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第五章生命活动的能量获取与转换讲解_中职中专_职业教育_教育专区

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第五章生命活动的能量获取与转换讲解_中职中专_职业教育_教育专区。第7讲 生命活动的能量 获取与转换 ? 第一节 能量与代谢 ? 第二节 光合作用 ? 第三节 细胞呼吸 1 第一节 能量与代谢 ? 一、ATP的结构和功能 ? 二、能量代谢 ? 三、生物催化剂——


第7讲 生命活动的能量 获取与转换 ? 第一节 能量与代谢 ? 第二节 光合作用 ? 第三节 细胞呼吸 1 第一节 能量与代谢 ? 一、ATP的结构和功能 ? 二、能量代谢 ? 三、生物催化剂——酶 ? 四、生物氧化 ? 五、生物体内复杂的代谢网络 2 一、ATP的结构和功能 3 ATP 是生物体能量流通的货币 有机分子 + O2 + ADP + Pi → ATP + CO2 ATP + H2O → ADP + Pi +能量 4 ATP是生物系统能量交换的 中心 机械能--运动 化学能--合成 渗透能--分泌吸收 电能--生物电 热能--体温 光能--生物发光 荧火虫 5 仲夏的夜晚萤火虫如何利用 ATP来发光? ? 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 + Pi E~LH2-AMP + O2 ? E-P + CO2 + h? 6 二、能量代谢 ? 绿色植物和光合细菌把太阳能转变为化学能,利用 太阳能合成有机物(光合作用);除了维持自身的 生存还为其他生物提供食物(食物链)。 7 食物 链 8 生命活动的原动力在于生物体 内一刻不停的新陈代谢 ? 通过新陈代谢不断把太阳能或食物中贮 存的能量,转化为可供生命活动利用的 能量,不断制造出各种大、小分子以供 生命活动所需要。 ? 物质代谢——由底物分子变成产物分子 ? 能量代谢——消耗能量或释放能量 9 能量代谢 ? 从小分子合成大分子需要消耗能量 ? n 氨基酸 + 能量 → 蛋白质 2 丙酮酸 + 能量 → 葡萄糖 ? 从大分子分解为小分子会释放能量 ? 葡萄糖 → 2 丙酮酸 + 能量 10 各种生命活动所需能量一览 11 三、生物催化剂——酶 ? 体内的新陈代谢过程又都是在生物催化 剂——酶的催化下进行的。 ? 催化剂可以加快化学反应的速度,酶是生 物催化剂,它的突出优点是: 催化效率高 专一性质 可以调节 12 用简单的实验证明酶的催化效率 空白 铁屑 肝糜 肝糜(煮) 2 H2O2 → 2 H2O + O2↑ 13 酶的专一性(特异性) ? 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” 14 酶的化学本质是蛋白质 ? 有的酶仅仅由蛋白质组 成,如:核糖核酸酶。 ? 有的酶除了主要由蛋白 质组成外,还有一些金 属离子或小分子参与, 它们是酶活性所必须的, 称为辅酶/辅基或辅助 因子。 15 羧基 肽酶 以 Zn2+ 为辅 助因 子 16 肌红蛋白和血红蛋白以铁卟啉 环为辅助因子 肌 红 蛋 白 血 红 蛋 白 铁卟啉辅基 17 酶催化作用的机理 ——降低活化能 ? 催化剂只能加速原来 可以进行的反应。 ? 即使对可以进行的反 应来说,反应物分子 应越过一个活化能才 能发生反应。 ? 酶作为催化剂的作用 是降低活化能。 18 底物与酶的结合降低了活化能 19 酶使底物分子活化的方式 使底物靠拢 使底物分子产生应力 使底物分子电荷变化 20 酶的活性可以调控 温 度 的 影 响 pH 的 影 响 21 在代谢途径中调节酶活性 ? 若干酶前后配合完成一 系列代谢反应,就形成 一条代谢途径。 ? 反馈抑制:一条代谢途 径的终产物,有时可与 该代谢途径的第一步反 应的酶相结合,结合的 结果使这个酶活性下降, 从而使整条代谢途径的 反应速度慢起来。 22 通过共价调节酶活性 ? 酶蛋白分子可以和一 个基团形成共价结合, 使酶蛋白分子结构发 生改变,使酶活性发 生改变,称为酶的共 价调节。例如:糖原 磷酸化酶具有磷酸化 位点。 23 结构类似物与底物产生竞争性抑制 ? 酶的竞争性抑制:有 的酶在遇到一些化学 结构与底物相似的分 子时,这些分子与底 物竞争结合酶的活性 中心,亦会表现出酶 活性的降低(抑制) 24 磺胺类药物竞争性抑制细菌体内 的酶 对氨基苯甲酸 对氨基苯磺酸 (细菌生长因子) (磺胺药) 25 四、生物氧化 ? 火柴燃烧是纤维素氧化 ? (C6H12O6)n + O2 → n CO2 + nH2O + 能量 ? 燃烧过程剧烈 ? 在空气中进行 ? 不需要酶参与 ? 一步反应 ? 淀粉的生物氧化 ? (C6H12O6)n + O2 → n CO2 + nH2O + 能 量 ? 过程缓慢 ? 在水环境中进行 ? 需要酶参与 ? 分步进行 26 生物氧化的特点 ? (1)在活体细胞中进行,需酶参加 ? (2)条件温和 ? (3)复杂的氧化还原过程 ? (4)能量逐步储存和转运 27 五、生物体内复杂的代谢网络 ? 生物体内许多的分 解代谢和合成代谢 途径,形成错综复 杂的代谢网络。这 些代谢途径分布于 生活细胞的不同部 位。 28 第二节 光合作用 ? 一、光合作用的概念 ? 二、叶绿体是光合作用进行的场所 ? 三、光合作用的机理 29 一、光合作用的概念 ? 绿色植物和光合细 菌利用太阳能使二 氧化碳固定为有机 物的过程称为光合 作用。 ? 在现在的地球上, 光合作用是一切生 物得以生存的基础。 30 光合作用的早期研究 1642年,比利 时 Helmont 1770年英国牧师 Priestley 31 氧气的来源 ? 1930年Stanford大学,Niel 细菌光合作用: CO2+H2S→CH2O+S CO2+H2O→CH2O+O2 ? 10年后,同位素示踪实验: CO2+H218O→CH2O+18O2 32 二、叶绿体是光合作用进行的 场所 基粒 类囊体 内膜 外膜 33 吸收光能靠叶绿素 34 三、光合作用的机理 ? 光反应:在叶绿素参与 下,利用光能劈开水分 子,放出O2,同时形成 两种高能化合物 ATP和 NADPH。 ? 暗反应:把 ATP 和 NADPH 中的能量,用 于固定 CO2,生成糖类 化合物。 35 光系统与光反应 ? 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称为光系统。光反应由两个光 系统及电子传递链来完成。 ? 光系统I(PSI)含有被称为“P700”的高度特化的 叶绿素a分子 ? 光系统II(PSII)含有另一种被称为“P680”高度 特化的叶绿素a分子 ? 电子传递时,能量逐渐下降,形成跨膜的质子梯度, 导致ATP的形成。 36 非环路的光合磷酸化途径和电 子传递链 37 环路的光合磷酸化途径和电子 传递链 38 光反应的要点 ? 叶绿素吸收光能,一些用于水的裂解,其它转化 为电能,即造成从叶绿素分子起始的电子流动。 ? 在电子流动过程中,通过氢离子的化学渗透,形 成了ATP,电能被转化为化学能。 ? 电子沿传递链最终达到电子受体NADP+,同时一 个来源于水的氢质子被结合,电能又再一次转化 为化学能,并储存于NADPH中。 ? 光合作用的暗反应依赖于光反应中形成的ATP和 NADPH。 39 暗反应——卡尔文循环 CO2 二磷酸核 酮糖 3-磷酸甘 油醛 中间物 3-磷酸甘油酸 葡萄糖等 40 幻想 ? 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,吃饭的历史使命便可宣告结 束了。 41 第三节 细胞呼吸 ? 一、细胞呼吸产生能量 ? 二、糖酵解途径 ? 三、三羧酸循环 ? 四、电子传递链 42 一、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 43 发酵是典型的细胞呼吸过程 ? 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CO2 ? 在缺氧环境中,酵母菌将葡萄糖分 解成乙醇和CO2 ? 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 44 人体细胞的呼吸过程 ? 慢跑,细胞消耗氧 气来分解葡萄糖并 获得能量,同时产 生CO2和水 ? 快跑,细胞将葡萄 糖分解成乳酸和 CO2 45 呼吸运动与细胞呼吸 ? 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 46 ATP的产生和使用 ? 储藏在葡萄糖等食物分子中的 化学能经细胞呼吸释放,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。 47 细胞呼吸的化学过程 ? 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 48 1,6-二磷酸果 糖 磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 二、 糖 酵 解 途 径 49 糖酵解的结果 ? 参与化合物:①葡萄糖,②ADP和磷酸, ③NAD+。起始阶段还需要消耗2分子 ATP 来启动,但后期共产出4分子ATP, 还形成高能化合物NADH。最终产物是 丙酮酸。 ? 糖酵解将六碳的葡萄糖分解成2个三碳的 丙酮酸,净产生2个ATP,生成2分子 NADH,糖酵解不需要氧参与。 50 丙酮 酸可 以进 行无 氧发 酵 51 三、三羧酸循环 乙酰CoA 丙酮酸 苹果 酸 延胡 索酸 2AT P 加入2C 草酰 乙酸 柠檬 酸 异柠 3ATP 檬酸 定义:在有氧条件下,酵 3ATP 解产物丙酮酸被氧化分解 草酰 成CO2和H2O,并以ATP形 琥珀酸 式贮备大量能量的代谢系 CO 统 3ATP α-酮 2 琥珀 1ATP 琥珀酰 戊二酸 酸 CoA CO2 52 三羧酸循环的结果和意义 ? 结果: ? 分解丙酮酸形成2分 子CO2、8分子 NADH和2分子 FADH2,及2分子 ATP。 ? 意义: ? 1、提供能量 ? 2、为其他物质的合 成提供C骨架 ? 3、沟通脂肪、蛋白 质等有机物代谢 53 四、 电子传递链 ? 电子传递链就是通过一系列的氧化还原反应,将高能 电子从NADH 和FADH2最终传递给O2,同时随着电 子能量水平的逐步下降,高能电子所释放的化学能就 通过磷酸化途径贮存到ATP分子中,也称为氧化磷酸 化。 54 组成电子传递链的载体 55 化学渗透学说 ? 1961年,英国Mitchell提出 ? 进行电子传递时,电子能量 逐步降低,脱下的H+便穿过 膜从线粒体基质进入到内膜 外腔,造成跨膜质子梯度, 从而导致化学渗透发生。 H+ 顺梯度从外腔经内膜通道 (ATP合成酶)返回线粒体 的基质中,所释放的能使 ADP与磷酸结合生成ATP。 56 糖代谢小结 ? 1个葡萄糖通过有氧呼吸 共形成36或38个ATP。 ? ATP的量取决于糖酵解 阶段产生于细胞质中的 NADH穿过线粒体膜进 入呼吸链时是否消耗能 量,按甘油磷酸环路穿 过线粒体膜需要消耗2分 子ATP,按苹果酸-天冬 氨酸环路则不需要消耗 ATP。 57 其他糖代谢途径 ? 1、磷酸戊糖途径(HMS) :产生NADPH 和核糖 ? 2、糖异生作用:非糖物质形成葡萄糖 ? 3、糖原的合成与分解:主要在肝脏和肌 肉细胞中 ? 4、植物体内生醇发酵和乙醛酸循环 58 糖代谢紊乱引发的病症 ?糖原病:糖原分解合 成酶的欠缺引起 ?低血糖症:胰岛素分 泌或应用过量 ?高血糖症及糖尿病: 血糖的来源和去路间 失去动态平衡 欠缺G-6-P 酶时表现为 肝大,瘦,重低血糖等 当血糖浓度低于 45mg%时,会出现惊 厥和昏迷称“低血糖休 克血”糖高于120mg%时称 为高血糖。血糖含量超 过肾糖阈值160~ 180mg%时,会出现糖 尿 59 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 ? 脂肪酸可与辅酶A结合后 氧化生成乙酰辅酶A ? 甘油则可转变为磷酸甘油 醛进入糖酵解过程 60 本讲摘要 ? ATP是生物系统能量交换的中心 ? 体内的新陈代谢过程都是在酶的催化下进行的,其 突出优点是效率高、底物专一和可调节。 ? 光合作用包括光反应和暗反应2个过程:前者是在叶 绿素参与下,利用光能劈开水分子,放出O2,同时 形成两种高能化合物ATP和NADPH。后者则是把 ATP和NADPH中的能量,用于固定CO2,生成糖类 化合物。 ? 细胞呼吸主要包括糖酵解、三羧酸循环和电子传递 三个过程。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。 61 思考题 ? 纤维素燃烧与淀粉生物氧化过程的主要 区别是什么? ? 酶的活性是如何调控的? ? 简述光合作用的机理 ? 什么是氧化磷酸化? ? 细胞如何通过糖代谢产生ATP? 62 哇! 终 于 结 束 了 。 。 。 63
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文档贡献者

徐金玉

职校教师

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