普通生物学-4细胞代谢课件.ppt

1、Chapter 4 细胞代谢细胞代谢生物体的能量生命活动需要能量生命活动需要能量 生物本身不能创造新的能量生物本身不能创造新的能量,几乎所几乎所有地球生命所需要的能量都来自太阳有地球生命所需要的能量都来自太阳q 代谢代谢-是化学物质和能量的转是化学物质和能量的转化过程化过程Free energyFree energy吸能反应&放能反应在一个反应中，如果产物比反应物含有更少的自由能，这个反应便趋向于自发地进行自发反应可释放自由能，称为放能反应（Exergonic reactionExergonic reaction）需从外界输入自由能才能进行的反应称为吸能反应（Endergonic reacti

2、onEndergonic reaction）光合作用光合作用是吸能反应是吸能反应呼吸作用呼吸作用是放能反应是放能反应 新陈代谢是生命的基本特征之一新陈代谢是生命的基本特征之一 新陈代谢的构成新陈代谢的构成 合成代谢：合成代谢：由小分子合成生物大分子的由小分子合成生物大分子的吸能过程吸能过程 分解代谢：分解代谢：将生物大分子分解成小分子的将生物大分子分解成小分子的放能过程放能过程能与细胞细胞的能量通货ATP在活细胞中，能量贮存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量转移到其它分子中储存：转移到其它分子中储存：ATPATP肌酸肌酸 ADPADP磷酸肌酸；磷酸肌酸

3、；用于耗能作功：用于耗能作功：一个人在静卧情况下每一个人在静卧情况下每2424小时，消耗小时，消耗 40kgATP40kgATP；一个人在重体力劳动情况每；一个人在重体力劳动情况每2424小时小时，消耗，消耗1000kgATP1000kgATP。运动（机械能）、物质吸收（渗透能）、生物运动（机械能）、物质吸收（渗透能）、生物合成（化学能）、生物电（电能）、体温（热合成（化学能）、生物电（电能）、体温（热能）、生物发光（光能）能）、生物发光（光能）细胞的能量通货ATPATPATP与生命活动与生命活动化学能转化为化学能转化为机械能机械能p生命生命机体内，具有高能键的化合物很多机体内，具有高能键的化

4、合物很多:磷磷氧键氧键型：型：ATPATP，磷酸甘油、乙酰磷酸等，磷酸甘油、乙酰磷酸等.氮磷键型：氮磷键型：磷酸肌酸磷酸肌酸、磷酸精氨酸；、磷酸精氨酸；硫酯键型：硫酯键型：酯酰酯酰CoACoA等；等；甲硫键型：甲硫键型：S-S-腺苷甲硫氨酸。腺苷甲硫氨酸。高能高能化合物间可相互转化，以满足机体的需要化合物间可相互转化，以满足机体的需要,其中其中ATPATP最容易被机体利用。最容易被机体利用。细胞的能量通货ATP 酶的化学本质及其组成酶的化学本质及其组成酶是由活细胞产生、具有催化活性和高度酶是由活细胞产生、具有催化活性和高度 专专一性的生物催化剂。一性的生物催化剂。绝大多数酶是具有催化功能的特殊

5、蛋白质绝大多数酶是具有催化功能的特殊蛋白质 生物催化剂酶生物催化剂酶酶+底物 酶-底物复合物 酶+产物E +S E-S E+P酶是一种生酶是一种生物催化剂物催化剂牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶第一个从氨基酸完全合成的酶第一个从氨基酸完全合成的酶生物催化剂酶p据估算，一个活细胞内可同时发生据估算，一个活细胞内可同时发生 1500-1500-20002000个化学反应，这些反应都是由酶完成的个化学反应，这些反应都是由酶完成的,由此构成了生命物质代谢的基础。由此构成了生命物质代谢的基础。p一个活细胞内大约含几千种酶，现已知道一个活细胞内大约含几千种酶，现已知道的的20002000多种大都是蛋白质多种大

6、都是蛋白质 ,少数情况下可以少数情况下可以是核酸。是核酸。p某些某些RNARNA具有催化活性具有催化活性,将本质为将本质为RNARNA的酶的酶称核酶（称核酶（RibozymesRibozymes）-Thomas R.Cech&Sidney Altman,1989酶的组成酶的组成 简单酶：完全由蛋白质或核酸组成简单酶：完全由蛋白质或核酸组成 结合酶：亦称全酶。全酶蛋白质结合酶：亦称全酶。全酶蛋白质辅因子（辅酶或辅基）辅因子（辅酶或辅基）生物催化剂酶酶促反应的特点酶促反应的特点 催化效率高催化效率高：COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3 如碳酸酐酶参加（每秒钟可催化如碳酸酐

7、酶参加（每秒钟可催化10105 5个个COCO2 2分分子发生化学反应）反应速度增加子发生化学反应）反应速度增加10001000万倍。万倍。催化作用具高度专一性催化作用具高度专一性：一种酶往往只：一种酶往往只对一类化合物或一种化学键起催化作用。对一类化合物或一种化学键起催化作用。生物催化剂酶酶促反应条件温和酶促反应条件温和（合成氨（合成氨500500、200-300200-300大气压，生物固氮常温常压）大气压，生物固氮常温常压）只加快化学反应速度，不改变化学反只加快化学反应速度，不改变化学反 应应的平衡点的平衡点催化可逆反应催化可逆反应生物催化剂酶降低反应的活化能降低反应的活化能活化能：在一

8、定温度下活化能：在一定温度下1mol 1mol 底物全部进入活底物全部进入活化态所需要的自由能化态所需要的自由能一个化学反应体系中，只有具较高能量的活化一个化学反应体系中，只有具较高能量的活化分子才能在碰撞中发生化学反应。分子才能在碰撞中发生化学反应。生物催化剂酶酶的催化机理是降低活化能酶的催化机理是降低活化能酶可以降低反应的活化能酶可以降低反应的活化能酶的活性部位酶的活性部位(active site)(active site)或活性中心或活性中心(active(active center)center)酶分子中酶分子中 与底物结合部位和催化部位与底物结合部位和催化部位(通常占酶分子的1-2%

9、)前者负责与底物结合，决定酶的专一性前者负责与底物结合，决定酶的专一性后者负责催化底物，产生新的化合物，决定酶的催后者负责催化底物，产生新的化合物，决定酶的催化能力。化能力。生物催化剂酶糖元磷酸化酶糖元磷酸化酶酶的专一性酶的专一性酶的专一性模型诱导锲和假说诱导锲和假说锁钥匙学说锁钥匙学说温度温度：只有在最适温度下酶活性才最高。：只有在最适温度下酶活性才最高。温度是影响蛋白质构象的重要因素，温温度是影响蛋白质构象的重要因素，温度过高会破坏蛋白质结构中的各种次级键度过高会破坏蛋白质结构中的各种次级键（非共价键），最终可以导致蛋白质变性，（非共价键），最终可以导致蛋白质变性，沉淀。沉淀。pHpH：最

10、适：最适pHpH，一般接近于中性。，一般接近于中性。盐盐：高盐环境会破坏酶的结构，降低活性。：高盐环境会破坏酶的结构，降低活性。影响酶活性的因素影响酶活性的因素影响酶活性的因素辅助因子：辅助因子：辅基：和酶无机物，结合紧密。辅基：和酶无机物，结合紧密。辅酶：有机物，和酶结合松弛。辅酶：有机物，和酶结合松弛。V B6影响酶活性的因素酶的抑制剂：酶的抑制剂：竞争性抑制剂：竞争性抑制剂：与底物分子竞争酶的活性与底物分子竞争酶的活性中心，使得底物无法结合上。中心，使得底物无法结合上。非竞争性抑制剂：非竞争性抑制剂：不占据酶的活性部位，不占据酶的活性部位，却可以改变酶的构像，影响底物的结合。却可以改变酶

11、的构像，影响底物的结合。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制呼吸作用与细胞呼吸呼吸作用呼吸作用是指生物从周围空气中吸入氧气，又向是指生物从周围空气中吸入氧气，又向其中呼出二氧化碳的过程。是一种气体交换。其中呼出二氧化碳的过程。是一种气体交换。细胞呼吸细胞呼吸指细胞在有氧条件下从食物分子（主要指细胞在有氧条件下从食物分子（主要是葡萄糖）中获得能量的过程。是葡萄糖）中获得能量的过程。细胞呼吸细胞呼吸的概念：细胞呼吸的概念：细胞呼吸主要是指细胞呼吸主要是指有机物有机物（糖类、脂质和蛋（糖类、脂质和蛋白质等）在活细胞内经过一系列的白质等）在活细胞内经过一系列的氧化分解氧化分解，生成，生成二氧化

12、碳二氧化碳和和水水或一些或一些不彻底的氧化产物不彻底的氧化产物（酒精酒精或或乳乳酸酸），释放能量并生成的），释放能量并生成的ATP的过程。的过程。细胞呼吸产生能量细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径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细胞呼吸是一种氧化反应 有机化合物有机化合物+O2CO2+能量能量“燃料燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质等包括糖类、脂肪、蛋白质等C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量（能量（ATP+热量）热量）细胞呼吸主要在细胞呼吸主要在线粒体线粒体中进行，温和条件和酶的中进行，温和条件和酶的参与调控参与调控人体细胞呼吸过程 有氧呼吸有氧呼吸：慢跑

13、，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并：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。获得能量，同时产生二氧化碳和水。无氧呼吸无氧呼吸：快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二：快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳。氧化碳。体重70kg男子不同活动能量消耗(kj/h)活动活动能量能量活动活动能量能量静坐静坐419锯木头锯木头2010站立站立440游泳游泳2093快打字快打字586跑步跑步2387步行步行837快步快步2722做木工做木工1004上楼梯上楼梯4605食物所含的热量(kj/100g)食物食物热量热量食物食物热量热量大米大米1448牛肉牛肉226面粉面粉1465鸡蛋鸡蛋577花生仁

14、花生仁1247鲤鱼鲤鱼456黄豆黄豆1502苹果苹果218猪肉猪肉1654菠菜菠菜100细胞呼吸的化学过程 细胞呼吸的细胞呼吸的3 3个阶段个阶段糖酵解糖酵解 GlycolysisGlycolysis柠檬酸循环柠檬酸循环 Citric acid cycleCitric acid cycle电子传递链和氧化磷酸化电子传递链和氧化磷酸化 Electron transport chain and Electron transport chain and oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation 细胞呼吸是由一系列化学反应组成的一个连细胞呼吸

15、是由一系列化学反应组成的一个连续完整的代谢过程续完整的代谢过程 每一步化学反应都需要特定的酶参与才能完每一步化学反应都需要特定的酶参与才能完成成糖酵解糖酵解柠檬酸循环柠檬酸循环电子传递链和氧化磷酸化电子传递链和氧化磷酸化参与细胞呼吸的几种重要辅酶NADH/NAD+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 还原型还原型/氧化氧化型型NADPH/NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 还原还原型型/氧化型氧化型FADH2/FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸 还原型还原型/氧化型氧化型糖酵解ATP葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1,6-2磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3

16、-2磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸底物水平磷酸化底物水平磷酸化(Substrate level Substrate level phosphorylationphosphorylation)就是已经存在于底就是已经存在于底物中的高能磷酸键物中的高能磷酸键在酶的催化下与在酶的催化下与ADP合成合成ATP的过的过程。程。磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸底物水平磷酸化糖酵解发生在发生在细胞质细胞质中的中的9 9步反应步反应参与化合物：葡萄糖，参与化合物：葡萄糖，ADPADP和磷酸，和磷酸，NADNAD+起始阶段还需要消耗起始阶段还需要消耗2 2分子分子ATP ATP 来启动，但后

17、来启动，但后期共产出期共产出4 4分子分子ATPATP，还形成高能化合物，还形成高能化合物NADHNADH最终产物是最终产物是丙酮酸丙酮酸糖酵解将六碳的糖酵解将六碳的葡萄糖葡萄糖分解成分解成2 2个三碳的个三碳的丙酮丙酮酸酸，净产生净产生2 2个个ATPATP，生成生成2 2分子分子NADHNADH，糖酵解糖酵解不需要氧参与不需要氧参与丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A丙酮酸扩散进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶的作用丙酮酸扩散进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶的作用下转变成乙酰下转变成乙酰CoACoA，同时产生一分子，同时产生一分子COCO2 2和一分子和一分子NADHNADH丙酮酸的氧化脱羧柠檬酸循环乙酰

18、乙酰CoACoA柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸缩合缩合顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA琥珀酸琥珀酸延胡延胡索酸索酸苹果酸苹果酸脱水脱水水化水化氧化氧化脱羧脱羧氧化氧化脱羧脱羧底物水平底物水平磷酸化磷酸化脱氢脱氢水化水化脱氢脱氢柠檬酸循环在细胞线粒体基质中进行，需在细胞线粒体基质中进行，需O O2 2参与参与丙酮酸分解，形成丙酮酸分解，形成2 2分子分子COCO2 2，3 3分子分子NADHNADH和和1 1分分子子FADHFADH2 2，及，及1 1分子分子ATPATP也是放能反应过程也是放能反应过程线粒体内膜的功能定位线粒体内膜的功能定位电子传递链和氧化

19、磷酸化均发生在线电子传递链和氧化磷酸化均发生在线粒体内膜上粒体内膜上电子传递链和氧化磷酸化电子传递链电子传递链就是存在于线粒体内膜上的一系列的蛋白就是存在于线粒体内膜上的一系列的蛋白质复合物，每种蛋白质复合物都具有不止一种电子载质复合物，每种蛋白质复合物都具有不止一种电子载体。换句话说，电子传递链就是由电子载体组成的体。换句话说，电子传递链就是由电子载体组成的电子传递链电子传递链ATPATP合成酶合成酶细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶细胞色素细胞色素b-b-c1c1复合物复合物NADHNADH脱氢酶脱氢酶化学渗透化学渗透化学渗透（化学渗透（chemiosmosischemiosmosis）：

20、）：电子传递时，高能电子释放电子传递时，高能电子释放出来的能量能够使得电子传递链中的蛋白复合物将质子由出来的能量能够使得电子传递链中的蛋白复合物将质子由内膜的内侧（即线粒体基质一侧）通过主动转运到达外侧，内膜的内侧（即线粒体基质一侧）通过主动转运到达外侧，形成内跨膜质子浓度梯度，外侧浓度高，内侧浓度低。形成内跨膜质子浓度梯度，外侧浓度高，内侧浓度低。电子传递使得线粒体内膜两侧形成了质子梯度，但是质子电子传递使得线粒体内膜两侧形成了质子梯度，但是质子不能自由穿过内膜，只有通过不能自由穿过内膜，只有通过ATPATP合成酶的质子通道才能合成酶的质子通道才能回到线粒体基质中（即内膜的内侧）。这种质子梯

21、度势能回到线粒体基质中（即内膜的内侧）。这种质子梯度势能可以驱动可以驱动ATPATP合成酶合成合成酶合成ATPATP。电子传递链&氧化磷酸化 高能电子从高能电子从NADH NADH 和和FADHFADH2 2最终传递给分子氧最终传递给分子氧 随着电子载体能量水平的逐步下降，随着电子载体能量水平的逐步下降，高能电子所释放高能电子所释放的化学能通过磷酸化途径贮存到的化学能通过磷酸化途径贮存到ATPATP分子中分子中 有机分子在机体内氧化分解成有机分子在机体内氧化分解成COCO2 2和和H H2 2O O并释放出能量并释放出能量的过程称为生物氧化，的过程称为生物氧化，与生物氧化作用相伴而生的磷与生物

22、氧化作用相伴而生的磷酸化作用称为氧化磷酸化作用酸化作用称为氧化磷酸化作用 化学渗透驱动了大多数化学渗透驱动了大多数ATPATP的生成的生成细胞呼吸的能量计算生物氧化产生生物氧化产生ATPATP的统计的统计 1 1一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATPATP？糖酵解：糖酵解：底物水平磷酸化产生底物水平磷酸化产生 4 ATP4 ATP（细胞质）；（细胞质）；己糖分子活化消耗己糖分子活化消耗 2 ATP2 ATP（细胞质）；（细胞质）；产生产生 2NADH2NADH，经电子传递产生，经电子传递产生 6 6或或4 4 ATPATP（线粒体）（线粒体）共积

23、累共积累 8 8或或 6ATP 6ATP丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸氧化脱羧：产生产生 2NADH2NADH（线粒体），生成（线粒体），生成 6ATP6ATP三羧酸循环：三羧酸循环：底物水平的磷酸化产生（线粒体）底物水平的磷酸化产生（线粒体）2ATP2ATP；产生产生 6NADH6NADH（线粒体），生成（线粒体），生成 18ATP18ATP；产生产生 2FADH2FADH2 2（线粒体），生成（线粒体），生成 4 ATP4 ATP；共积累共积累24ATP24ATP总计生成总计生成 3838或或36 ATP 36 ATP 细胞呼吸的能量计算生物氧化产生生物氧化产生ATPATP的统计的统计 2 2一个

24、葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATPATP？糖酵解：糖酵解：底物水平磷酸化产生底物水平磷酸化产生 4 ATP4 ATP（细胞质）；（细胞质）；己糖分子活化消耗己糖分子活化消耗 2 ATP2 ATP（细胞质）；（细胞质）；产生产生 2NADH2NADH，经电子传递产生，经电子传递产生 5 5或或3 3 ATPATP（线粒体）（线粒体）共积累共积累 7 7或或 5ATP 5ATP丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸氧化脱羧：产生产生 2NADH2NADH（线粒体），生成（线粒体），生成 5ATP5ATP三羧酸循环：三羧酸循环：底物水平的磷酸化产生（线粒体）底物水平的

25、磷酸化产生（线粒体）2ATP2ATP；产生产生 6NADH6NADH（线粒体），生成（线粒体），生成 15ATP15ATP；产生产生 2FADH2FADH2 2（线粒体），生成（线粒体），生成 3 ATP3 ATP；共积累共积累20ATP20ATP总计生成总计生成 3232或或30 ATP 30 ATP 发酵作用 在有氧环境中，酵母细胞消耗在有氧环境中，酵母细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳。，同时产生二氧化碳。在缺氧环境中，酵母菌将葡萄在缺氧环境中，酵母菌将葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳。化碳。在有氧环境中，食物分子被

26、充在有氧环境中，食物分子被充分氧化，可产生比无氧环境更分氧化，可产生比无氧环境更多的能量。多的能量。发酵是典型的细胞呼吸过程发酵是典型的细胞呼吸过程乙醇发酵乙醇发酵乳酸发酵乳酸发酵蛋白质和脂肪的生物氧化蛋白质和脂肪的氧化氨基酸与脂肪酸的氧化是先转变为某种中间产氨基酸与脂肪酸的氧化是先转变为某种中间产物，然后进入糖酵解或三羧酸循环物，然后进入糖酵解或三羧酸循环氨基酸脱氨变成三羧酸循环中的有机酸氨基酸脱氨变成三羧酸循环中的有机酸脂肪酸可以与辅酶脂肪酸可以与辅酶A A结合后氧化生成乙酰辅酶结合后氧化生成乙酰辅酶A A而进入三羧酸循环而进入三羧酸循环甘油则可以转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程甘油则可以转

27、变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程能量的流动光合作用光合作用是指绿色植物和光合细菌利用光能把二氧光合作用是指绿色植物和光合细菌利用光能把二氧化碳和水合成有机物的过程化碳和水合成有机物的过程光合作用的发现五年后五年后16421642年，比利时医生赫尔蒙特年，比利时医生赫尔蒙特柳树增重74.4774.47kg土壤减少0.060.06kg水分是建造植物体的水分是建造植物体的唯一唯一原料原料光合作用的发现17711771年，英国的牧师普里斯特利年，英国的牧师普里斯特利 燃烧的蜡烛使空气恶化，薄荷可以净化空气燃烧的蜡烛使空气恶化，薄荷可以净化空气光合作用的发现17791779年，荷兰医生英杰豪斯年，荷兰医生英

28、杰豪斯植物只能在植物只能在光光下，其绿色部分才能改善空气下，其绿色部分才能改善空气光合作用的发现18041804年，瑞士生物学家沙斯修年，瑞士生物学家沙斯修植物能在光照下产生植物能在光照下产生氧气氧气水生植物叶片表水生植物叶片表面的氧气泡泡面的氧气泡泡光合作用的发现18641864年，德国植物学家萨克斯年，德国植物学家萨克斯植物光合作用产生了植物光合作用产生了淀粉淀粉黑暗放置一夜黑暗放置一夜一半叶片曝光一半叶片曝光一半叶片遮光一半叶片遮光光合作用2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO21、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O C18O2+H2O O2 CO2+H218O18O2193

29、91939年，美国生物学家鲁宾和卡门，用氧的同位素年，美国生物学家鲁宾和卡门，用氧的同位素18O分别标记分别标记H2O和和CO2,使它分别成为使它分别成为H218O和和C18O2进行进行两组光合作用的实验：两组光合作用的实验：叶肉细胞叶肉细胞基粒基粒基质基质类囊体类囊体气孔气孔光合作用的两个阶段光反应光反应碳反应碳反应基质基质光合色素叶绿素类叶绿素类：叶绿素a、b类胡萝卜素类胡萝卜素：胡萝卜素、叶黄素藻胆素藻胆素：藻红素、藻蓝素叶绿素分子叶绿素分子由碳和氮原叶绿素分子由碳和氮原子组成，子组成，卟啉环与叶醇卟啉环与叶醇侧链相连结，侧链相连结，叶醇侧链叶醇侧链插入到类囊体膜中插入到类囊体膜中可见光

30、与叶绿体的相互反应反射光反射光透射光透射光吸收光吸收光叶绿素的吸收光谱几种光合色素的吸收区域p叶绿素类：叶绿素类：蓝紫光、红光蓝紫光、红光p叶绿素叶绿素a a红光区吸收带偏长波方向，蓝紫光区偏短红光区吸收带偏长波方向，蓝紫光区偏短波方向波方向p叶绿素叶绿素a a 蓝绿色，叶绿素蓝绿色，叶绿素b b呈黄绿色呈黄绿色p类胡萝卜素：类胡萝卜素：只吸收蓝紫光不吸收红橙及黄光，故呈只吸收蓝紫光不吸收红橙及黄光，故呈橙黄色和黄色橙黄色和黄色p藻胆素：藻胆素：主要吸收绿、橙光主要吸收绿、橙光p藻红素藻红素吸收绿光，吸收绿光，藻蓝素藻蓝素吸收橙红光吸收橙红光激发态激发态基态基态荧光荧光热热叶绿素分子叶绿素分子

31、光子光子溶液中的叶绿素分子在光下发出红色的荧光溶液中的叶绿素分子在光下发出红色的荧光光色素分子装配成的系统，能把吸收的能量汇光色素分子装配成的系统，能把吸收的能量汇集到光反应中心，称为光系统（集到光反应中心，称为光系统（PhotosystemPhotosystem）光系统原初电子受体原初电子受体天线色素分子天线色素分子反应中心叶绿素分子反应中心叶绿素分子（叶绿素（叶绿素a a）反应中心反应中心光系统光系统光反应（光反应（Light reactionLight reaction）光合作用的两个阶段光反应：由光所引起的一系列光物理和光化学光反应：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

32、层中反应，发生在类囊体片层中光能的吸收、传递和转换光能的吸收、传递和转换光系统光系统（PSI PSI）：）：反应中心色素（叶绿反应中心色素（叶绿素素a a）P700P700和捕光色素和捕光色素光系统光系统（PS IIPS II）：）：反应中心色素（叶绿反应中心色素（叶绿素素a a）P680P680和捕光色素和捕光色素光系统I和光系统II光反应的光合电子传递链光反应的光合电子传递链光合磷酸化光合磷酸化（光合磷酸化（PhotophosphorylationPhotophosphorylation）：由光照引起）：由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATPA

33、TP的过程的过程质体醌质体醌质蓝素质蓝素细胞色素细胞色素b b6 6-f-f复合物复合物铁氧还铁氧还蛋白蛋白铁氧还蛋白铁氧还蛋白-NADPNADP还原酶还原酶ATPATP合合成酶成酶小结光反应：小结光反应：将光能转换为化学能，储存在将光能转换为化学能，储存在ATPATP和和NADPHNADPH中，同时水被光解生成分子氧中，同时水被光解生成分子氧碳反应（碳反应（Carbon reactionCarbon reaction）光合作用的两个阶段碳反应：利用光反应生成的活跃的化学能（碳反应：利用光反应生成的活跃的化学能（ATPATP和和NADPHNADPH）固定）固定COCO2 2生成糖的过程生成糖的

34、过程碳反应在叶绿体基质中进行碳反应在叶绿体基质中进行C3C3植物植物卡尔文循环（卡尔文循环（Calvin cycleCalvin cycle）核酮糖二磷酸核酮糖二磷酸（RuBPRuBP）3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸（PGAPGA）COCO2 2COCO2 2的固定的固定1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸（G3PG3P）还原反应还原反应RuBPRuBP的再生的再生葡萄糖及其葡萄糖及其他化合物他化合物在卡尔文循环中在卡尔文循环中,固定固定COCO2 2产生的中间体是三碳的三磷产生的中间体是三碳的三磷酸甘油酸酸甘油酸(PGA),(PGA),所以将所以将COCO2

35、2的这种固定途径称为的这种固定途径称为C3C3途径途径,并将通过这种途径固定并将通过这种途径固定COCO2 2的植物称为的植物称为C3C3植物植物卡尔文循环总反应式12H+6CO2+18ATP+12NADPH+12H2O C6H12O6+18ADP+18Pi+12NADP+6H+生产一分子生产一分子C6H12O6需要两分子三磷酸甘油醛需要两分子三磷酸甘油醛需要循环需要循环6次次光合作用全过程C4植物pC4C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。p植物若长时间开放气孔吸收植物若长时间开放气孔吸收COCO2 2，会导致水分通过蒸，会导致水分通过蒸腾作用过

36、快的流失。所以，植物只能短时间开放气孔，腾作用过快的流失。所以，植物只能短时间开放气孔，COCO2 2的摄入量必然少。的摄入量必然少。pC4C4植物叶肉细胞含有独特的酶植物叶肉细胞含有独特的酶磷酸烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶酸碳氧化酶，使得，使得COCO2 2先被磷酸烯醇式丙酮酸同化，形先被磷酸烯醇式丙酮酸同化，形成四碳化合物成四碳化合物草酰乙酸草酰乙酸，这也是该反应类型名称的由，这也是该反应类型名称的由来。来。p该类型的优点是，该类型的优点是，CO CO2 2固定效率比固定效率比C3C3高很多高很多,有利于有利于植物在干旱环境生长。植物在干旱环境生长。草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸丙酮酸

37、丙酮酸C4循环磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸叶肉细胞叶肉细胞维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶肉细胞叶肉细胞维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶脉叶脉（维管组织）（维管组织）C4植物叶片C4植物景天科等植物有一个很特殊的景天科等植物有一个很特殊的COCO2 2同化方式：夜间固定同化方式：夜间固定COCO2 2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放产生有机酸，白天有机酸脱羧释放COCO2 2，用于光合作用，用于光合作用，这样的与有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为这样的与有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为CAM(Crassulacean acid metabolism)CAM(Crassulacean aci

38、d metabolism)途径途径景天酸代谢途经C4植物和CAM植物的比较CAM植物剑麻芦荟落地生根龙舌兰昙花绯牡丹有人幻想和设想：有朝一日，科学家将光合作用有人幻想和设想：有朝一日，科学家将光合作用机理搞清楚，并将植物光合作用的全套基因转移机理搞清楚，并将植物光合作用的全套基因转移到人的头发中，在头发中模拟光合作用的过程，到人的头发中，在头发中模拟光合作用的过程，那么，只要在人的头上撒点水、再晒晒太阳，在那么，只要在人的头上撒点水、再晒晒太阳，在头发中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的过程，头发中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的过程，葡萄糖从头发中输送到人体的各部分，吃饭的历葡萄糖从头发中输送到人体的各部分，吃饭的历史使命便可宣告结束了。史使命便可宣告结束了。p 什么是细胞呼吸？有氧呼吸和无氧呼吸过程中什么是细胞呼吸？有氧呼吸和无氧呼吸过程中ATPATP产生数量有什么区别？分别如何计算？产生数量有什么区别？分别如何计算？p 底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化有底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化有什么相似点和不同点？什么相似点和不同点？总结与思考Thank U