 生命机体内, 具有高能键的化合物很多 : 磷氧键型 ;ATP, 磷酸甘油 乙酰磷酸等. 氮磷键型 : 磷酸肌酸 磷酸精氨酸磷酸精氨酸 ; 硫酯键型 : 酯酰 CoA 等 ; 甲硫键型 :S- 腺苷甲硫氨酸 高能化合物间可相互转化, 以满足机体的需要, 其中 ATP 最容易被机体利用

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37 磷酸肌酸的生成 H 2N + H 2 N + H O C-NH 2 ATP ADP C-N~P-OH H 3 C-N H 3 C-N OH CH 2 CH 2 COO - 肌酸激酶 COO - 肌酸 磷酸肌酸 (CP) 肌肉和脑组织中能量的贮存形式

38 生物系统中的能流 ADP ATP 是细胞内的 能量通货 ATP 是生物系统能量交换的中心

39 是ATP 能量流通的货币

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41 电子传递载体 NAD + ( 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 ) NADP + ( 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 ) FAD + 黄素腺嘌呤二核苷酸

42 ATP 与生命活动 转移到其它分子中储存 : ATP+ 肌酸 ADP+ 磷酸肌酸 ; 用于耗能作功 : 一个人在静卧情况下每 24 小时, 消耗 40kgATP; 一个人在重体力劳动情况每 24 小时, 消耗 1000kgATP 运动 ( 机械能 ) 物质吸收 ( 渗透能 ) 生物合成 ( 化学能 ) 生物电 ( 电能 ) 体温 ( 热能 ) 生物发光 ( 光能 )

43 其它核苷三磷酸 UTP CTP GTP 中的高能磷酸基团均来自 ATP GDP 核苷二磷酸激酶 GTP ATP + UDP ADP + UTP CDP CTP 高能键转移 ATP + UDP CDP UTP( 糖原合成 ) ADP + CTP( 磷脂合成 ) GDP GTP( 蛋白质合成 )

44 化学能转化为机械能

45 二 绿色植物的光合作用 (photosynthesis) 人类应向叶绿体 ( 素 ) 脱帽致敬 生命世界最初的能量来源于太阳能 光合作用是自然界通过自养生物 ( 绿色植物和光合细菌 ) 将光能转变为化学能的主要途径 叶绿体是绿色植物光合作用的器官

46 光合作用的研究历史 1771 年, 英国科学家普利斯特利把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里, 蜡烛不久就熄灭了, 小白鼠很快也死去了 他把两盆植物分别放到两个密闭的玻璃罩里 他发现植物能够长时间地活着, 蜡烛没有熄灭, 小鼠活动正常 植物可以在光下净化 坏了 的空气光合作用

47 光合作用概述 定义及公式 1 定义 : 绿色植物吸收阳光的能量, 同化二氧化碳和水, 制造有机物并释放氧气的过程 光 2 公式 : 6CO + 12H O * 2 2 叶绿体 C 6 H 12 O 6 +6H 2 O+6O 2 *

48 绿叶中的光合作用

49 叶绿体及光合色素 叶绿体的结构 1 双层膜 : 内膜为选择性屏障 2 基质 :CO2 同化 ; 淀粉形成 3 基粒 : 由类囊体垛叠而成的绿色颗粒 叶绿体的结构

50 光合作用的总过程 光反应 光 NADPH NADP + ATP ADP+PiPi 电子传递链 暗反应 : CO 2 糖类 NADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸

51 电子传递载体 NADP + ( 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 ) 光合作用 NAD + ( 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 ) FAD + 黄素腺嘌呤二核苷酸

52 光合作用中光能转化过程 光能转化成电能 电能转化成活跃化学能 活跃化学能转化成稳定的化学能

53 光合色素 ( 叶绿素和类胡萝卜素 ) 1 叶绿素 :Chlorophyll,Chl 2 类胡萝卜素 : Chla: 蓝绿色, 吸收兰紫光和红光, 大部分用于捕光, 少部分用于转化光能 Chlb: 黄绿色, 吸收蓝光和橙光, 全部用于捕光 胡萝卜素 : 叶黄素 : 聚光作用, 消耗多余光能

54 光能在色素中的转移 在光的照射下, 具有吸收和传递光能作用 的色素, 将吸收的光能传到处在特殊状态 的的叶绿素 a 上

55 电子传递与光合磷酸化堆 光反应 PQ: 质体醌 PC: 质体蓝素 NADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸基质 +2e PQ 穿梭 膜腔

56 光合作用 : 光反应和暗反应 光反应 : 由光所引起的一系列光物理和光化学反应, 发生在类囊体片层中 光能的吸收 传递和转换 光反应系统 Ⅰ(PSⅠ): 反应中心色素 ( 叶绿素 a)p700 聚光复合体和电子受体, 含有被称为 P700 的高度特化的叶绿素 a 光反应系统 Ⅱ(PSⅡ): 反应中心色素 ( 叶绿素 a)p680 聚光复合体和放氧复合体, 含有被称为 P680 高度特化的叶绿素 a

57 光系统 II 和光系统 I 的协同作用

58 光合磷酸化 利用贮存在跨类囊体膜的质子梯度的光能把 ADP 和无机磷合成为 ATP 的过程 与电子传递相偶联 1) 光合磷酸化机理 普遍被接受的是米切尔 (Mitchell) 的化学渗透学说 根据化学渗透学说, 光合电子传递的作用是建立一个跨类囊体膜的质子动力势, 在质子动力势的作用下, 类囊体膜上的 ATP 合成酶合成 ATP 根据化学渗透学说, 光合磷酸化过程可分为两个阶段, 一是质子动力势的建立, 二 Peter Mitchell ( ) 是 ATP 的合成 The 1978 Nobel Prize laureate in Chemistry

59 化学渗透假说简单示意图 H 2 O O 2 e - 基质 ATP ADP + Pi H ATP 合成酶 H + 膜腔

60 ATP 合成酶

61 电子传递与光合磷酸化

62 光反应

63 电子传递与光合磷酸化 : 将光能转换为化学能, 储存在 ATP 和 NADPH 中, 同时水被光解生成分子氧

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65 暗反应 : 利用光反应生成的活跃的化学能 (ATP 和 NADPH) 固定 CO 2 生成糖的过程 暗反应在叶绿体基质中进行

66 暗反应 ( 碳同化 ) 场所 : 叶绿体基质 C 3 途径 ( 卡尔文循环 ) 基本途径, 所有植物必经之路 同化途径 : C 4 途径 ( 四碳二羧酸途径 ) CO 2 固定的分支,C 4 植物特有 CAM 途径 ( 景天科酸代谢途径 ) CO 2 固定的分支,CAM 植物特有 CO 2 C 4 途径 CAM 途径固定 CO 2 CO 2 C3 途径 糖

67 文循环GAP 核酮糖二磷酸羧化酶 ) ( 羧化酶 ) 卡Rubisco(RuBP 羧化酶 ) 尔(3- 磷酸甘油醛 )

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69 GAP (3- 磷酸甘油醛 ) GAP 是一种三碳糖, 可以稳定的贮存能量, 至此, 消耗的光反应的 ATP 和 NADPH, 使光能转化为稳定的化学能, 光合的贮能过程结束 GAP 的出路 叶绿体内 淀粉或葡萄糖 ( 贮存形式 ) 细胞质 蔗糖 ( 运输形式 )

70 C4 途径 研究历史 : CO 2 固定的最初产物为四碳化合物的途径 1965 年发现甘蔗光合时, 14 CO 2 在 1 秒钟内, 80% 在苹果酸和天冬氨酸中, 只有 10% 在 GAP 中 后来, 在研究玉米光合作用时, 证实 CO 2 被固定后的最初产物不是三碳化合物, 而是四碳的二羧酸, 草酰乙酸 草酰乙酸不稳定草酰乙酸不稳定, 很快转变为苹果酸 由此发现一个新的 CO 2 固定途径

71 C 4 植物具有高效利用 CO 2 能力 具有 C 4 途径的植物称为 C 4 植物 只具有 4 4 C 3 途径的植物称为 C 3 植物 在农作物中, 只有玉米 高粱 甘蔗等属于 C 4 植物 而其它的农作物, 如水稻 小麦 大豆都属于 C 3 植物, 大多数树木等也属于 C 3 植物

72 C4 途径

73 仙人掌昙花CAM 途径 ( 景天科酸代谢途径 ) 景天科酸代谢植物 ( 景天科 仙人掌和菠萝等 ), 通过白天减少有机酸, 晚上增加有机酸, 而固定 CO 2 的光合途径 瓦松龙舌兰落地生根芦荟

74 气孔开放夜间CAM 途径 景天科酸代谢植物的特点 : 气孔昼闭夜开 1) 过程 : 白天气孔关闭 C4 途径 CO 2 增加 草酰乙酸 苹果酸进入胞质脱羧 CO 2 ( 酸减少 ) 苹果酸 ( 增加 ) 进入液泡贮存 C 3 途径 PGA

75 C4 及景天酸植物与 C3 植物的比较

76 光反应和暗反应的比较 光反应暗反应 条件有光 色素能量 多种酶 场所发生的反应产物 基粒片层膜上 基质中 1. 水的光解 1.CO2 的固定 2.ATP 的生成 2.C3 的还原 [H] ATP NADPH O 2 C 2 HO ADP NADP + Pi 能量变化光能 ATP 中活跃化学能稳定化学能 关系 光反应 [H] ATP ADP Pi 暗反应

77 光合作用的意义 环境保护 : 空气净化器, 保持 CO 2 和 O 2 的平衡 植物减少,CO2 增加, 产生温室效应 干旱沙漠化 冰川融解

78 粮食危机 世界卫生组织的年度报告说, 世界上每 14 个儿童中就有一人因为营养不良死亡, 在不发达国家, 儿童死亡人数有 50% 是营养不良造成的 研究光合作用机理能够提高产量

79 三 生物氧化 细胞主要的获能方式 生物氧化的概念与特征 : 生物氧化的概念是指糖 脂类 蛋白质等有机化合物在细胞内氧化分解为 CO 2 和 H 2 O, 并释放能量的过程

80 生物氧化的过程 糖酵解 在细胞质基质中进行, 不需要 O 2 维持细胞基本能源供应的形式, 也是生物进化中古老的代谢途径 反应过程 丙酮酸在无氧条件下的命运

81 糖酵解途径

82 糖酵解途径 乙醇发酵 乳酸发酵

83 无氧呼吸意义 乳酸发酵 ( 动物, 植物和微生物 ) 乙醇发酵 ( 酵母, 植物和微生物 )

84 糖异生 乳酸循环 Cori 循环 葡萄糖 乳酸的命运 * 肝脏 血液 丙酮酸乳酸葡萄糖 1 乳酸再利用, 避免了乳酸的损失 2 防止乳酸的堆积引起酸中毒 3 应急能量供给 * 肌肉 丙酮酸 乳酸

85 1 糖酵解生化 2 反应过程 5 异构体转换 6 3 共有 10 步反应组成 7 个可逆, 3 个不可逆激酶参与 4 个反应,1 个不可逆 4 反应 1 葡萄糖磷酸化控制葡萄糖的逃逸带负电, 不稳定反应 3 磷酸果糖激酶限速反应 ( 还有 1,10) 反应 45 4,5 裂解葡萄糖甘油醛 -3- 磷酸的消耗 7 驱动反应向下进行反应 6 8 生成 NADH 唯一氧化还原反应 10 反应 7,10 9 生成 ATP 底物磷酸化

86 NADH 和丙酮酸的去向 有氧还是无氧?? 在有氧状态下 NADH 和丙酮酸的命运 (1)NADH 的命运 NADH 在呼吸链被彻底氧化成 H 2 O 并产生更多的 ATP (2) 丙酮酸的命运丙酮酸进入线粒体基质, 被基质内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰 -CoA 在缺氧状态或无氧状态下 NADH 和丙酮酸的命运 (1) 乳酸发酵 (2) 酒精发酵

87 三羧酸循环 在细胞线粒体基质中进行, 需 O 2 反应过程 ; 细胞内物质代谢的最后共同途径 ; 反应过程

88 电子传递载体 NADP + ( 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 ) 光合作用 NAD + ( 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 ) FAD + 黄素腺嘌呤二核苷酸

89 三羧酸循环 - 丙酮酸进入线粒体的转运 线粒体外膜 丙酮酸 细胞质基质 线粒体内膜丙酮酸转运酶丙酮酸线粒体基质 1. 线粒体外膜通透性较大, 丙酮酸可扩散穿过 2. 线粒体丙酮酸穿过内膜需要质子的浓度梯度 3. 协同运输

90 三羧酸丙酮酸循环准备乙酰辅酶 A CH 3 CO-SCoA 辅酶 A 循环 乙酰基 - 辅酶 A 乙酰辅酶 A 丙酮酸脱氢酶复合体 : 是一种催化丙酮酸脱羧反应的多酶复合体, 由三种酶 ( 丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酸转乙酰基酶 二氢硫辛酸脱氢酶 ) 和六种辅助因子 ( 焦磷酸硫胺素 硫辛酸 FAD NAD CoA 和 Mg 离子 ) 组成, 在它们的协同作用下, 使丙酮酸转变为乙酰 CoA 和 CO2

91 三酸循a 酮戊二酸环a- 酮戊二酸 丙酮酸 草酰乙酸 乙酰辅酶 A 羧柠檬酸 苹果酸 琥珀酸

92 三 羧 酸 三羧酸循环柠檬酸循环 Krebs 循环 循 环

93 三羧酸循环 途径 共 8 酶, 催化 9 个反应彻底氧化分解一分子乙酰辅酶分子乙酰辅酶 A 包括 特点 两次脱羧 2CO 2 四次脱氢 3 次 / NADH 1 次 / FADH2 一次底物磷酸化产能 在有氧条件下是产生能量的主要途径 三羧酸循环是单向不可逆转的 三羧酸循环的中间物质必需补充与更新

94 三羧酸产能 延胡索酸 L- 苹果酸 H HOC COOH C COOH H H (9) 2 2 O HC COOH C H (8) COOH FADH 2 FAD H 2 C COOH C COOH H GTP 2 CoASH GDP+Pi 琥珀酸 (7) 琥珀酰 CoA CO~SCoA H 2 O CH 2 CH 2 COOH 丙酮酸 草酰乙酸 OC H 3 C CO COOH NAD + (1) CoASH NADH +H + CO 2 COOH C COOH H 2 + NADH+H H 2 O NAD + CoASH (10) NADH +H + NAD + CO 2 CH 3 CO~SCoA H O (2) 乙酰 CoA CH 2 COOH C(OH)COOH CH 2 COOH (3) CH 2 COOH CHCOOH CH(OH)COOH + NAD(P) + NAD(P)H+H (4) CH COOH 2 CHCOOH CH 2 COOH COCOOH CH 2 (5) COCOOH CO 2 (6) CoASH α- 酮戊二酸 柠檬酸 异柠檬酸 草酰琥珀酸 (4)(6)(8)(10) 3NADH 1FADH2 (7) 1GTP (1) 丙酮酸脱氢酶复合体 (2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5) 异柠檬酸脱氢酶 (6) α- 酮戊二酸脱氢酶复合体 (7) 琥珀酰 CoA 合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L- 苹果酸脱氢酶

95 如果考虑丙酮酸脱氢酶的反应, 考虑到每分子葡萄糖产生 2 分子丙酮酸, 葡萄糖 通过酵解和三羧酸循环的分解代谢方程式为 : 葡萄糖 + 6H 2 O + 10 NAD + + 2FAD + 4ADP + 4 Pi 6CO NADH + 10H + 2FADH 2 + 4ATP 到此为止, 每摩尔葡萄糖在这个方程式中只产生 4 摩尔 ATP 在酵解部分产生的 ATP 是 2 摩尔 葡萄糖氧化产生的 ATP 大多数不是直接从酵解和三羧酸循环产生的, 而是通过还原的电子载体在呼吸链中再氧化产生的 氧化磷酸化

96 三羧酸循环反应 三羧酸循环的 8 个反应可写成一个化学平衡方程个化学平衡方程, 总反应式为 : 乙酰辅酶 A + 2H 2 O + 3NAD + + FAD + GDP + Pi 2 2CO 2 + 3NADH + 3H + + FADH 2 + CoA-SH + GTP 在动物中, 琥珀酰 CoA 合成酶反应形成的 GTP 在能量上与 ATP 相等 ( 来自 1 分子丙酮酸 ) 整个循环不需要氧, 但离开氧无法进行循环中消耗两分子水 1 分子乙酰 CoA 通过 TCA 循环被氧化, 可生成 10 分子 ATP 但没有氧化磷酸化,ATP 的产量很低

97 电子传递与氧化磷酸化 电子传递链与氧化磷酸化均发生在 线粒体内膜上 化学渗透学说与质子驱动力的形成 电子传递链与氧化磷酸化相偶联形成 电子传递链与氧化磷酸化相偶联形成 ATP

98 线粒体的结构 呼吸链

99 线粒体内膜的功能定位

100 呼吸链的组成 四个蛋白复合体 : 复合体 I ~ IV 两个可灵活移动的成分 : 泛醌 (Q) 和细胞色素 C

101 ( 一 ) 呼吸链的组成及其作用 1 NAD + ( 不需氧脱氢酶的辅酶 ) 2 FAD ( 黄素蛋白类的辅酶 ) 3 CoQ 4 Fe-S-Pr 5 Cyt-Fe 2+/ 3+ ( b c 1 c aa 3 ) 递氢体 递电子体 ( 二 ) 两条重要的呼吸链 1 NADH 氧化呼吸链 2 FAD 氧化呼吸链 ( 组成 排列顺序 传递作用 两链汇合点 )

102 电子传递与氧化磷酸化的偶联

103 ATP 的形成

104 ATP 的形成 质子驱动力的产生

105 电子传递和氧化磷酸化知识要点 1 部位 : 真核细胞发生在线粒体内膜上, 原核细胞发生在质膜上 2 作用 :NADH 和 FADH2 再氧化, 释放的能量为 ADP 所捕获 3 产能 : 每个 NADH 被氧化产生 2.5 个 ATP, 每个 FADH2 被氧化产生 2 个 ATP

106 线粒体外 NADH( 糖酵解产生 ) 进入线粒体 (1)α- 磷酸甘油穿梭 特点 : 经琥珀酸氧化呼吸链, 产生 2ATP 主要存在于骨骼肌骨骼肌 神经细胞 (2) 苹果酸穿梭系统 特点 : 通过 NADH 氧化呼吸链 产生 3ATP 主要存在于肝 心肌心肌组织中

107 FAD 氧化呼吸链 ATP 产生 ATP 产生 NADH 氧化呼吸链 ATP 产生 辅酶 Q 是呼吸链中唯一的非蛋白氧化还原载体, 可在膜中迅速移动 它在电子传递链中处于中心地位, 可接受各种黄素酶类脱下的氢 COQH2 脱下 2H + +2e, 其中 2H+ 游离于介质中,2e 传递 复合体 Ⅰ: 即 NADH: 辅酶 Q 氧化还原酶复合体. 传给辅酶 Q 泵 H+ 复合体 Ⅱ : 由琥珀酸脱氢酶 (FAD 为辅基的黄素蛋白 ) 和铁硫蛋白组成, 将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶 Q 复合体 Ⅲ : 细胞色素 bc1 氧化还原酶复合体 泵 H+ 复合体 IV: 细胞色素 C 氧化酶复合体 将电子传递给氧 泵 H+ 一分子 NADH 经过呼吸链积累 6 个质子, 产生 个 ATP 一分子 FADH2 经过呼吸链积累 4 个质子, 产生 1.5 个 ATP

108 FAD 氧化呼吸链 ATP 产生 ATP 产生 NADH 氧化呼吸链 ATP 产生 辅酶 Q 是呼吸链中唯一的非蛋白氧化还原载体, 可在膜中迅速移动 它在电子传递链中处于中心地位, 可接受各种黄素酶类脱下的氢 COQH2 脱下 2H + +2e, 其中 2H+ 游离于介质中,2e 传递 复合体 Ⅰ: 即 NADH: 辅酶 Q 氧化还原酶复合体. 传给辅酶 Q 泵 H+ 复合体 Ⅱ : 由琥珀酸脱氢酶 (FAD 为辅基的黄素蛋白 ) 和铁硫蛋白组成, 将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶 Q 复合体 Ⅲ : 细胞色素 bc1 氧化还原酶复合体 泵 H+ 复合体 IV: 细胞色素 C 氧化酶复合体 将电子传递给氧 泵 H+ 一分子 NADH 经过呼吸链积累 6 个质子, 产生 个 ATP 一分子 FADH2 经过呼吸链积累 4 个质子, 产生 1.5 个 ATP

109 能量统计 : 糖酵解底物水平的磷酸化 4 个 ATP, 己糖活化消耗 2 个 ATP 纯剩 2ATP 糖酵解产生 2 个 NADH,, 每个 NADH 可得 1.5 或 2.5 个 ATP, 共可得 3 个或 5 个 ATP? 陈旧 三羧酸循环产生 2ATP. 三羧酸循环产生 8 分子 NADH 和 2 分子 FADH2, 经电子传递可得到 23 个 ATP, 线粒体 1 分子葡萄糖彻底氧化分解共得 :30 或 32 个 ATP

110 按 36 个 ATP 计算 : 储存能量 73kcal mol 36mol 7.3kcal mol 36mol=262.8kcal; 1mol 葡萄糖完全燃烧可放出 686kcal 的能量 ; 细胞呼吸的产能效率 : 262.8kcal 686kcal=38% ( 汽车能量利用效率 15%~25%)

111 电子传递体系磷酸化是指当电子从 NADH 或 FADH 2 经过电子传递体系 ( 呼吸链 ) 传递给氧形成水时, 同时伴有 ADP 磷酸化为 ATP 的全过程 通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化 AH 2 A 2H NADH+H + ( 或 FADH 2 ) NAD + ( 或 FAD) ADP + Pi 电子传递链 释放能量 ATP 合成酶 H 2 O 1/2 O 2 ATP 氧化过程 磷酸化过程 氧化磷酸化

112 底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用 即底物被氧化的过程中, 形成了某些高能磷酸化合物的中间产物, 通过酶的作用可使 ADP 生成 ATP 分解代谢过程中, 底物因脱氢 脱水等作用而使能量在分子内部重新分布, 形成高能磷酸化合物, 然后将高能磷酸基团转移到 ADP 形成 ATP 的过程

113 人酒量的大小? 乙醛 器官病变 ( 肝硬化, 上下消化道癌 酒精敏感反应 ( 脸红, 心跳加速, 恶心, 呕吐, 酒精敏感反应 ( 脸红, 心跳加速, 恶心, 呕吐, 头晕, 血压下降 )

114 人酒量的大小? 与醛脱氢酶的活性有关!! 基因型正常纯合子异常纯合子杂合子 人群比例 酒量大小中等

115 四 生物体内的代谢网络

116 脂肪 多糖 蛋白质 生物体内能量产生的三个阶段 脂肪酸 甘油 大分子降解成基本结构单位葡萄糖 氨基酸其它单糖小分子化合物分解成共同的中间产物 ( 如丙酮酸 乙酰乙酰 CoA CoA 等 ) 磷酸化 电子传递 ( 氧化 ) +Pi e - 三羧酸循环 共同中间物进入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由电子传递链传递生成 H 2 O, 释放出大量能量, 其中一部分通过磷酸化储存在 ATP 中

117 三羧酸循环是 三大物质代谢的中心

118 合成代谢与分解代谢组成代谢网络

119 光合作用与细胞呼吸之间的联系

120 期中考试 : 1 简要概述有关生命科学研究某个方面的进展, 并结合自己的理解写出你的感想以及分析等 2 字数不少于 1500 字 3 作业须附上你的主要参考文献 1-2 篇 中英文文献均可 3 交作业时请装订好, 并写清你的姓名, 学号, 年级, 学院 4 请于 11 月 17 日上课时交给上课老师

121 哈哈, 下 课 了!

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