《能量与代谢》课件

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1、2能量与代谢2.1生物体的能量2.2生物催化剂——酶2.3生物代谢2.4细胞呼吸2.5光合作用2.1生物体的能量生命活动需要能量代谢是化学物质和能量的转化过程生命的活动与维持需要消耗能量,生物本身不能创造新的能量。几乎所有地球生命所需要的能量都来自太阳。自养生物与异养生物生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的细胞的能量通货——ATP在活细胞中，可以直接用于做功的能量通常以化学键的形式贮存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATPNH2ATP水解时，一个高能磷酸键断裂，同时释放出能量ATP+H2O——>ADP+P

2、iG=-30.5KJ/molATP作为细胞能量的通货是如何工作的？放能反应和ATP的合成相偶联，吸能反应和ATP的分解相偶联。发光细胞有荧光素酶（E-LH），酶促反应使ATP与E-LH先偶联，偶联的高能中间产物E~LH2-AMP，在氧气存在时可释放出能量，并以荧光的形式发射出来：ATP+E-LHE~LH2-AMP+PiE~LH2-AMP+O2E-P+CO2+h仲夏的夜晚萤火虫如何发光？利用ATP来发光热力学原理只能帮助我们预测一个反应能否发生，却不能告诉我们反应的速度有多快酶是细胞产生的，可调节化学反应速

3、度的催化剂绝大多数的酶都是蛋白质酶在常温、常压、中性pH的温和条件下具有很高的催化效率2.2生物催化剂——酶酶是具有催化作用的蛋白质化学键能障活化能酶的催化作用机理酶可以降低活化一个反应所需要的能量酶+底物酶-底物复合物酶+产物E+SE-SE+P酶与底物结合降低反应的活化能特殊的三维空间结构和构象酶的活性位点或酶的活性中心钥匙和锁诱导契合酶的活性位点“柔性学说”酶的特异性（专一性）影响酶活性的因素温度的影响pH的影响酶的抑制剂可逆与不可逆抑制剂竞争性与非竞争性抑制剂杀虫剂、抗生素等反馈抑制在代谢过程中局部

4、反应对催化该反应的酶所起的抑制作用，称为反馈抑制酶促反应在细胞中往往不是独立发生的细胞自行调节其代谢的一种机制维持细胞稳态的重要机制酶的辅助因子和辅酶无机金属离子——辅助因子有机化合物——辅酶——递H+或递电子NADP+和FAD的递H+和递电子作用2.3生物代谢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和能量转换过程的总称代谢—酶控制下的化学反应和能量转化幻灯片17细胞不是一个装满了各种酶和底物的口袋细胞复杂的结构，特别是膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，

5、使它们高度有序并可以被控制和调节。细胞利用能量（ATP）完成各种工作代谢途径就像复杂道路交通图获得电子——还原反应；失去电子——氧化反应氧化还原反应——细胞中氢及其电子从一个化合物向另一个化合物转移氧化还原反应被转移的氢原子所携带的能量储藏在新化学键中氧化还原反应XH2(还原型底物)＋NAD+→X(氧化型底物)＋NADH＋H+XH2(还原型底物)＋NADP+→X(氧化型底物)＋NADPH＋H+XH2(还原型底物)＋FAD+→X(氧化型底物)＋FADH2还原态的NADH、NADPH和FADH2等还可将所接受的电子和

6、氢传递给其他传递体如细胞色素、辅酶Q等氧化还原反应是呼吸作用和光合作用等代谢中最基本的反应2.4细胞呼吸——能量的收获2.4.1细胞呼吸产生能量2.4.2细胞呼吸的代谢过程2.4.3ATP形成机理和能量形成的统计2.4.4其它营养物质的氧化分解和代谢细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径细胞呼吸是一种氧化反应有机化合物+O2→CO2+能量“燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质等C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+热量）细胞呼吸主要在线粒体中进行，温和条件和酶的参与调控2.4.1细胞呼吸产生能量生命活

7、动需要能量在有氧环境中，酵母细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳在缺氧环境中，酵母菌将葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳在有氧环境中，食物分子被充分氧化，可产生比无氧环境更多的能量酵母菌发酵与细胞有氧呼吸发酵是典型的细胞呼吸过程细胞呼吸定义为生物细胞消耗氧气来分解食物分子并获得能量的过程。通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联的呼吸运动与细胞呼吸慢跑，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人体细胞的呼吸过程储藏在葡萄糖等食物分子中的化学能经细

8、胞呼吸释放，以高能磷酸键的形式贮藏在ATP分子中。葡萄糖中大约30-40%的能量被转化储存在ATP中，而汽车发动机只有15-25%转化为动能，细胞呼吸的产能效率高。细胞呼吸是由一系列化学反应组成的一个连续完整的代谢过程每一步化学反应都需要特定的酶参与才能完成细胞呼吸的3个阶段2.4.2细胞呼吸的代谢过程概述发生在细胞质中的10步反应。参与化合物：①葡萄糖，②ADP和磷酸，