1、第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节第一节 生物体的能量生物体的能量 第一节一、一、生命活动需要能量 生命的活动和维持需要消生命的活动和维持需要消耗能量，生物本身不能创耗能量，生物本身不能创造新的能量，它只能依赖造新的能量，它只能依赖于外部能量的输入。几乎于外部能量的输入。几乎所有地球生命所需要的能所有地球生命所需要的能量都来自太阳。量都来自太阳。 自养生物与异养生物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来完成的。生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程来完成的。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为
2、科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 代谢代谢：发生在生物体内全部的化学物质和能量的转化过程。：发生在生物体内全部的化学物质和能量的转化过程。同化作用与异化作用组成了新陈代谢的两个方面。同化作用与异化作用组成了新陈代谢的两个方面。 同化作用同化作用或合成代谢：生物体将简单小分子合成复杂大分子或合成代谢：生物体将简单小分子合成复杂大分子并消耗能量的过程。光合作用是最典型的同化作用过程。并消耗能量的过程。光合作用是最典型的同化作用过程。 异化作用异化作用或分解代谢：生物体将复杂化合物分解为简单小分或分解代谢：生物体将复杂化合物分解为简单小分子并放出能量的反应。细胞呼吸是最重要的
3、异化作用过程。子并放出能量的反应。细胞呼吸是最重要的异化作用过程。 在细胞或生物体内，异化作用释放的能量常常被用来供给同在细胞或生物体内，异化作用释放的能量常常被用来供给同化作用，这种放能反应与吸能反应之间能量的转移称为化作用，这种放能反应与吸能反应之间能量的转移称为能量能量代谢的偶联代谢的偶联。 新陈代谢也可以分为物质代谢与能量代谢两个方面。新陈代谢也可以分为物质代谢与能量代谢两个方面。 伴随着能量的流动，这些代谢反应基本都发生在生物膜（如伴随着能量的流动，这些代谢反应基本都发生在生物膜（如类囊体膜和线粒体膜）上，还都需要酶的催化作用。类囊体膜和线粒体膜）上，还都需要酶的催化作用。第一节第四
4、章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 热热是一种可测量的能量形式。是一种可测量的能量形式。热力学热力学是研究热现象中物态是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科。转变和能量转换规律的学科。 热与功是能的两种主要表现形式。在生物系统中，一般使热与功是能的两种主要表现形式。在生物系统中，一般使用千焦耳（用千焦耳（kJkJ）为能量单位。）为能量单位。 热力学第一定律热力学第一定律即能量守恒定律，该定律指出，宇宙或一即能量守恒定律，该定律指出，宇宙或一个孤立系统的总能量是一个常数，能量可以不断被转化和个孤立系统的总能量是一个常数，能量可以
5、不断被转化和转移，但不可能被创造，也不可能被消灭。转移，但不可能被创造，也不可能被消灭。如酒精燃烧将化学能转化为光能和热能。如酒精燃烧将化学能转化为光能和热能。生物体可以从环境中获得能量，在体内转换传递，也生物体可以从环境中获得能量，在体内转换传递，也可将能量以热的形式释放到环境中去，将生物及其环可将能量以热的形式释放到环境中去，将生物及其环境看作为一个境看作为一个孤立孤立系统，其能量始终是守恒的。系统，其能量始终是守恒的。 二、二、热力学定律热力学定律 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 热力学第二定律热力学第二定律：描述了
6、无序状态的变化规律，指出：描述了无序状态的变化规律，指出系系统的各种过程总是向着熵值增大的方向进行。统的各种过程总是向着熵值增大的方向进行。 热力学将不能做功的随机和无序状态的能定义为热力学将不能做功的随机和无序状态的能定义为熵熵，以，以S表示。熵是表示。熵是度度量无序程度的量纲。量无序程度的量纲。一个系统越是有序，它的熵就越低，反之越高。一个系统越是有序，它的熵就越低，反之越高。有序是一种高度不稳定的状态。有序是一种高度不稳定的状态。没有任何一种过程其能与功的转换效率超过没有任何一种过程其能与功的转换效率超过100%100%。 生命过程一直在与自发过程中熵的增大作抗争。这种抗生命过程一直在与
7、自发过程中熵的增大作抗争。这种抗争靠的是能量的不断输入。如果不输入能量，对于活细争靠的是能量的不断输入。如果不输入能量，对于活细胞和生物体来说，系统的有序化程度就要下降，熵不断胞和生物体来说，系统的有序化程度就要下降，熵不断增加的结果将导致细胞或生物的死亡。增加的结果将导致细胞或生物的死亡。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 热力学将系统中总的热称为焓，以热力学将系统中总的热称为焓，以H表示。在化学反应中，表示。在化学反应中，反应物或产物的焓等于总的化学键能，化学键的形成或断反应物或产物的焓等于总的化学键能，化学键的形成或断
8、开使热焓补充吸收或者释放。开使热焓补充吸收或者释放。 自由能自由能：在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那：在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那一部分能量。一部分能量。 当熵增加时，系统的自由能便会下降，因此有如下关系式：当熵增加时，系统的自由能便会下降，因此有如下关系式： G G = = H H - - T TS S ( (T T为热力学温度为热力学温度) ) 物理和化学过程达到平衡时，即达到系统的自由能最小而物理和化学过程达到平衡时，即达到系统的自由能最小而熵最大。熵最大。 生物体能够通过新陈代谢不断地从周围环境吸取负熵维持生物体能够通过新陈代谢不断地从周围环境吸取负熵维持高度有
9、序的生存状态。新陈代谢过程使生物体向周围环境高度有序的生存状态。新陈代谢过程使生物体向周围环境释放出其不断产生的正熵。释放出其不断产生的正熵。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 在一个生物化学反应中，如果产物在一个生物化学反应中，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，可释放自由能，称为行，可释放自由能，称为放能反应放能反应；相反另一些反应需要；相反另一些反应需要从外界输入自由能才能进行，这种反应称为从外界输入自由能才能进行，这种反应称为吸能反应吸能反应
10、。放能反应和吸能反应：放能反应和吸能反应：第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 在活细胞中，能在活细胞中，能量通常以化学键量通常以化学键能的形式贮存在能的形式贮存在腺嘌呤核苷三磷腺嘌呤核苷三磷酸（酸（ATPATP，也称，也称腺苷三磷酸或三腺苷三磷酸或三磷酸腺苷）中。磷酸腺苷）中。三、细胞的能量通货三、细胞的能量通货ATP 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 当当ATPATP水解时，一个高能磷酸键断裂，同时释放出能量水解时，一个高能磷酸键断裂，同时释放出能量并形成
11、较并形成较ATPATP更为稳定的腺嘌呤核苷二磷酸（更为稳定的腺嘌呤核苷二磷酸（ADPADP）。在）。在标准状态下，每摩尔标准状态下，每摩尔ATPATP水解形成水解形成ADPADP，可产生，可产生30.5 kJ 30.5 kJ 的能量（自由能）。的能量（自由能）。 ATP 与与ADP 的转换的转换第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节 ATPATP作为细胞中能量的通货是如何工作的呢？作为细胞中能量的通货是如何工作的呢？ 细胞内细胞内ATPATP水解的放能反应往往在特定酶的帮助下直水解的放能反应往往在特定酶的帮助下直接与某些吸能反应相
12、偶联。在生物体中，接与某些吸能反应相偶联。在生物体中，ATPATP不断地消不断地消耗和再生，维持着生命的高度有序状态。耗和再生，维持着生命的高度有序状态。ATP 水解的放能反应与吸能反应相偶联水解的放能反应与吸能反应相偶联第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一节仲夏的夜晚，萤火虫是如何利用仲夏的夜晚，萤火虫是如何利用ATP来发光的？来发光的？发光细胞有荧光素酶（发光细胞有荧光素酶（E-LH），酶），酶促反应使促反应使ATP与与E-LH先偶联，偶联先偶联，偶联的高能中间产物的高能中间产物ELH2-AMP在氧在氧气存在时可释放出能量，并
13、以荧光气存在时可释放出能量，并以荧光的形式发射出来：的形式发射出来：ATP + E-LH ELH2-AMP + PiELH2-AMP + O2 E-P + CO2+ hu (荧光）荧光）第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第二节第二节 生物催化剂生物催化剂- -酶酶 第二节一、一、酶是具有催化作用的蛋白质 酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂。绝大多数酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂。绝大多数的酶都是蛋白质，近年来发现某些核酸也具有生物催化作的酶都是蛋白质，近年来发现某些核酸也具有生物催化作用，被称之为用，被称之为“核酶核
14、酶” ” 。 酶在常温、常压、中性酶在常温、常压、中性pHpH的温的温和条件下具有很高的催化效率。和条件下具有很高的催化效率。 酶的活性指酶具有催化生化反应的能力。常用酶的活力单酶的活性指酶具有催化生化反应的能力。常用酶的活力单位（位（U U）表示具有酶活力的大小，国际标准活力单位的定）表示具有酶活力的大小，国际标准活力单位的定义为，在标准条件（义为，在标准条件（2525、最适、最适pHpH、底物过量）下，、底物过量）下，1min1min催化催化1 1molmol底物转化成产物的酶的量，就是底物转化成产物的酶的量，就是1 1个活力单位。个活力单位。 按照酶催化反应的性质，它们有多种类型。按照酶
15、催化反应的性质，它们有多种类型。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 酶可以降低活化一个反应所需要的能量。酶可以降低活化一个反应所需要的能量。 用于克服能障、启动反应进行所需的能量叫用于克服能障、启动反应进行所需的能量叫活化能活化能。活化能还可定义为，在一定温度下活化能还可定义为，在一定温度下1 mol 1 mol 反应物全部反应物全部进入活化状态所需要的自由能。进入活化状态所需要的自由能。 酶的作用就在于通过和酶的作用就在于通过和反应物反应物结合成中间产物，从而结合成中间产物，从而降低这部分能量，来提高反应的速率。降低这部分能量，
16、来提高反应的速率。 酶的另一个重要特点是它的特异性或专一性。酶的另一个重要特点是它的特异性或专一性。 酶具有特殊的三维空间结构和构象，其特殊袋状或沟酶具有特殊的三维空间结构和构象，其特殊袋状或沟状部位可以与底物相结合。这一部位称为酶的活性位状部位可以与底物相结合。这一部位称为酶的活性位点或酶的点或酶的活性中心活性中心。诱导契合促进了酶与底物相互作用。诱导契合促进了酶与底物相互作用。第二节二、酶的催化作用机制二、酶的催化作用机制 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 温度的影响：在一定范围内，酶的活性随温度升高而增高，温度的影响：在一定
17、范围内，酶的活性随温度升高而增高，超过一定的温度界限，活性即下降。酶活性最高时的温度超过一定的温度界限，活性即下降。酶活性最高时的温度即为酶的最适温度。即为酶的最适温度。 第二节三、影响酶活性的因素三、影响酶活性的因素 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 每一种酶只在一定的每一种酶只在一定的pHpH范围内具有较高的活性，范围内具有较高的活性，而且有一个最适而且有一个最适pHpH。 第二节pH的影响：的影响：第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 有些化合物可以选择性地抑制酶的
18、活性，称为有些化合物可以选择性地抑制酶的活性，称为酶的抑制剂酶的抑制剂。抑制作用可以是可逆的或不可逆的。抑制作用可以是可逆的或不可逆的。具有具有竞争性抑制剂竞争性抑制剂和和非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂两种。两种。 第二节酶的抑制剂：酶的抑制剂：第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 在代谢过程中局部反应对催化该反应的酶所起的抑在代谢过程中局部反应对催化该反应的酶所起的抑制作用，称为制作用，称为反馈抑制反馈抑制。 酶促反应在细胞中往往不是独立发生的，酶促反应的序酶促反应在细胞中往往不是独立发生的，酶促反应的序列性使得不同的酶促反应彼此按一
19、定顺序相互联系。列性使得不同的酶促反应彼此按一定顺序相互联系。最终产物抑制是细胞自行调节其代谢的一种机制。也是最终产物抑制是细胞自行调节其代谢的一种机制。也是维持细胞稳态维持细胞稳态(homeostasis)(homeostasis)的重要机制。的重要机制。第二节反馈抑制：反馈抑制：第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 许多酶还需要非蛋白的辅助因子和辅酶才能完成其催化作许多酶还需要非蛋白的辅助因子和辅酶才能完成其催化作用。通常将无机金属离子称为用。通常将无机金属离子称为辅助因子辅助因子，将有机化合物称，将有机化合物称为为辅酶辅酶。大多
20、数辅酶都是一些具有核苷酸结构的维生素。大多数辅酶都是一些具有核苷酸结构的维生素。如如辅酶辅酶NADNAD 、NADPNADP和和FADFAD的的传递传递H H和电子和电子作用。作用。第二节四、酶的辅助因子和辅酶四、酶的辅助因子和辅酶 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 在在细胞细胞极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应。极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应。 新陈代谢简称新陈代谢简称代谢，是生物体内所有生物化学反应和能代谢，是生物体内所有生物化学反应和能量转换过程的总称。量转换过程的总称。代谢也是生命最基本的特征之一。代谢也是
21、生命最基本的特征之一。 在细胞这个微小的体系中，物质代谢总是伴随着能量的在细胞这个微小的体系中，物质代谢总是伴随着能量的转化。转化。细胞利用呼吸作用放出的能量（细胞利用呼吸作用放出的能量（ATPATP）完成各种各）完成各种各样的工作样的工作。 细胞不是一个装满了各种酶和反应物的口袋细胞不是一个装满了各种酶和反应物的口袋，细胞复杂，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的结构特别是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控制和调节。，使它们高度有序并可以控制和调节。 细胞的代谢像一个经过精心制作的复杂道路交通图。细胞的代谢像一个经过精心制作的复杂道路交通图。
22、第三节第三节 生物代谢生物代谢 第三节一、活细胞是一个微小的化学工业园一、活细胞是一个微小的化学工业园 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 长期的进化过程中，生物体获得了对生物代谢精密的调控长期的进化过程中，生物体获得了对生物代谢精密的调控机制。酶的调节是其中最基本的代谢调节。机制。酶的调节是其中最基本的代谢调节。 我们可以把活细胞看作是一个微小化学工业园。在这个化我们可以把活细胞看作是一个微小化学工业园。在这个化学工业园中发生着各种称之为生物代谢的化学反应。学工业园中发生着各种称之为生物代谢的化学反应。 生物代谢的作用包括：生物代
23、谢的作用包括：（1）从环境和不同器官部位获得营养物质，又将代谢废）从环境和不同器官部位获得营养物质，又将代谢废物和热输出到环境中。物和热输出到环境中。（2）将营养物质分解成自身代谢需要的有机化合物分子）将营养物质分解成自身代谢需要的有机化合物分子或组成生物大分子的前体分子或构件。或组成生物大分子的前体分子或构件。（3）合成细胞内的生物大分子（生物聚合物）。）合成细胞内的生物大分子（生物聚合物）。（4）为生命活动提供能量。）为生命活动提供能量。（5）细胞核中的遗传物质（基因）最终对各种反应起控）细胞核中的遗传物质（基因）最终对各种反应起控制作用，细胞核类似于一个控制中心。制作用，细胞核类似于一个
24、控制中心。 生物代谢是发生在生物体内全部的化学物质变化和能量转生物代谢是发生在生物体内全部的化学物质变化和能量转化过程，是生命区别于非生命的基本特征之一。化过程，是生命区别于非生命的基本特征之一。 第三节第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 氧化氧化- -还原反应还原反应实质是电子的得失反应：获得电子的过实质是电子的得失反应：获得电子的过程是程是还原反应还原反应，失去电子的过程是，失去电子的过程是氧化反应氧化反应。失去电子。失去电子的物质为的物质为还原剂还原剂，得到电子的物质是，得到电子的物质是氧化剂氧化剂。 细胞中氢及其电子从一个化
25、合物向另一个化合物转移时细胞中氢及其电子从一个化合物向另一个化合物转移时发生氧化发生氧化- -还原反应，被转移的电子所携带的能量便贮还原反应，被转移的电子所携带的能量便贮存在新的化学键中。存在新的化学键中。 如：如：XHXH2 2 ( (还原型底物还原型底物) )NADNAD+ +X(X(氧化型产物氧化型产物) )NADHNADHH H+ +XHXH2 2 ( (还原型底物还原型底物) )NADP+X(NADP+X(氧化型产物氧化型产物) )NADPHNADPHH H+ +XHXH2 2 ( (还原型底物还原型底物) )FAD X(FAD X(氧化型产物氧化型产物) )FADHFADH2 2
26、还原态的还原态的NADHNADH、NADPHNADPH和和FADHFADH2 2等还可将所接受的电子和等还可将所接受的电子和氢传递给其他传递体如细胞色素、辅酶氢传递给其他传递体如细胞色素、辅酶Q Q等。等。 第三节二、氧化二、氧化-还原反应还原反应 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 电子的传递必须由低氧化电子的传递必须由低氧化- -还原电位（还原电位（E E0 0）物质向高氧）物质向高氧化还原物质传递。化还原物质传递。氧化氧化- -还原电位还原电位又称为标准还原电位又称为标准还原电位, ,它是以氢电极为标准并以氢原子氧化它是以氢电
27、极为标准并以氢原子氧化- -还原体系的还原体系的E E0 0值值为对照来反映还原剂失去电子能力大小的电位差值。在为对照来反映还原剂失去电子能力大小的电位差值。在有电子转移的代谢反应中，氧化有电子转移的代谢反应中，氧化- -还原电位的改变（还原电位的改变（E E0 0）与标准自由能的改变（）与标准自由能的改变（G G）成正比。）成正比。 细胞呼吸过程是一个氧化细胞呼吸过程是一个氧化- -还原反应还原反应。第三节第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 常见的生物代谢反应还包括基团转移反应、碳键的形成常见的生物代谢反应还包括基团转移反应、碳键
28、的形成和断裂反应、水解反应、消除反应、重排反应等。和断裂反应、水解反应、消除反应、重排反应等。 在酶的调节催化作用下，细胞内各类代谢反应能否发生在酶的调节催化作用下，细胞内各类代谢反应能否发生取决于反应前后标准自由能的变化（取决于反应前后标准自由能的变化（G G）。反应前后）。反应前后标准自由能的变化（标准自由能的变化（G G ）与该反应的化学反应平衡常）与该反应的化学反应平衡常数（数（K Keqeq）相关。）相关。化学反应平衡常数化学反应平衡常数是在标准状态条件下是在标准状态条件下一个化学反应达到平衡时产物与反应物浓度的比值。一个化学反应达到平衡时产物与反应物浓度的比值。 G G - -RT
29、RTlnlnK Keqeq 即使即使G G 00，并不等于反应就一定能自发进行，还需要，并不等于反应就一定能自发进行，还需要酶的催化作用来降低启动代谢反应所需的活化能和提高酶的催化作用来降低启动代谢反应所需的活化能和提高反应的速率。反应的速率。 第三节三、其他常见的代谢反应三、其他常见的代谢反应 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节第四节 细胞呼吸细胞呼吸 一、一、细胞呼吸产生能量细胞呼吸产生能量 第四节 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，细胞呼吸与汽油燃烧
30、本质上细胞呼吸是一种氧化反应，细胞呼吸与汽油燃烧本质上都是氧化有机质产生能量：都是氧化有机质产生能量：有机化合物有机化合物 + O+ O2 2 CO CO2 2 + + 能量能量 细胞呼吸消耗的细胞呼吸消耗的“燃料燃料”可包括糖类、脂肪、蛋白质等可包括糖类、脂肪、蛋白质等多种多种“食物分子食物分子”。 细胞呼吸是在复杂的细胞体系中（主要在线粒体中）进细胞呼吸是在复杂的细胞体系中（主要在线粒体中）进行的，在温和条件和酶的参与和调控下，能量逐步按需行的，在温和条件和酶的参与和调控下，能量逐步按需释放，没有剧烈的发光发热现象，细胞呼吸能量的转化释放，没有剧烈的发光发热现象，细胞呼吸能量的转化和利用效
31、率很高。和利用效率很高。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 有氧条件下，酵母细胞可以消耗氧气来分解葡萄糖有氧条件下，酵母细胞可以消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳。并获得能量，同时产生二氧化碳。 缺氧条件下，酵母菌将葡萄汁中的葡萄糖分解成酒缺氧条件下，酵母菌将葡萄汁中的葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳。精（乙醇）和二氧化碳。 有氧条件和缺氧条件下，葡萄糖等有氧条件和缺氧条件下，葡萄糖等“食物分子食物分子”在生物在生物细胞中产生能量的情况是不一样的。细胞中产生能量的情况是不一样的。第四章 能量与代谢文档仅供参考
32、，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 细胞呼吸：生物细胞消耗氧气来分解细胞呼吸：生物细胞消耗氧气来分解“食物分子食物分子”并获得能量的过程。并获得能量的过程。 呼吸运动：通过口腔或鼻腔将呼吸运动：通过口腔或鼻腔将O O2 2吸入到肺部再呼出吸入到肺部再呼出COCO2 2的过程。的过程。 通常意义的呼吸与细胞呼吸是相互关联的。通常意义的呼吸与细胞呼吸是相互关联的。 慢跑，细胞消慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同糖并获得能量，同时产生二氧化碳和时产生二氧化碳和水；快跑，细胞将水；快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸。葡萄糖分解成乳酸。细胞呼吸与
33、呼吸作用细胞呼吸与呼吸作用第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 细胞呼吸的化学过程分为糖酵解、细胞呼吸的化学过程分为糖酵解、KrebsKrebs循环和电子传递循环和电子传递及及ATPATP合成合成3 3个阶段个阶段。 二、细胞呼吸的代谢过程二、细胞呼吸的代谢过程 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 发生在线粒体外的细胞质中。糖酵解过程包括发生在线粒体外的细胞质中。糖酵解过程包括1010步化学步化学反应。反应。 参与化合物：参与化合物：葡萄糖（葡萄糖（“食物分子食
34、物分子”或称或称“燃料分子燃料分子”），），ADPADP和磷酸，和磷酸，NADNAD+ +。在糖酵解的起始阶段还需。在糖酵解的起始阶段还需要消耗要消耗2 2分子分子ATPATP来启动整个葡萄糖的代谢过程。但在糖来启动整个葡萄糖的代谢过程。但在糖酵解的后期共可产出酵解的后期共可产出4 4分子分子ATPATP，特别还形成了高能化合，特别还形成了高能化合物物NADHNADH。糖酵解的最终产物是丙酮酸。再通过丙酮酸的。糖酵解的最终产物是丙酮酸。再通过丙酮酸的进一步分解和呼吸链获得更多的能量。进一步分解和呼吸链获得更多的能量。 糖酵解在细胞质中将糖酵解在细胞质中将1 1个六碳的葡萄糖分解成个六碳的葡萄糖
35、分解成2 2个三碳的个三碳的丙酮酸，这一阶段净产生丙酮酸，这一阶段净产生2 2个个ATPATP，还生成，还生成2 2分子分子NADHNADH，糖酵解过程不需要氧参与。糖酵解过程不需要氧参与。 糖酵解糖酵解第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 KrebsKrebs循环（又称循环（又称柠檬酸循环或三柠檬酸循环或三羧酸循环）羧酸循环） KrebsKrebs循环在线粒循环在线粒体基质中进行。体基质中进行。 分解丙酮酸形成分解丙酮酸形成2
36、 2分子分子COCO2 2、8 8个个H H，3 3分子分子NADHNADH和和1 1分分子子FADHFADH2 2，及，及1 1分分子子ATPATP。简化的Krebs循环图解第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 贮存于贮存于NADHNADH和和FADHFADH2 2的高能电子的高能电子沿分布于线粒体沿分布于线粒体内膜上的电子传内膜上的电子传递链（又称呼吸递链（又称呼吸链）传递，最后链）传递，最后达到分子氧，高达到分子氧，高能电子逐步释放能电子逐步释放的能量合成了更的能量合成了更多的多的ATPATP。 氧化磷酸化氧化磷酸化第四章
37、 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节电子传递链的主要成分是在线粒体内膜上的蛋白复合物。电子传递链的主要成分是在线粒体内膜上的蛋白复合物。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 细胞通过磷酸化作用即磷酸基团与细胞通过磷酸化作用即磷酸基团与ADP结合产生结合产生ATP分子。细胞有分子。细胞有2种磷酸化的途径或机制，即底种磷酸化的途径或机制，即底物水平磷酸化和与电子传递系统偶联的磷酸化。物水平磷酸化和与电子传递系统偶联的磷酸化。 底物水平磷酸底物水平磷酸化化：在磷酸化在磷酸化
38、过程中，相关过程中，相关的酶将底物分的酶将底物分子上的磷酸基子上的磷酸基团直接转移到团直接转移到ADPADP分子上。分子上。 三、三、ATP形成及统计形成及统计 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时，电子能量逐当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时，电子能量逐步降低，促使从步降低，促使从NADHNADH脱下的脱下的H H穿过内膜从线粒体的基质穿过内膜从线粒体的基质进入到内膜外的膜间腔中，造成跨膜的质子梯度，即膜进入到内膜外的膜间腔中，造成跨膜的质子梯度，即膜内外的质子浓度差。内外的质子浓度差。
39、 紧接着导致化学渗紧接着导致化学渗透发生，即质子顺透发生，即质子顺浓度梯度从外腔经浓度梯度从外腔经内膜通道（内膜通道（ATPATP合成合成酶）返回到线粒体酶）返回到线粒体的基质中，在的基质中，在ATPATP合合酶的作用下，所释酶的作用下，所释放的能量使放的能量使ADPADP与磷与磷酸结合生成了酸结合生成了ATPATP。电子传递系统偶联的磷酸化：化学渗透学说。电子传递系统偶联的磷酸化：化学渗透学说。第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节糖酵解：底物水平磷酸化产生糖酵解：底物水平磷酸化产生4 4个个ATPATP，己糖活化消耗，己糖活化
40、消耗2 2个个ATPATP，脱，脱氢反应产生氢反应产生2 2个个NADHNADH，经电子传，经电子传递链生成递链生成5 5个个ATPATP。糖酵解阶段。糖酵解阶段产生于细胞质中的产生于细胞质中的2 2个个NADHNADH进入进入线粒体消耗线粒体消耗2 2个个ATPATP。合计积累。合计积累5 5个个ATPATP。 KrebsKrebs循环：底物水平的磷酸化产循环：底物水平的磷酸化产生生2 2个个ATPATP，脱氢反应产生，脱氢反应产生8 8个个NADHNADH和和2 2个个FADHFADH2 2，8 8个个NADHNADH经电经电子传递链生成子传递链生成2020个个ATPATP，2 2个个FA
41、DHFADH2 2经电子传递链生成经电子传递链生成3 3个个ATPATP。合计积累。合计积累2525个个ATPATP。 1分子葡萄糖彻底氧化分解所形成的能量统计第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第四节 生物大分子需要经过生物大分子需要经过消化作用消化作用生成单体小分子的葡萄糖、生成单体小分子的葡萄糖、氨基酸或脂肪酸等。氨基酸或脂肪酸等。 消化作用常常发生在细胞外，而不是在细胞质内，它是一消化作用常常发生在细胞外，而不是在细胞质内，它是一种在酶作用下的水解过程。种在酶作用下的水解过程。 蛋白质和脂肪消化水解后的氨基酸与脂肪酸也都可以经
42、过蛋白质和脂肪消化水解后的氨基酸与脂肪酸也都可以经过氧化分解为细胞提供能量，它们的氧化都是先转变为某种氧化分解为细胞提供能量，它们的氧化都是先转变为某种中间产物，然后进入糖酵解或中间产物，然后进入糖酵解或Krebs循环。循环。 氨基酸经过脱氨变成氨基酸经过脱氨变成Krebs循环中的有机酸，脂肪酸可以循环中的有机酸，脂肪酸可以与辅酶与辅酶A结合氧化生成乙酰辅酶结合氧化生成乙酰辅酶A而进入而进入Krebs循环，甘油循环，甘油则可以转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程。则可以转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程。 “食物分子食物分子”的分解又为生物大分子的合成及细胞、组织的分解又为生物大分子的合成及细胞、组织和
43、生物体的组成提供原料。和生物体的组成提供原料。 四、其他营养物质的氧化分解和代谢四、其他营养物质的氧化分解和代谢 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节第五节 光合作用光合作用 第五节 植物捕获和利用太阳能，将无机物（植物捕获和利用太阳能，将无机物（COCO2 2和和H H2 2O O）合成为）合成为有机物，并放出氧气，即将太阳能转化为化学能并贮存有机物，并放出氧气，即将太阳能转化为化学能并贮存在葡萄糖和其他有机分子中，这一过程称为光合作用。在葡萄糖和其他有机分子中，这一过程称为光合作用。 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为
44、科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节一、一、光合自养生物、叶绿体和光合膜光合自养生物、叶绿体和光合膜 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 光是一种电磁波，具有能量。光具有粒子性质，又称为光是一种电磁波，具有能量。光具有粒子性质，又称为光子。光子的能量与其波长成反比，在可见光区，紫光光子。光子的能量与其波长成反比，在可见光区，紫光波长最短，能量最大；红光波长较长，能量较小。波长最短，能量最大；红光波长较长，能量较小。二二 、光的性质与叶绿素光的性质与叶绿素 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依
45、据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 激发态激发态:光子照射到某些生物分子上时，可以使其光子照射到某些生物分子上时，可以使其某原子中的电子跃迁到远离原子核轨道的更高的某原子中的电子跃迁到远离原子核轨道的更高的能级水平。能级水平。 激发态的生物分子是不稳定的。激发态的生物分子是不稳定的。(1)(1)电子再回到基电子再回到基态，同时能量以态，同时能量以热或者荧光方式热或者荧光方式耗散出去；耗散出去；(2)(2)失去电子，而失去电子，而本身被氧化，带本身被氧化，带有正电荷，接受有正电荷，接受其电子的另一个其电子的另一个生物分子则被还生物分子则被还原。原。光与原子或分子间的相互作用
46、第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 叶绿素分子就是一种可叶绿素分子就是一种可以被可见光激发的色素以被可见光激发的色素分子，在光子驱动下发分子，在光子驱动下发生的得失电子反应是光生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的合作用过程中最基本的反应。反应。 叶绿素分子是由碳和氮叶绿素分子是由碳和氮原子组成的具有较复杂原子组成的具有较复杂结构的卟啉环与叶醇侧结构的卟啉环与叶醇侧链相连接的化合物，排链相连接的化合物，排列在类囊体表面的叶绿列在类囊体表面的叶绿素分子靠叶醇侧链插入素分子靠叶醇侧链插入到类囊体膜中。到类囊体膜中。 叶绿素分子的
47、化学结构第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 分光光度计分光光度计是用来测定是用来测定色素或化学色素或化学物质对不同物质对不同波长的光吸波长的光吸收能力（吸收能力（吸收光谱）的收光谱）的一种仪器。一种仪器。用分光光度计测定叶绿素分子的吸收光谱用分光光度计测定叶绿素分子的吸收光谱第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 用分光光度计测定叶绿素的吸收光谱显示，叶绿素用分光光度计测定叶绿素的吸收光谱显示，叶绿素a a 和叶和叶绿素绿素b b的吸收光谱中均有两个吸收高峰，表示
48、在红光区和的吸收光谱中均有两个吸收高峰，表示在红光区和蓝光区吸收较强，而在绿光区则几乎没有吸收。蓝光区吸收较强，而在绿光区则几乎没有吸收。第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 在不同波长光的作用下在不同波长光的作用下的光合效率又称为的光合效率又称为作用作用光谱光谱。 18831883年，年，EngelmannEngelmann利利用一段称为水绵的丝状用一段称为水绵的丝状绿藻获得了叶绿素的作绿藻获得了叶绿素的作用光谱。用光谱。 作用光谱与叶绿素的吸作用光谱与叶绿素的吸收光谱非常相近。收光谱非常相近。 第四章 能量与代谢文档仅供参考
49、，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 整个光合作用被分为光反应和暗反应两大部分。整个光合作用被分为光反应和暗反应两大部分。 光反应发光反应发生在类囊体膜生在类囊体膜上，当叶绿素上，当叶绿素和其他色素分和其他色素分子吸收光能时子吸收光能时，光反应便发，光反应便发生了。暗反应生了。暗反应发生在叶绿体发生在叶绿体的基质中，暗的基质中，暗反应是不需要反应是不需要光的反应。光的反应。 三、光系统与光反应三、光系统与光反应 第四章 能量与代谢文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第五节 在类囊体膜上由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线
50、在类囊体膜上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单位。一般植物的光反应由色素系统和电子受体等组成的单位。一般植物的光反应由2 2个光系统及电子传递链来完成，每个光系统含有个光系统及电子传递链来完成，每个光系统含有200200 300300个叶绿素分子。个叶绿素分子。 光系统光系统I I（PSPS）含）含有被称为有被称为“P700”P700”的叶绿素的叶绿素a a分子；分子；光系统光系统IIII（PSPS）则含有另一种被则含有另一种被称为称为“P P680680” ” 的的叶绿素叶绿素a a分子。分子。P P700700和和P P680680又称为光又称为光反应中心叶绿素反
