第三章细胞代谢.ppt

主要内容主要内容: :1 1、细胞呼吸、细胞呼吸2 2、光合作用、光合作用 第三章第三章 细胞代谢细胞代谢基本要求：基本要求： （（1 1）掌握细胞呼吸的概念以及葡萄糖在有氧和无氧）掌握细胞呼吸的概念以及葡萄糖在有氧和无氧条件下的降解过程；条件下的降解过程；（（2 2）理解电子传递链和氧化磷酸化；）理解电子传递链和氧化磷酸化；（（3 3）掌握光合作用的概念和过程；）掌握光合作用的概念和过程；（（4 4）了解光反应和碳反应了解光反应和碳反应第一节第一节 细胞呼吸细胞呼吸概念：概念： 细胞呼吸（细胞呼吸（cellular respirationcellular respiration）是指细胞在）是指细胞在有氧条件下从食物分子（主要指有氧条件下从食物分子（主要指葡萄糖葡萄糖）中取得能量）中取得能量并产生并产生COCO2 2的过程总反应式：总反应式： C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2C3H4O3 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O一、一、糖酵解糖酵解糖酵解作用：糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2 2分分子的丙酮酸并提供能量。

这一过程称为子的丙酮酸并提供能量这一过程称为糖酵解作用糖酵解作用是一切有机体中普遍存在的是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径也称为葡萄糖分解代谢所经历的共同途径也称为EMPEMP途径反应的部位：细胞质反应的部位：细胞质，不需要氧，不需要氧 10个酶催化的个酶催化的11步反应步反应第一阶段第一阶段：： 磷酸已糖的生成磷酸已糖的生成( (活化活化) )四四 个个 阶阶 段段第二阶段第二阶段：： 磷酸丙糖的生成磷酸丙糖的生成( (裂解裂解) )第三阶段第三阶段：： 3-3-磷酸甘油醛转变为磷酸甘油醛转变为2-2-磷酸磷酸 苷油酸苷油酸 第四阶段第四阶段：： 由由2-2-磷酸甘油磷酸甘油酸生成丙酮酸酸生成丙酮酸糖酵解过程糖酵解过程E1:己糖激酶己糖激酶  E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1  E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶  NAD+   乳乳乳乳   酸酸酸酸   糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP  ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸  3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸  2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸  丙丙 酮酮 酸酸   磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+   NADH+H+   ADP  ATP  ADP  ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸  E2E1E3NADH+H+     糖酵解过程中糖酵解过程中ATP的消耗和产生的消耗和产生2× 1葡葡 萄萄 糖糖 → → 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6 - 6 - 磷酸果糖磷酸果糖 → → 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 → → 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 → → 丙丙 酮酮 酸酸 -1 反反 应应 ATP -1-12× 1 葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O糖酵解中产生的能量糖酵解中产生的能量二、丙酮酸氧化脱羧在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰乙酰CoACoA，，参加参加TCATCA循环（柠檬酸循环），被彻底循环（柠檬酸循环），被彻底氧化成氧化成C C2 2O O和和H H2 2O O。

丙酮酸丙酮酸+NAD+ ++NAD+ +CoACoA 乙酰乙酰CoA+COCoA+CO2 2+NADH+H+NADH+H+ +丙酮酸脱羧酶系丙酮酸脱羧酶系三、柠檬酸循环三、柠檬酸循环 概念：在概念：在有氧有氧的情况下，葡萄糖酵的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA乙酰乙酰CoA经一系列氧化、脱经一系列氧化、脱羧，最终生成羧，最终生成C2O和和H2O并产生能量并产生能量的过程的过程. 因为在循环的一系列反应中因为在循环的一系列反应中,关键关键的化合物是柠檬酸的化合物是柠檬酸,所以称为所以称为柠檬酸柠檬酸循环循环,又因为它有三个羧基又因为它有三个羧基,所以亦所以亦称为称为三羧酸循环三羧酸循环, 简称简称TCA循环循环由于它是由由于它是由H.A.Krebs（（德国德国）正式）正式提出的，所以又称提出的，所以又称Krebs循环C C6 6H H1212O O6 6 + 6O O2 2 6 COCO2 2 + 6 H H2 2O O + 36/38 ATPP三羧酸循环总图草酰乙酸草酰乙酸CH2CO～～SoA (乙酰乙酰辅酶辅酶A)苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoAα-酮酮戊二酸戊二酸异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸延胡索酸2H2HNAD+NAD+FADNAD+三羧酸循环特点三羧酸循环特点①① 循环反应在循环反应粒体线粒体(mitochondrion)中进中进行，为行，为不可逆反应不可逆反应。

②② 三羧酸循环的关键酶是三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶柠檬酸合酶、、异异柠檬酸脱氢酶柠檬酸脱氢酶和和 -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 ③③ 循环的中间产物既循环的中间产物既不能通过此循环反应不能通过此循环反应生成生成，也不被此循环反应所消耗也不被此循环反应所消耗 ④ 三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2 ⑤ 循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2⑥ 循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP⑦ 每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成12分子ATP一、电子传递链和氧化磷酸化（一）电子传递链1.概念： 在生物氧化过程中，代谢物上脱下的氢经过一系列的按一定顺序排列的氢传递体和电子传递体的传递，最后传递给分子氧并生成水，这种氢和电子的传递体系称为电子传递链又称呼吸链典型的呼吸链 FAD呼吸链NADH呼吸链2、电子传递链分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体的内膜上 3、电子传递链的组成由NADH到O2的电子传递链主要包括：FMN、辅酶Q(CoQ)、细胞色素b、c1、c、a、a3以及一些铁硫蛋白这些电子传递体传递电子的顺序，按照它们的还原电势大小可排成序列，它们对电子亲和力的不断增加，推动电子从NADH向O2传递。

电子传递中有四个复合体参与：NADH-Q还原酶（复合体I）琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）细胞色素还原酶（复合体 III ）细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ）（二）、氧化磷酸化 概念 伴随电子从底物到氧的传递，ADP被磷酸化形成ATP的酶促过程即是氧化磷酸化作用 根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为 底物水平磷酸化 电子传递体系磷酸化 n底物水平磷酸化： ATP的形成直接由一个代谢中间产物（如磷酸烯醇式丙酮酸）上的磷酸基团转移到ADP分子上的作用n电子传递体系磷酸化： 是指当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的全过程通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化1 1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和COCO2 2l)(l)丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧五、无氧途径五、无氧途径葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为：葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为：葡萄糖葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2乙醇乙醇 + 2CO2 + 2ATPCH3COCOOH CH3CHO + CO2丙酮酸丙酮酸 乙醛乙醛丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶TPPCH3CHO + NADH + H+ 乙醛乙醛 CH3CH2OH + NAD+ 乙醇乙醇 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶Zn+(2)乙醛被还原为乙醇乙醛被还原为乙醇2 2、丙酮酸、丙酮酸还原还原为乳酸为乳酸丙酮酸丙酮酸(pyruvate)3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶Pi 乳酸乳酸(lactate)乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NADH+H+NAD +1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸OPO 3 2葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、、Lys草酰乙酸草酰乙酸α- 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal, Ile,Met, ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸六、食物中其他六、食物中其他营养物质的氧化营养物质的氧化第二节第二节 光合作用光合作用概念：概念： 光合作用（光合作用（PhotosynthesisPhotosynthesis）是）是植物、藻类植物、藻类利用利用叶绿素叶绿素等光和色素和某些等光和色素和某些细菌利用其细胞本身细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，，在可见光的照射下，将将二氧化碳和水二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化为（细菌为硫化氢和水）转化为有机物有机物，并释放，并释放出出氧气氧气（细菌释放氢气）的生化过程。

细菌释放氢气）的生化过程 分两个阶段：分两个阶段：光反应和光反应和碳反应碳反应总反应式：总反应式：还原还原 CO2 + 2H2O → （（CH2O）） + 2H2O + O2光光 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2细胞呼吸的逆转细胞呼吸的逆转氧化氧化一、一、光反应光反应（一）光合色素对光的吸收：（一）光合色素对光的吸收： 光合色素光合色素(photosynthetic pigment) (photosynthetic pigment) 在光合作用在光合作用中参与吸收、传递光能或引起原初光化学反应的色中参与吸收、传递光能或引起原初光化学反应的色素光合色素存在于叶绿体基粒，包含素光合色素存在于叶绿体基粒，包含叶绿素、反应叶绿素、反应中心色素和辅助色素中心色素和辅助色素叶绿素叶绿素光合色素光合色素类胡萝卜素类胡萝卜素藻胆素藻胆素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素辅助色素辅助色素高等植高等植物叶绿物叶绿体中的体中的光合色光合色素素1 1、光合色素分类、光合色素分类2 2、光合色素对光的吸收值：、光合色素对光的吸收值： 叶绿素叶绿素a,ba,b的吸收峰的吸收峰（二）、（二）、光系统光系统1 1、光系统组成：、光系统组成： 光合系统光合系统：由：由作用中心作用中心、天然色素和、天然色素和几种电子载几种电子载体组成体组成。

p52)(p52)(1)(1)光系统光系统ⅠⅠ（（PSIPSI））　　能被波长　　能被波长700nm700nm的光激发，又称的光激发，又称P700P700包含多条肽链，位于包含多条肽链，位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中由集光复合体基粒与基质接触区和基质类囊体膜中由集光复合体ⅠⅠ和作和作用中心构成结合用中心构成结合100100个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外外，其它叶绿素都是天线色素三种电子绿素为中心色素外外，其它叶绿素都是天线色素三种电子载体分别为载体分别为A0A0（一个（一个chlachla分子）、分子）、A1A1（为维生素（为维生素K1K1）及）及3 3个不个不同的同的4Fe-4S4Fe-4S (2)(2)光系统光系统ⅡⅡ（（PSⅡPSⅡ））　　吸收高峰为波长　　吸收高峰为波长680nm680nm处，又称处，又称P680P680至少包括至少包括1212条多肽链位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜条多肽链位于基粒于基质非接触区域的类囊体膜上包括一个集光复合体（上包括一个集光复合体（light-light-hawestinghawesting comnplexcomnplex Ⅱ Ⅱ，，LHC ⅡLHC Ⅱ）、一个反应中心和一个含锰）、一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体（原子的放氧的复合体（oxygen evolving complexoxygen evolving complex）。

D1D1和和D2D2为两条核心肽链，结合中心色素为两条核心肽链，结合中心色素P680P680、去镁、去镁叶绿素（叶绿素（pheophytinpheophytin）及质体醌（）及质体醌（plastoquinoneplastoquinone） （三）、（三）、电子传递链和光合作用电子传递链和光合作用1 1、电子传递链：、电子传递链： 光合电子传递链成员光合电子传递链成员PQ—PQ—质体醌；质体醌；Cytb6f—Cytb6f—细胞色素细胞色素b6b6、细胞色素、细胞色素f f复合体；复合体；PC—PC—质蓝素；质蓝素；A0—A0—特殊叶绿素特殊叶绿素a a；；A1—A1—叶绿醌；叶绿醌；FeSFeS——铁硫蛋白；铁硫蛋白；FdFd——铁氧还蛋白；铁氧还蛋白；FP—FP—FdFd- -NADPNADP氧化还原酶氧化还原酶  有关的化学反应：有关的化学反应： H2O→2H+ 1/2O2（水的光解）（水的光解） 　　　　NADP+ + 2e- + H+ → NADPH（递氢）（递氢） 　　　　ADP+Pi→ATP （递能）（递能） 电子传递链中每形成以分子的电子传递链中每形成以分子的NADPHNADPH分子，需要有分子，需要有1 1分分子的水被氧化，产生子的水被氧化，产生1/21/2个个O2分子和分子和2H+和和2e：： 2 2、光合磷酸化：、光合磷酸化：光合磷酸化（光合磷酸化（photophosphorylationphotophosphorylation）） 电子由光系统IIII传递到光系统I I的过程中发生了磷酸化，这磷酸化是由光能推动，称光合磷酸化。

影响类囊体基质侧和腔侧的质子分布的3 3个部位：水光解，产生质子释放到腔内PQH2PQH2被Cytb6fCytb6f氧化时基质中的质子转移到腔内NADP+NADP+被还原时需要质子，降低了基质侧的质子浓度二、二、碳反应碳反应1 1、光合碳循环：、光合碳循环： 将将CO2CO2、、ATPATP和和NADPHNADPH转变为磷酸丙糖的复杂生化反转变为磷酸丙糖的复杂生化反应，分三个阶段：应，分三个阶段：•羧化阶段（COCO2 2的固定）carboxylationphasecarboxylationphase•还原阶段（糖的合成）reduction phasereduction phase•更新阶段（RuBPRuBP再生）regeneration phaseregeneration phase（（1 1））羧化阶段羧化阶段( (carboxylationcarboxylation phase) phase)：： C0C02 2必经羧化阶段必经羧化阶段, ,固定成羧酸固定成羧酸, ,然后才被还原核酮糖然后才被还原核酮糖-1,5--1,5-二磷酸二磷酸(ribulose-1,5-bisphosphate,RuBP)(ribulose-1,5-bisphosphate,RuBP)是是C0C02 2的接受体的接受体, ,在在核酮糖核酮糖-1,5--1,5-二磷酸羧化酶二磷酸羧化酶/ /加氧加氧( (RuBPRuBP carboxylase/oxygenasecarboxylase/oxygenase, , RubiscoRubisco) )作用下作用下, ,和和C0C02 2作用形成两分子作用形成两分子3-3-磷酸甘油磷酸甘油(3phosphog(3phosphoglycericlyceric acid,PGAacid,PGA)---)---第一个稳定中间产物第一个稳定中间产物(3C)(3C)。

（（2 2））还原阶段还原阶段: : 3-3-磷酸甘油酸被磷酸甘油酸被ATPATP磷酸化磷酸化, ,在在3-3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(3-(3-phosphoglyceratephosphoglycerate kinasekinase) )催化下催化下, ,形成形成1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglyceric acid, DPGA),(1,3-diphosphoglyceric acid, DPGA),然后在甘油然后在甘油醛醛-3--3-磷酸磷酸脱氢酶脱氢酶 (glyceraldehyde-3(glyceraldehyde-3- -phosphate phosphate dehydrogenasedehydrogenase) )作用下作用下, ,被被NADPHNADPH+ +H+H+还原还原，形成，形成3-3-磷酸甘油磷酸甘油醛醛( (3-phosphoglycer3-phosphoglyceralaldehydedehyde, , PGAPGAldld),),这就是糖类这就是糖类（（3 3））更新阶段更新阶段(regeneration phase) (regeneration phase) ：： 是是 PGAldPGAld 再形成再形成 RuBPRuBP的过程。

的过程总反应式总反应式:3C0:3C02 2 + 3H + 3H2 2O + 3RuBP + 9ATP + 6NADPH O + 3RuBP + 9ATP + 6NADPH 一一一一→ → PGAldPGAld + 6NADP+ + 9ADP + 9Pi + 6NADP+ + 9ADP + 9Pi 光反应阶段和碳反应阶段的关系光反应阶段和碳反应阶段的关系项目项目 光反应光反应 碳反应碳反应 实质实质 光能光能→ → 化学能，释放化学能，释放O2 O2 同化同化COCO2 2形成（形成（CHCH2 2O)O)（酶（酶促反应）促反应） 时间时间 短促，以微秒计短促，以微秒计 较缓慢较缓慢 条件条件 需色素、光、需色素、光、ADPADP、和酶、和酶 不需色素和光，需多种酶不需色素和光，需多种酶 场所场所 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行在叶绿体内囊状结构薄膜上进行 在叶绿体基质中进行在叶绿体基质中进行 物质物质转化转化 2H2H2 2O→4[H]+OO→4[H]+O2 2↑(↑(在光和叶绿体中的色素在光和叶绿体中的色素的催化下）的催化下） ADP+Pi→ATPADP+Pi→ATP（在光、酶和叶绿体中的色（在光、酶和叶绿体中的色素的催化下）素的催化下） COCO2 2+C5→2C3+C5→2C3（在酶的催（在酶的催化下）化下） C3+C3+【【H H】】→→（（CHCH2 2O O））+ C5 + C5 （在酶和（在酶和ATPATP的催化下）的催化下） 能量能量转化转化 叶绿素把光能转化为活跃的化学能并储存叶绿素把光能转化为活跃的化学能并储存在在ATPATP中中 ATPATP中活跃的化学能转化中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定变为糖类等有机物中稳定的化学能的化学能 （二）、（二）、C C3 3和和C C4 4植物（自学）植物（自学）作业：作业：一：名词解释一：名词解释1 1、细胞呼吸、细胞呼吸 2 2、糖酵解、糖酵解 3 3、电子传递链、电子传递链 4 4、氧化磷酸、氧化磷酸化化 5 5、光合作用、光合作用 6 6、光合磷酸化、光合磷酸化二、简答题二、简答题1 1、比较细胞呼吸和光合作用的区别与联系、比较细胞呼吸和光合作用的区别与联系2 2、简述细胞有氧呼吸过程、简述细胞有氧呼吸过程3 3、试述光合作用中光反应和碳反应的区别与联系。

试述光合作用中光反应和碳反应的区别与联系。