《细胞代谢》ppt课件

1、3.1 3.1 代謝作用代謝作用 代谢：生物体内所进展的全部物质和能的代谢：生物体内所进展的全部物质和能的变化的总称。变化的总称。代謝代謝作用作用生命生命程序程序生物體生物體內進行內進行表現出各種表現出各種呼吸作用呼吸作用運動運動生殖生殖生長生長第三章第三章 细胞代谢细胞代谢代謝作用代謝作用(Metabolism)組成代謝組成代謝(Anabolism)分為分為分解代謝分解代謝(Catabolism)代謝作用的种类代謝作用的种类分解代謝分解代謝(Catabolism)(Catabolism)：複雜的分子被分解成簡單分子複雜的分子被分解成簡單分子 組成代謝組成代謝(Anabolism)(Anabo

2、lism)： 將簡單的分子合成為複雜分子將簡單的分子合成為複雜分子第一节：生命与能第一节：生命与能一、物理学第二定律：能量迁移方向和限制的定律一、物理学第二定律：能量迁移方向和限制的定律二、熵二、熵:系统的形状系数，无序性的量度。系统的形状系数，无序性的量度。 熵值熵值=熵产生熵产生+熵流熵流-三、耗散构造：远离平衡条件下的稳定有序构造，三、耗散构造：远离平衡条件下的稳定有序构造，依托与系统外不断进展的物质和能量的交换来获依托与系统外不断进展的物质和能量的交换来获得自在能以维持其有序性的构造。得自在能以维持其有序性的构造。四、细胞中的自在能四、细胞中的自在能ATP第二节：化学平衡第二节：化学平

3、衡一、动态平衡一、动态平衡3：能量与平衡常数 放能反响 Keq 大、吸能反响 Keq小二、耦联反响：前后二个反响经过前一反响的二、耦联反响：前后二个反响经过前一反响的中间产物结合起来，后一反响推进了前一反响中间产物结合起来，后一反响推进了前一反响的进展。的进展。1：反响的可逆性： CaCO3+H2O+CO2 CaHCO32：平衡常数 A B Keq=B/A Keq小：向B反响少 Keq大：向B反响多催化劑催化劑分為分為生物催化劑生物催化劑非生物催化劑非生物催化劑酶酶(enzyme)能在能在細胞內任务細胞內任务細胞外任务細胞外任务過氧化氫酶過氧化氫酶例如例如例如例如洗衣粉內的酶洗衣粉內的酶第三节

4、第三节 酶酶1. 1. 酶是蛋白质酶是蛋白质一一 酶的特性酶的特性1926年美国Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。 J.B.SumnerJ.H.Northrop2. 2. 酶的催化效率高酶的催化效率高 3. 3. 具有高度的特异性具有高度的特异性 以摩尔为单位进展比较，酶的催化效率比化学催化剂高1071013倍，比非催化反响高1081020倍。 一个酶通常只催化一种反响或一组亲密相关的反响. 4. 4. 酶在体内遭到严风格控酶在体内遭到严风格控 如酶浓度的调理、激素调理、反响调理、抑制

5、剂和激活剂的调理等。 二二 酶的组成酶的组成蛋白质蛋白质+辅助因子辅助因子1. 1. 酶的活性中心酶的活性中心 酶是蛋白质，是大分子化合物，在这样一个大分子中只需一小部分是与底物结合，并与催化作用直接有关，这个部位称酶的活性中心。 锁钥假说锁钥假说诱导契合假说诱导契合假说2. 2. 酶的活性中心酶的活性中心与底物结合的机理与底物结合的机理3. 中间产物学说中间产物学说 酶催化時，底物先与酶結合，生成过渡形状，再转酶催化時，底物先与酶結合，生成过渡形状，再转变成产物；变成产物； 而酶与底物的結合是而酶与底物的結合是 可逆的可逆的 (E + S ES)； 而当反响达稳定形状时，其中的而当反响达稳定

6、形状时，其中的 ES 浓度不变。浓度不变。三三 酶活性的抑制酶活性的抑制第四节第四节 细胞内氧化复原反响细胞内氧化复原反响氧化与复原氧化与复原 失去电子为氧化，获得电子为复原失去电子为氧化，获得电子为复原电子受体电子受体 在细胞中获得电子和氢的传送体在细胞中获得电子和氢的传送体生物氧化与非生物氧化的区别生物氧化与非生物氧化的区别 是一个能的逐渐释放过程是一个能的逐渐释放过程生物的生命活动都需求耗费能量，这些能量来自生物体内糖类、脂类和蛋白质等有机物的氧化分解。在细胞内，有机物氧化分解，释放出能量并产生CO2的过程，叫做细胞呼吸。生物的呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。第五节第五节 细胞呼

7、吸细胞呼吸总反响方程式总反响方程式 C6H12O6+6H2O+602 酶 6CO2+12H20+能量糖酵解途径糖酵解途径(glycolytic pathway)(glycolytic pathway)反响的亚细胞定位：细胞质反响过程：两个阶段*葡萄糖2分子磷酸丙糖*磷酸丙糖丙酮酸OHOHHOHHOHHOHCH2HHO葡萄糖葡萄糖GATPADPMg+OHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P己糖激酶己糖激酶CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OPOHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-P磷酸己糖异构

8、酶磷酸己糖异构酶CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OP6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-PATPADPMg2+CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,6-BP6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,6-BPCH2OCOCH2OHCHOCOHHCH2OPP磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛醛缩酶醛缩酶CH2OCOCH2OHPCHOCOHHCH2OP磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛CHOCHOHCH2OPCCHOHCH

9、2OPOPO3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛NAD+NADH+H+Pi1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶NAD+：R为为H；NADP+：R为为PO32-NNNNNH2OOROHHHHHOP-OOOOOHOHHHHHOP-OONCONH2+N+R+2H-2HN+RHHHHHHHHHCONH2CONH2+ H+NAD+ 或NADH 或 NADPHNADP+CCHOHCH2OPOPO1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸COOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶这是糖酵解中第一个产生ATP的反响。底物程度磷酸化COOHCHOHCH2

10、OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 COOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCCH2OPH2OMg2+磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶烯醇化酶COOHCCH2OP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸PEPCOOHCOCH3丙酮酸丙酮酸PAADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶这是糖酵解途径中的第二次底物程度磷酸化。糖原糖原1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛Pi磷酸化酶磷酸化酶ADPATP已糖

11、激酶已糖激酶磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶ADPATP磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶醛缩酶醛缩酶磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸NAD+NADH+H+磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶ATPADP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶ATPADP丙酮酸激酶丙酮酸激酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA反响的亚细胞部位：线粒体总反响式：COOHC OCH3+ NAD+ CoACH3COSCoA+ NADH+ H+ + CO2丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 复合体复合体丙酮酸丙

12、酮酸PA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoAAMPAMP泛酸泛酸-巯基乙胺巯基乙胺222O2CH223OOH CH3-2OH-OCOCHCHNH CO CH C CHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环tricarboxylic acid cycle, TAC或TCA) 又称柠檬酸循环或Krebs循环。乙酰CoA CO2+H2O分步反响分步反响HOCH2COOHCCOOHCH2COOH乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶H2O HSCoACH3SCoAOCCOOHCH2COOHCO+ 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异

13、柠檬酸异柠檬酸H2OH2OHOCH2COOHCCOOHCH2COOH CHCOOHC COOHCH2COOHCOOHCHCOOHCCOOHCH2HOHNAD+ NADH+H+ CO2异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶OCCOOHCH2CH2COOHCOOHCH COOHCCOOHCH2HOH - 酮戊二酸酮戊二酸 ( -KG)第一次氧化脱羧第一次氧化脱羧 - 酮戊二酸酮戊二酸 ( -KG)NAD+ NADH+H+HSCoA CO2 -KG脱氢脱氢酶酶 复复合体合体COOHCH2CH2CO SCoAOCCOOHCH2CH2COOH琥珀酰琥珀酰CoA第二次氧化脱羧第二次氧化脱羧琥珀酰琥珀

14、酰CoAGDP GTP Pi HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸琥珀酸COOHCH2CH2CO SCoA CH2CH2COOHCOOH GTP+ADPGDP+ATP底物程度磷酸化底物程度磷酸化CH2CH2COOHCOOH琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FAD FADH2延胡索酸延胡索酸COOHCCHHHOOC NNNNNH2OOHOHHHHCH2HOPOO-OPOO-OCH2CHOHCCHOHCH2HOHNHNNNH3CH3COOFMNAMPFADNHNNNH3CH3CROOFMN 或 FADNHHNNNHH3CH3CROO+2H-2HFMNH2 或 FADH2延胡索酸延胡索酸

15、CHCH2COOHCOOHHOH2O 延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸COOHCCHHHOOCCHCH2COOHCOOHHO苹果酸苹果酸NAD+ NADH+H+ 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸COOHCH2COOHCO三羧酸循环反响的全过程：三羧酸循环反响的全过程：-TCAFADH2FADGTPPiGDPNADHNAD+CO2NADHNAD+CO2NADHNAD+草酰乙酸苹果酸延胡索酸琥珀酸琥珀酰CoA酮戊二酸异柠檬酸顺乌头酸柠檬酸乙酰CoA三羧酸循环的特点三羧酸循环的特点在有O2条件下运转，是生成ATP的主要途径；循环中有4次脱氢，生成3分子NADH，1分子FADH2，另有1次底物

16、程度磷酸化。共生成12分子ATP。 循环一周产生2分子CO2。限速酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-KG脱氢酶复合体；三羧酸循环的中间产物包括草酰乙酸在内起着催化剂的作用，本身并无量的变化，不能够经过三羧酸循环从乙酰CoA合成草酰乙酸或其它中间产物；这些中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化成CO2和H2O。生理意义生理意义 是糖、脂肪、蛋白质分解的最终代谢通路；是三大物质代谢联络的枢纽。 是一切细胞在代谢上的共性。 是最经济也是最有效率的氧化系统。氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 氧化磷酸化作用(oxidative phosphorylation) 是当电子从NADH或FADH2经过电子传送链

17、传送给氧构成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的过程。 氧化磷酸化作用是由位于线粒体内膜上的电子传送链所执行的。 代谢物上的氢原子被脱氢酶激活零落后，经过一系列的传送体，最后传送给被激活的O2而生成水的全部体系称电子传送链。 氧化能氧化能能级逐渐能级逐渐降低，释降低，释放出来的放出来的自在能部自在能部分转化为分转化为 ATP，其，其他以热能他以热能释放释放ADP+PiATP1/2 O2H2O呼呼吸吸链链e-HH+e-O2是呼吸链是呼吸链的最后一环！的最后一环！外膜外膜outer membrane內膜內膜inner membrane嵴嵴crista間質間質matrixeH+1/22 +2ADP

18、ATPPi O2H2O外膜外膜內膜內膜cytosol內膜間內膜間間質間質原粒原粒嵴嵴NAD+NADHIIIIIIIVFMNFe-SFADFe-SCoQFeFe-SFeFeFeFeO2NAD+NADHIIIIIIIVO2H+H+H+間質內膜間H+濃度提高Cyt CCoQIIIIIIIVFMNFe-SFADFe-SCoQFeFe-SFeFeFeFeO2ATPADPF0b間質內膜間H+濃度提高F0bATPADPATP合成酶合成酶( ATP synthase),位於粒線體內位於粒線體內膜的嵴上膜的嵴上.含有含有 F1 由由5種胜肽鏈組種胜肽鏈組 a3b3gde負責負責ATP的合的合成成Fo 固定在內膜

19、上為質子通道固定在內膜上為質子通道(proton transport)H+H+膜间腔膜间腔H+H+H+H+H+H+H+H+H+ADP+PiATPH+H+H+基粒基粒内膜内膜化學滲透假說(chemiosmotic hypothesis) 呼吸链中传氢体和电子传送体是间隔交替陈列的。 传氢体有氢泵的作用。 内膜对H+不能自在经过，呵斥离子浓度的跨膜梯度。 H+经过ATP合成酶上特殊的途径，前往基质。释放的自在能偶联ADP与磷酸合成ATP。 氧化NADH可產生3個ATP，而氧化FADH2可產生2個ATP。要点要点CoQF0bComplex-IComplex IIComplex IIIComplex

20、IVH+H+H+FAD+FADH2乙醯- CoA檸檬酸循環H2OO2NAD+NADHNADHNAD+脂肪酸胺基酸NADHATPADP糖有氧氧化生成的糖有氧氧化生成的ATPATP一分子葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O，可生成38或36分子ATP葡萄糖 丙酮酸：2丙酮酸 2乙酰CoA:2乙酰CoA 4CO2(TCA):2ATP+2NADH=82ATP+2NADH=8或或6ATP6ATP2NADH=6ATP2NADH=6ATP12122=24ATP2=24ATP无氧呼吸无氧呼吸 细胞在无氧的条件下，经过酶的催化作用，把糖类等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。细胞进展无氧呼吸的场所

21、是细胞质基质。无氧呼吸是一种古老的低效率产能过程。l概念概念类型类型1、高等植物水淹时的无氧呼吸；C6H12O6 酶2C2H5OH酒精+2CO2+能量2、高等动物和人体骨胳肌缺氧时的无氧呼吸：C6H12O6 酶2C3H6O3乳酸+能量过程过程 第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全一样。 第二阶段是丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转变成乳酸。无氧呼吸及有氧呼吸过程图解无氧呼吸及有氧呼吸过程图解葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸-无氧无氧C2H5OH + CO2+ 能量 或C3H6O3 + 能量-有氧有氧CO2 + H2O + 能量细胞质基质中细胞质基质中线粒体中2870 kJ/mol196

22、.65kJ/mol多醣脂質蛋白質胺基酸單醣甘油脂肪酸葡萄糖甘油醛3-磷酸丙酮酸乙醯- CoA檸檬酸循環糖解作用糖新生作用氧化磷酸化酯化作用NADH, FADHNAD+, FADe-e-CO2糖原糖原脂肪脂肪蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖脂肪酸脂肪酸 甘油甘油氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoACoATCA营养物分解代谢的三个阶段营养物分解代谢的三个阶段 结合呼吸作用过程，请在以下人体细胞简图中结合呼吸作用过程，请在以下人体细胞简图中填上适宜的物质称号。填上适宜的物质称号。AB1CDE葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸CO2+ATPH2O+ATP乳酸乳酸+ATP练习：练习：B2B3细胞膜细胞膜细胞质基质细胞质基质【H】

23、ATP第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段不完全氧化不完全氧化有氧条件有氧条件无氧条件无氧条件 光协作用：光协作用： 绿色植物经过叶绿体，利用可见光中的光能，绿色植物经过叶绿体，利用可见光中的光能，把二氧化碳和水合成为储存能量的糖类通常指把二氧化碳和水合成为储存能量的糖类通常指葡萄糖，并且释放出氧气的过程。葡萄糖，并且释放出氧气的过程。光协作用的反响式：光协作用的反响式：6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体释放的氧气来源于参与反响的水第六节第六节 光协作用光协作用1771年，英国科学家普利斯特利 绿色植物在光照下吸收二氧化碳，产生氧气。1939年，希尔从磨

24、碎的叶子中提取叶绿体，加上氧化剂，照光后放出氧气。1864年，德国科学家萨克斯 绿叶在光下制造了淀粉。1945，卡尔文确立了同化CO2的碳循环途径。1648年,比利时科学家海尔蒙特(ven Helmont) 建造植物体的原料是水分。光协作用的研讨历史光协作用的研讨历史色素分子色素分子可见光可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24H多种酶多种酶酶酶C6H12O6+H2OCO2吸收吸收光解光解能能固定固定复原复原酶酶光反响光反响暗反响暗反响光协作用的过程光协作用的过程光反响和暗反响的比较光反响和暗反响的比较场所场所条件条件物量物量变化变化能量变化能量变化光反响光反响暗反响暗反响类囊体膜上类

25、囊体膜上基质中基质中有光有光光反响、多种酶光反响、多种酶水的光解水的光解ATP的生成的生成NADPH的生成的生成CO2的固定的固定C3的复原的复原ATP的水解的水解光能光能 活泼化能活泼化能活泼化能活泼化能 稳定化能稳定化能 光协作用的场所光协作用的场所叶绿体叶绿体光合光合色素色素叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b叶黄素叶黄素胡萝卜素胡萝卜素吸收可见吸收可见的太阳光的太阳光叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收红光和蓝紫光红光和蓝紫光类胡萝卜素主类胡萝卜素主要吸收蓝紫光要吸收蓝紫光光合色素的吸收光谱和作用光谱光合色素的吸收光谱和作用光谱吸收光谱：阐明光合色素吸收的光段吸收光谱：阐明光合色素吸收的光段作用光谱：不同波长的光所引起的光协作用的效率。作用光谱：不同波长的光所引起的光协作用的效率。光系统光系统PS