生物奧賽細胞代謝課件

生物奧賽細胞代謝課件第1頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一一、生命和能第2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一ATP的生理功能

ATP是生物體進行各種生命活動所需能量的直接來源ATP釋放的能量轉化成其它能量的形式主要有：

1.機械能2.電能3.滲透能4.光能5.熱能

第3頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一二、化學平衡第4頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一

H|HOOC—C—NH2|H

酶：活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的一類有機物。

化學特點：絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)為RNA。

作用特點：高效性，專一性，條件溫和性

酶能加速化學反應的速率，但不能影響反應的方向，也不能影響反應的產(chǎn)物的濃度。實際上，酶只能催化那些在沒有酶參與時也能發(fā)生的反應。

三、酶第5頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一1.中間產(chǎn)物理論

酶與底物形成中間產(chǎn)物，通過降低反應的活化能來加快反應速度，酶促反應要比非催化反應多經(jīng)歷幾個步驟。

E+S--→ES--→P+E

E：酶

S：底物

P：產(chǎn)物酶的作用機理第6頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一2.活性中心理論

酶分子上直接參與反應的氨基酸殘基或側鏈基團組成的活性空間結構稱酶的活性中心，分催化基團和結合基團兩部分。前者決定酶的催化能力（高效性），后者決定酶與哪些底物結合（專一性）。活性中心外維持形成活性中心構象的一些基團，稱為非活性中心。第7頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一3.酶的催化機理

酶是通過與底物形成中間產(chǎn)物，降低反應的活化能來加速化學反應速度的。酶分子中存在有活性中心，活性中心由催化基團和結合基團組成。在酶與底物分子相互接近的過程中，底物分子誘導酶的活性中心結構發(fā)生利于與底物結合的變化。酶與底物接觸，酶分子通過結合基團與底物分子互補契合，催化基團催化底物分子中鍵斷裂或形成新的化學鍵，底物轉化為產(chǎn)物，產(chǎn)物由酶分子上脫落下來，酶又恢復到原來構象。

第8頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一1.底物濃度酶促反應的影響因素2.酶的濃度第9頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一3.

溫度t＜T時，V隨t的升高而增加。（T為最適溫度）

t＝T時，V＝Vmax。

t＞T時，V隨t的升高而減小。高溫條件下，酶蛋白空間結構被破壞易變性，導致失活。Q10（溫度系數(shù)）：溫度每提高10℃所增加的反應速率的倍數(shù)。第10頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一4.

pH值

pH值影響酶分子構象改變，酶均有其各自不同的最適pH值范圍。在最適pH值范圍內，反應速度最大。在過酸和過堿的條件下，酶活性完全喪失。第11頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一5.

輔助因子輔助因子：能使酶具有活性或提高酶活性的物質。

無機離子：Na＋

K＋

Mg2＋

Ca2＋

Zn2＋

Fe2＋

Cl-Cu2+

有機分子：抗壞血酸（Vc）、半胱氨酸、亞硫酸

(輔酶）鈉、谷胱甘肽、生物素（B族維生素）、輔酶Ⅰ、輔酶Ⅱ、輔酶Q、輔酶A、FMN、FAD等。第12頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一6.

抑制劑抑制劑：能使酶活性下降或喪失的物質。

無機離子：Ag＋，Hg2＋，Pb2＋。

分子：CO，H2S，氰化物，砷化物（砒霜），氟化物，有機磷。類型1------不可逆抑制劑類型2------可逆抑制劑（競爭性抑制、非競爭性抑制）第13頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一這個方程為Michaelis-Menten方程（米氏方程）表示一個酶促反應的起始速度（v）與底物濃度（S）關系的速度方程v＝Vmax[S]/（Km+[S])第15頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一①當ν=Vmax/2時，Km=[S]。因此，Km等于酶促反應速度達最大值一半時的底物濃度。②當k-1>>k+2時，Km=k-1/k+1=Ks。因此，Km可以反映酶與底物親和力的大小，即Km值越小，則酶與底物的親和力越大；反之，則越小。③Km可用于判斷反應級數(shù)：當[S]<0.01Km時，ν=（Vmax/Km）[S]，反應為一級反應，即反應速度與底物濃度成正比；當[S]>100Km時，ν=Vmax，反應為零級反應，即反應速度與底物濃度無關；當0.01Km<[S]<100Km時，反應處于零級反應和一級反應之間，為混合級反應。

④Km是酶的特征性常數(shù)：在一定條件下，某種酶的Km值是恒定的，因而可以通過測定不同酶（特別是一組同工酶）的Km值，來判斷是否為不同的酶。⑤Km可用來判斷酶的最適底物：當酶有幾種不同的底物存在時，Km值最小者，為該酶的最適底物。⑥Km可用來確定酶活性測定時所需的底物濃度：當[S]=10Km時，ν=91%Vmax，為最合適的測定酶活性所需的底物濃度。⑦Vmax可用于酶的轉換數(shù)的計算：當酶的總濃度和最大速度已知時，可計算出酶的轉換數(shù)，即單位時間內每個酶分子催化底物轉變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。⑷Km和Vmax的測定：主要采用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法和Hanes作圖法。第16頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一非活性部位非競爭性抑制第17頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一四、細胞內氧化還原反應（電子傳遞過程）細胞色素（a、a3、b、c、f等）--------遞電子初級電子受體（NAD+

、NADP+

、FMN、FAD等）

---------遞氫第18頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一呼吸作用的概念

細胞呼吸是所有生物都具有的一項重要的生命活動。其實質是氧化分解有機物，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量產(chǎn)生ATP的總過程。有氧呼吸

無氧呼吸

細胞呼吸的類型

五、細胞呼吸第19頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一有氧呼吸場所──先在細胞質基質內，后在線粒體內概念——指生物細胞在氧氣的作用下，通過酶的催化作用把糖類等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生出CO2和水，同時釋放出大量能量的過程?？偡磻剑?/p>

C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量（2870kJ）酶第20頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一呼吸商（respiratoryquotient簡稱RQ），指生物體在同一時間內，釋放CO2與吸收O2的體積之比或摩爾數(shù)之比，即指呼吸作用所釋放的CO2和吸收的O2的分子比。

注意：在氧氣充足的情況下，用呼吸商的數(shù)值可推斷呼吸底物。但是在低氧的條件下，由于生物體內存在無氧呼吸，特別是以糖類做為呼吸底物時，呼吸商明顯會大于1。因此生物體呼吸作用類型的不同，在一定程度上也影響呼吸商數(shù)值的大小。另外，如果呼吸底物是機酸，因其相對含氧量高，呼吸商也會大于1。第21頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一有氧呼吸的全過程１分子葡萄糖2分子丙酮酸6分子CO22ATP（少量）2ATP（少量）[H][H]12分子H2O6分子O26H2O34ATP（大量）酶酶酶第一階段第二階段第三階段第22頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一有氧呼吸的全過程

場所反應物產(chǎn)物能量第一階段細胞質基質葡萄糖丙酮酸【H】少第二階段線粒體丙酮酸H2O

CO2【H】少第三階段線粒體【H】H2OH2O多第23頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一第一階段：

磷酸已糖的生成(活化)四個階段第二階段：磷酸丙糖的生成(裂解)第三階段：

3-磷酸甘油醛轉變?yōu)?-磷酸甘油酸第四階段：由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸（一）糖酵解（EMP途徑）第24頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一

(G)已糖激酶ATPADPMg2+(G-6-P）葡萄糖磷酸化生成

6-磷酸葡萄糖糖酵解階段1第25頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一已糖激酶(hexokinase)激酶：能夠在ATP和任何一種底物之間起催化作用，轉移磷酸基團的一類酶。已糖激酶：是催化從ATP轉移磷酸基團至各種六碳糖（G、F）上去的酶。

激酶都需離子要Mg2+作為輔助因子第26頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一6-磷酸葡萄糖異構化

轉變?yōu)?-磷酸果糖(F-6-P）糖酵解階段1

磷酸葡萄糖異構酶(G-6-P）第27頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一6-磷酸果糖再磷酸化

生成1,6-二磷酸果糖糖酵解階段1(F-1,6-2P）磷酸果糖激酶

（PFK）ATPADPMg2+(F-6-P）第28頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一磷酸丙糖的生成磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛

(F-1,6-2P）

醛縮酶+糖酵解階段2第29頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一磷酸丙糖的互換糖酵解階段2磷酸二羥丙酮(dihydroxyacetonephosphate)3-磷酸甘油醛（PGAL)(glyceraldehyde3-phosphate)磷酸丙糖異構酶1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛第30頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一

上述的5步反應完成了糖酵解的準備階段。酵解的準備階段包括兩個磷酸化步驟由六碳糖裂解為兩分子三碳糖，最后都轉變?yōu)?-磷酸甘油醛。在準備階段中，并沒有從中釋放任何能量，與此相反，卻消耗了2個ATP分子。以下的5步反應包括氧化—還原反應、磷酸化反應。這些反應正是從3-磷酸甘油醛提取能量形成ATP分子。第31頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一3-磷酸甘油醛氧化為

1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)糖酵解階段33-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)3-磷酸甘油醛脫氫酶糖酵解中唯一的脫氫反應+

NADH+H+NAD+HPO4

2-OPO3

2-第32頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一1,3-二磷酸甘油酸

轉變?yōu)?-磷酸甘油酸糖酵解階段33-磷酸甘油酸激酶

3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)這是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反應1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO3

2-ADPATPMg2+第33頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一底物磷酸化：已經(jīng)形成的高能磷酸鍵與ADP合成ATP的磷酸化類型稱為底物磷酸化。其中ATP的形成直接與一個代謝中間物（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基團的轉移相偶聯(lián)

這一步反應是糖酵解過程的第7步反應，也是糖酵解過程開始收獲的階段。在此過程中產(chǎn)生了第一次產(chǎn)生了2ATP。第34頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一3-磷酸甘油酸轉變

為2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3phosphoglycerate)糖酵解階段3磷酸甘油酸變位酶

2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)第35頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一2-磷酸甘油酸脫水

形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）

磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）2-磷酸甘油酸糖酵解階段4烯醇化酶(Mg2+/Mn2+)H2O氟化物能與Mg2+絡合而抑制此酶活性第36頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一ADPATPMg2+,K+磷酸烯醇式丙酮酸

轉變?yōu)橄┐际奖崃姿嵯┐际奖岜峒っ?PK

)

烯醇式丙酮酸也是第二次底物水平磷酸化反應糖酵解階段4第37頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一烯醇式丙酮酸

轉變?yōu)楸崽墙徒怆A段4ATP磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸ADP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸(enolpyruvate)自發(fā)進行丙酮酸(pyruvate)第38頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代謝途徑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E2E1E3NADH+H+第39頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一糖酵解意義1、主要在于它可在無氧條件下迅速提供少量的能量以應急.如:肌肉收縮、人到高原。2、是某些細胞在不缺氧條件下的能量來源。3、是糖的有氧氧化的前過程，亦是糖異生作用大部分逆過程.非糖物質可以逆著糖酵解的途徑異生成糖,但必需繞過不可逆反應。5、糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯(lián)系的途徑.其中間產(chǎn)物是許多重要物質合成的原料。6、若糖酵解過度，可因乳酸生成過多而導致乳酸中毒。第40頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一在有氧條件下，丙酮酸進入線粒體生成乙酰CoA，參加TCA循環(huán)（檸檬酸循環(huán)）。

丙酮酸也可轉化為脂肪酸或酮體。當細胞ATP水平較高時，檸檬酸循環(huán)的速率下降，乙酰CoA開始積累，可用作脂肪的合成或酮體的合成。（二）丙酮酸氧化脫羧（乙酰輔酶A的生成）第41頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶ANAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH輔酶A+CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+

多酶復合體：是催化功能上有聯(lián)系的幾種酶通過非共價鍵連接彼此嵌合形成的復合體。其中每一個酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的輔酶。第42頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一三羧酸循環(huán)的概念

概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O并產(chǎn)生能量的過程.因為在循環(huán)的一系列反應中,關鍵的化合物是檸檬酸,所以稱為檸檬酸循環(huán),又因為它有三個羧基,所以亦稱為三羧酸循環(huán),簡稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。（三）檸檬酸循環(huán)（TCA)第43頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一檸檬酸循環(huán)在線粒體基質中進行的。丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)進行脫羧和脫氫反應;羧基形成CO2,氫原子則隨著載體(NAD+、FAD）進入電子傳遞鏈經(jīng)過氧化磷酸化作用，形成水分子并將釋放出的能量合成ATP。黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）第44頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一⑴乙酰CoA與草酰乙酸

縮合形成檸檬酸TCA循環(huán)檸檬酸合成酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰輔酶A檸檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸

檸檬酸+CoA-SH關鍵酶H2O第45頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一異檸檬酸H2O⑵檸檬酸異構化生成異檸檬酸檸檬酸順烏頭酸檸檬酸異檸檬酸TCA循環(huán)順烏頭酸酶第46頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一CO2NAD+異檸檬酸⑶異檸檬酸氧化脫羧

生成α-酮戊二酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸+NAD+α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+關鍵酶TCA循環(huán)第47頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一CO2⑷α-酮戊二酸氧化脫羧

生成琥珀酰輔酶A

α-酮戊二酸脫氫酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoAα-酮戊二酸α-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+

琥珀酰CoA

+CO2+NADH+H+

關鍵酶TCA循環(huán)第48頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一⑸琥珀酰CoA轉變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶琥珀酰CoAATPADP琥珀酸GDP+PiGTPHSCoA琥珀酰CoA

+GDP+Pi

琥珀酸+GTP+CoA-SHTCA循環(huán)第49頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一⑹琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)琥珀酸脫氫酶FADFADH2琥珀酸

+FAD

延胡索酸+FADH2琥珀酸(succinate)第50頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一⑺延胡索酸水化生成蘋果酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)蘋果酸(malate)延胡索酸酶H2O延胡索酸+H2O蘋果酸第51頁，共61頁，2023年，2月20日，星期一⑻蘋果酸脫氫生成草酰乙酸

蘋果酸脫氫酶

草酰乙酸(oxaloacetate)NAD+NADH+H+蘋果酸+

NAD+草酰乙酸+