第四章細胞代謝一、生命和能1.生物體的能量生命活動需要能量

生命的存在需能量，生物本身不能創(chuàng)造新的能量。幾乎所有地球生命所需要的能力都來自太陽。

自養(yǎng)生物、異養(yǎng)生物

生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動是由多樣化的生命活動完成的

代謝是化學物質和能量的轉化過程。2.熱力學定律

熱力學第一定律

能量守恒定律。

宇宙的能量是一個常數(shù)，能量可以不斷被轉化和轉移，但不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅。3.熱力學第二定律萬物皆走向衰退。熱力學將不能做功的隨機和無序狀態(tài)的能定義為熵，以S表示。宇宙或系統(tǒng)的各種過程總是向著熵增大的方向進行。3.熱力學第二定律生命與第二定律的矛盾

空間結構＋物質代謝＋生物進化代謝導致的熵增加

孤立的系統(tǒng)

在孤立的系統(tǒng)中，自發(fā)過程才導致熵的增加，使系統(tǒng)從有序到無序。4.生物體是一個開放而有序的系統(tǒng)生物體是一個開放的系統(tǒng)代謝產生無用的能，導致熵增加：dis(≥0)

物質和能的交流，熵值減?。篸es(≤0)生物體是一個耗散結構細胞和生物體是通過從環(huán)境中吸收負熵，來抵消體內熵的增長，這種依靠不斷供應自由能來維持其有序性的結構稱為耗散結構（dissipativestructure）。ds=dis+des細胞和生物體的熵值變化IdesI=IdisIIdesI>IdisIIdesI<IdisI有序結構不變，生存有序性發(fā)展，生長、進化有序性降低，死亡5.細胞能量通貨----ATP在活細胞中，能量貯存在腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）中ATP水解時，一個高能磷酸鍵斷裂同時釋放出能量。二、生物的代謝類型光能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能自養(yǎng)型化能異養(yǎng)型能源碳源供氫體公式光光化學能化學能H2A有機物有機物CO2CO2有機物NH3H2S等CH3COOH→C4H6O22NH3+2O2+CO2→(CH2O)+HNO2+H2O

CO2+H2A→(CH2O)+2A+H2O有機物營養(yǎng)條件各異，同化，能源與碳源不同三、酶（Enzymes）

酶是活細胞內產生的具有催化活性和高度專一性的特殊蛋白質。酶是高效、特異的生物催化劑酶是特殊的蛋白質1、酶促反應的特點A、具有一般催化劑的性質B、具極高的催化效率C、高度的專一性：一定的底物

D、酶活性的可調節(jié)性E、酶活性的不穩(wěn)定性：變性絕對專一性一種底物相對專一性一類化合物或一種化學鍵立體異構專一性立體構型在空間結構上彼此靠近，組成具有特定空間結構的區(qū)域，能與底物特異結合。2、酶的活性中心（activecenter）底物

活性中心以外的必需基團結合基團催化基團活性中心3、酶活性中心和底物結合的機理1958年，D.E.Koshland的誘導—楔合模型(inducedfitmodel)1890年，E.Fischer鑰匙-鎖模型（lock-key）。4、影響酶作用的因素溫度的影響4、影響酶作用的因素pH的影響反饋抑制調節(jié)酶酶反應受底物濃度的影響酶反應受產物濃度的影響5、影響酶作用的因素Cl-Mg2+Fe2+Cu2+唾液淀粉酶葡萄糖激酶等過氧化物酶等細胞色素氧化酶等A、激活劑(activator)使酶活性增加金屬離子激活劑B、抑制劑(inhibitor)使酶的催化活性下降抑制類型不可逆抑制可逆抑制競爭性抑制非競爭反競爭抑制6、影響酶作用的因素四、細胞呼吸（cellrespiration）

概念：細胞氧化分解葡萄糖、脂肪酸或其它有機物以獲取能量并產生CO2的過程。1、細胞呼吸與能量細胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑細胞呼吸是一種氧化反應。

有機化合物+O2=CO2+E燃料：糖類、脂肪、蛋白質等

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O＋E1、細胞呼吸與能量體重70kg男子不同活動所需能量kj/h1、細胞呼吸與能量某些事物所含的熱量1、細胞呼吸與能量氧化還原反應獲得電子----還原反應；失去電子----氧化反應氧化還原反應是細胞中的氫及其電子從一個化合物向另一個化合物轉移的過程。氧化還原反應是呼吸作用和光合作用等代謝中的最基本反應。2.呼吸作用類型

有氧呼吸：利用分子氧，將有機物質徹底氧化分解，形成CO2和H2O,同時釋放能量的過程。

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O＋能量

無氧呼吸在無氧條件下，把有機物分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放能量的過程。

C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量（1）糖酵解（glycolysis）

概念：在無氧情況下，葡萄糖生成丙酮酸的過程。

反應部位：胞漿全過程：12步驟，11酶葡萄糖C-C-C-C-C-C淀粉、糖原等葡萄糖-6-磷酸C-C-C-C-C-C-PATPADP

果糖-6-磷酸C-C-C-C-C-C-P果糖1,-6-二磷酸C-C-C-C-C-C-PATPADP3-磷酸甘油醛PGAL(2分子)磷酸二羥丙酮2NAD+2Pi2NADH+2H+1,3-二磷酸甘油酸(2分子)

消耗

ATP2分子3-磷酸甘油酸（2分子）2ADP2ATP2磷酸甘油酸（2分子）磷酸烯醇式丙酮酸（2分子）丙酮酸（2分子）2ADP2ATP產生

ATP4分子底物水平磷酸化1,3-二磷酸甘油酸(2分子)

小結GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸⑴反應部位：胞漿⑵糖酵解是一個不需氧的產能過程⑶反應全過程中有三步不可逆的反應⑷產能的方式和數(shù)量方式：底物水平磷酸化凈生成ATP數(shù)量：2×2-2=2ATPE1:己糖激酶

E2:6-磷酸果糖激酶-1

E3:丙酮酸激酶

（2）三羧酸循環(huán)（TricarboxylicacidCycle）*概述：一定需要氧才能進行。在三羧酸循環(huán)中脫下的氫，形成NADH和FADH2，然后再逐步傳遞給氧。反應部位：所有的反應均在線粒體中進行。

三羧酸循環(huán)過程

三羧酸小結

反應部位：線粒體循環(huán)要點：四次脫氫，二次脫羧，一次底物水平磷酸化，生成1分子FADH，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。關鍵酶：檸檬酸合酶

α-酮戊二酸脫氫酶復合體異檸檬酸脫氫酶整個循環(huán)反應為不可逆反應三羧酸循環(huán)的中間產物：催化劑。3、電子傳遞系統(tǒng)和氧化磷酸化電子傳遞鏈：線粒體內膜上的一系列電子傳遞體。氧化磷酸化：氧化磷酸化偶聯(lián)反應。糖酵解：底物水平的磷酸化4個ATP，己糖活化消耗2個ATP，脫氫反應產生2個NADH，Krebs循環(huán)：底物水平的磷酸化2個ATP，脫氫反應產生8個NADH和2個FADH2，1分子葡萄糖徹底氧化分解共得：30或32個ATP

葡萄糖有氧氧化總結蘋果酸-天冬氨酸穿梭——存在于肝臟和心肌α-磷酸甘油穿梭——存在于腦和骨骼肌4、無氧途徑

C6H12O62CH3COCOOH

2CH3CHO

2CH3CH2OHCH3CHOHCOOH2ATPNADNADH2-2CO2EMP乙醇脫氫酶乳酸脫氫酶NADH2NADNADH2NAD發(fā)酵（fermentation）

一些厭氧細菌和酵母菌等在無氧條件下獲取能量的過程。（1）酒精發(fā)酵（alcoholicfermentation）（2）乳酸發(fā)酵（lacticacidfermentation）其他途徑

有些細菌利用硝酸鹽（NO3-）等無機化合物來代替氧作為最終的電子受體，進行呼吸。5、其它營養(yǎng)物質的氧化

氨基酸的氧化

氨基酸——有機酸——呼吸代謝過程丙氨酸—丙酮酸、谷氨酸—-酮戊二酸、天冬氨酸—草酰乙酸

脂肪酸的氧化

脂肪酸在細胞質中活化，進入線粒體基質繼續(xù)氧化，產生乙酰CoA進入TCA；甘油可轉變?yōu)榱姿岣视腿┻M入糖酵解過程。

底物水平磷酸化