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1、第三章第三章 细胞的代谢细胞的代谢第1页，共44页，编辑于2022年，星期二一、细胞与能量一、细胞与能量n 生命活动需要能量 生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量。生命世界能量的最初来源是光能。生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的。n 代谢是化学物质和能量的转化过程n 物质和能量的转化在细胞内完成普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第2页，共44页，编辑于2022年，星期二（一）生物有序性与自由能（一）生物有序性与自由能自由能：一种能在恒温恒压下作功的能量
2、。自由能：一种能在恒温恒压下作功的能量。G=H-TS G自由能，自由能，H热含量，热含量，T绝对温度，绝对温度，S熵熵 热力学第二定律：所有自发过程总是伴随自由能的降低，热力学第二定律：所有自发过程总是伴随自由能的降低，即熵的增加，系统的无序性增大！即熵的增加，系统的无序性增大！生物有序性生物有序性 生物生物-开放系统，与环境进行开放系统，与环境进行物质与能量的交换物质与能量的交换生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗争。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第3页
3、，共44页，编辑于2022年，星期二（二）（二）ATP的结构与功能的结构与功能1.1.腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)(ATP)ATPATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量 ATP+HATP+HATP+HATP+H2 2 2 2O ADP+PO ADP+PO ADP+PO ADP+Pi i i i G=-33.44 KJ/molG=-33.44 KJ/molG=-33.44 KJ/molG=-33.44 KJ/mol普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第4
4、页，共44页，编辑于2022年，星期二2.ATP2.ATP的生成的生成ADP +P ATP此过程称为此过程称为磷酸化磷酸化若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解-氧化磷酸化氧化磷酸化若磷酸化所需能量来自光能若磷酸化所需能量来自光能-光合磷酸化光合磷酸化普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第5页，共44页，编辑于2022年，星期二u 细胞利用ATP完成各种工作，ATP是细胞中的“能量货币”。3.ATP3.ATP的生理功能的生理功能u ATP是
5、生物体内各种生化反应的直接能源。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第6页，共44页，编辑于2022年，星期二例：例：Ca2+的的跨膜运输跨膜运输普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第7页，共44页，编辑于2022年，星期二活细胞是一个微小的化学工业园在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应代谢是生物体内所有化学反应过程的总称细胞复杂的结构特别是膜的结
6、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被控制和调节。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第8页，共44页，编辑于2022年，星期二代谢途径就像复杂道路交通图代谢途径就像复杂道路交通图普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第9页，共44页，编辑于2022年，星期二二、呼吸作用二、呼吸作用细胞呼吸细胞呼吸-是生物体通过生物氧化获取化学能的过程。是
7、生物体通过生物氧化获取化学能的过程。有机化合物有机化合物+O2CO2+能量能量 不同于呼吸运动，不同于呼吸运动，但通常意义的呼吸运动但通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联与细胞呼吸是相互关联的。的。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第10页，共44页，编辑于2022年，星期二生物氧化生物氧化生物氧化与化学氧化的区别生物氧化与化学氧化的区别:生物氧化分步骤进行；温和；由酶催化；产生能量贮存在 ATP 中；能量利用率高。生物氧化生物氧化-糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧糖、
8、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧 化分解，并释放能量的过程。化分解，并释放能量的过程。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第11页，共44页，编辑于2022年，星期二（一）无氧呼吸（一）无氧呼吸1 1.糖酵解糖酵解 由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。葡萄糖氧化的第一阶段。葡萄糖氧化的第一阶段。乳酸或乙醇等乳酸或乙醇等进入线粒体进一步氧化为进入线粒体进一步氧化为COCO2 2和和H H2 2O O，释放更多能量释放更多能量普通生物学普通生物学
9、CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第12页，共44页，编辑于2022年，星期二糖酵解过程糖酵解过程普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第13页，共44页，编辑于2022年，星期二2.2.发酵途径发酵途径1）酒精发酵）酒精发酵 糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳 酵母、植物细胞酵母、植物细胞（例：酿酒、劳糟）（例：酿酒、劳糟）2
10、）乳酸发酵）乳酸发酵 糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸 乳酸菌、高等动物细胞乳酸菌、高等动物细胞(例：泡菜、人剧烈运动例：泡菜、人剧烈运动)普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第14页，共44页，编辑于2022年，星期二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，同时产生二氧化碳和水快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普
11、通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第15页，共44页，编辑于2022年，星期二 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A+COA+CO2 2+NADH+H+NADH+H+。氧化脱羧氧化脱羧1 1.柠檬酸循环柠檬酸循环 三羧酸循环三羧酸循环(TCATCA循环循环)、KrebsKrebs循环循环 是乙酰是乙酰CoACoA脱羧、脱氢最终生成脱羧、脱氢最终生成 COCO2 2的过程的过程 1 1分子丙酮酸经有氧呼吸可生成分子丙酮酸经有氧呼吸可生成1515个个ATPATP，整个有氧代谢整个有氧代谢1 1分子葡萄糖可产生分子葡萄糖可产生3838个个 ATPATP。进入进入（二）有氧呼吸（二）有氧呼吸(
12、线粒体内线粒体内)柠檬酸循环是三大物质代谢的中心普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第16页，共44页，编辑于2022年，星期二 1 1）电子传递链）电子传递链 线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链。目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是：2 2）氧化磷酸化）氧化磷酸化 由物质氧化释放能量，供给由物质氧化释放能量，供给ADPADP磷酸化合成磷酸化合成ATPATP的偶联反应称为氧化
13、的偶联反应称为氧化磷酸化。磷酸化。底物（底物（S S）NADNAD+FMNCoQFe-SCytbCytcFMNCoQFe-SCytbCytc1 1CytcCytaCytaCytcCytaCyta3 31/2O1/2O2 22.2.电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第17页，共44页，编辑于2022年，星期二糖酵解：糖酵解：底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化4 4个个ATP，己糖己糖活化消耗活化消耗2 2个个ATP，脱氢反应产生脱氢反应
14、产生2 2个个NADH，可得可得6 6或或8 8个个ATPKrebs循环：循环：底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化2 2个个ATP，脱氢脱氢反应产生反应产生8 8个个NADH和和2 2个个FADH2，可得可得3030个个ATP能量统计能量统计1分子葡萄糖彻底氧化分解共得：36或38个ATP普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第18页，共44页，编辑于2022年，星期二（一）光合作用的发现和概念（一）光合作用的发现和概念6CO6CO2 2+12H+12H2 2O CO C6 6
15、H H1212O O6 6+6O+6O2 2+6+6H2O绿色植物绿色植物光光绿色植物的光合作用可吸收绿色植物的光合作用可吸收COCO2 2，放出放出O O2 2细菌的光合作用是不产细菌的光合作用是不产O O2 2的。的。三、光合作用三、光合作用普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第19页，共44页，编辑于2022年，星期二1770年英国牧师 Priestley 大玻璃罩 老鼠 蜡烛显微镜 气孔光合作用的早期研究光合作用的早期研究1642年 比利时科学家Helmont普通生
16、物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第20页，共44页，编辑于2022年，星期二19411941年年 同位素示踪同位素示踪 COCO2 2+H+H2 21818O CHO CH2 2O +O +1818O O2 2 证明：证明：H H2 2O O光解放出光解放出O O2 2普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第21页，共44页，编辑于2022年，星期二叶绿体和
17、光合膜叶绿体和光合膜光合膜是植物利用光光合膜是植物利用光能制造食物的最重要能制造食物的最重要场所。场所。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第22页，共44页，编辑于2022年，星期二光合色素：光合色素：作用中心色素，少数叶绿素作用中心色素，少数叶绿素a a分子分子 聚光色素聚光色素-叶绿素叶绿素a a、叶绿素叶绿素b b、胡萝卜素胡萝卜素 光光系系统统：由由叶叶绿绿素素分分子子及及其其蛋蛋白白复复合合物物、天天线线色色素素系系统统和和电电子子受受体体等等组成的功能单位。组
18、成的功能单位。光系统光系统I I（PSIPSI）含有被称为含有被称为“P700”P700”的高度特化的叶绿素的高度特化的叶绿素a a光系统光系统IIII（PSIIPSII）含有被称为含有被称为“P680”P680”高度特化的叶绿素高度特化的叶绿素a a1.1.光合色素与光系统光合色素与光系统（二）光合作用的简单机理（二）光合作用的简单机理普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第23页，共44页，编辑于2022年，星期二光合色素光合色素叶绿素叶绿素a a，叶绿素叶绿素b b，胡
19、萝卜素，胡萝卜素，叶黄素，叶黄素，藻胆素等藻胆素等叶绿素叶绿素a a启动光启动光反应反应普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第24页，共44页，编辑于2022年，星期二激发态叶绿素分子被可见光激发，在光子驱动下发生得失电子反应-光化学反应。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第25页，共44页，编辑于2022年，星期二光反应：光反应：光的吸收、传递和转化
20、（生成光的吸收、传递和转化（生成ATPATP和和NADPHNADPH）。）。（在类囊体膜上进行）在类囊体膜上进行）暗反应：暗反应：用光反应所形成的能量（用光反应所形成的能量（ATPATP和和NADPHNADPH），将二，将二氧化碳合成糖类。（在叶绿体基质中进行）氧化碳合成糖类。（在叶绿体基质中进行）2.2.光合作用的过程光合作用的过程普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第26页，共44页，编辑于2022年，星期二1 1卡尔文循环：是所有植物光合作用碳同化卡尔文循环：是所有植
21、物光合作用碳同化的基本途径的基本途径2 2C C4 4途途径径：二二氧氧化化碳碳先先被被固固定定再再进进入入卡卡尔尔文文循循环环3 3景天科植物酸代谢景天科植物酸代谢二氧化碳同化的途径二氧化碳同化的途径普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第27页，共44页，编辑于2022年，星期二光光呼呼吸吸：绿绿色色植植物物在在光光照照条条件件下下吸吸收收氧氧气气，放放出出二二氧氧化碳的过程，与光合作用密切联系。化碳的过程，与光合作用密切联系。3.光呼吸光呼吸普通生物学普通生物学CAI课
22、件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第28页，共44页，编辑于2022年，星期二（三）原核生物的光合作用（三）原核生物的光合作用 某些细菌利用无机物氧化释放的化学能将某些细菌利用无机物氧化释放的化学能将CO2和和水合成有机物的过程水合成有机物的过程-化能合成作用化能合成作用如：如：硫细菌硫细菌硝化细菌硝化细菌氢细菌氢细菌普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第29页，共44页，编辑于
23、2022年，星期二（四）光能利用效率（四）光能利用效率光能利用率：光能利用率：是单位面积上植物光合作用累积的有是单位面积上植物光合作用累积的有机物质所含能量与照射在同一地面上日光能量的机物质所含能量与照射在同一地面上日光能量的比率。比率。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第30页，共44页，编辑于2022年，星期二四、生物固氮作用四、生物固氮作用生物固氮：生物固氮：固氮微生物将分子态氮还原为氨的过程。固氮微生物将分子态氮还原为氨的过程。是由固氮酶催化的耗能反应。是由固氮酶
24、催化的耗能反应。固氮微生物：固氮微生物：自生固氮微生物（有的自生固氮微生物（有的放线菌放线菌）共生固氮微生物共生固氮微生物 根瘤菌（与豆科植物根共生）根瘤菌（与豆科植物根共生）鱼腥藻（与红浮萍共生）鱼腥藻（与红浮萍共生）普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第31页，共44页，编辑于2022年，星期二生物固氮的机理生物固氮的机理固氮是一种还原过程，需要还原剂提供电子；固氮是一种还原过程，需要还原剂提供电子；固氮过程需要能量作功；固氮过程需要能量作功；只有在固氮酶的作用下，才能
25、把氮还原成氨。只有在固氮酶的作用下，才能把氮还原成氨。普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第32页，共44页，编辑于2022年，星期二共生固氮体系共生固氮体系红红浮浮萍萍大大豆豆根根瘤瘤鱼鱼腥腥藻藻普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第33页，共44页，编辑于2022年，星期二生物固氮研究目标生物固氮研究目标1）有效利用自然界的生物）有效利用自然界的生物
26、固氮作用固氮作用2）通过化学模拟，提高工业固氮的效率）通过化学模拟，提高工业固氮的效率普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第34页，共44页，编辑于2022年，星期二普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第35页，共44页，编辑于2022年，星期二TCA再利用再利用丙酮酸丙酮酸+辅酶辅酶A A（CoACoA）葡萄糖葡萄糖酵解酵解三三羧羧酸酸循循环环普通生物
27、学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第36页，共44页，编辑于2022年，星期二三羧酸循环是三大物质代谢的中心普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第37页，共44页，编辑于2022年，星期二电子传递链及结果电子传递链及结果普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院
28、普通生物学课程组第38页，共44页，编辑于2022年，星期二n 底物水平磷酸化在磷酸化过程中，相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第39页，共44页，编辑于2022年，星期二光合作用全程浏览光合作用全程浏览普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第40页，共44页，编辑于2022年，星期二光合作用示意光合作
29、用示意图普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第41页，共44页，编辑于2022年，星期二光合磷酸化途径和电子传递链普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第42页，共44页，编辑于2022年，星期二暗反应暗反应12NADPH+12H+18ATP+6CO2 C6H12O6+12NADP+18ADP+18PiCalvin循环：叶绿体基质中不断消耗ATP和NADPH，固定CO2形成葡萄糖的循环反应固定3分子二氧化碳需要9个ATP和6个NADPH普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第43页，共44页，编辑于2022年，星期二光呼吸光呼吸卡尔文循环卡尔文循环3 3分子分子O O2 2乙醇酸乙醇酸COCO2 2光光呼呼吸吸普通生物学普通生物学CAI课件课件上上 一一 页页下下 一一 页页本章目录本章目录总目录总目录生命科学与理学院普通生物学课程组生命科学与理学院普通生物学课程组第44页，共44页，编辑于2022年，星期二