生物的新陳代謝課件

生命科學導論第三講生物的新陳代謝一、酶是生物催化劑二、生命世界的能量源泉是太陽能三、生物體主要從有機分子的氧化取得能量四、生物體內(nèi)有一個復雜的代謝網(wǎng)絡生命活動的原動力在于生物體內(nèi)一刻不停的新陳代謝。通過新陳代謝不斷把太陽能或食物中貯存的能量，轉化為可供生命活動利用的能量，不斷制造出各種大、小分子以供生命活動所需要。體內(nèi)的新陳代謝過程又都是在生物催化劑----酶的催化下進行的。一、酶是生物催化劑1、酶的催化特點催化劑可以加快化學反應的速度，酶是生物催化劑，它的突出優(yōu)點是：?催化效率高、?專一性(特異性)、?可以調(diào)節(jié)。先看看催化效率高用簡單的實驗證明酶的催化效率：返回2H2O22H2O+O2鐵屑肝糜肝糜（煮）2、酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)

有的酶僅僅由蛋白質(zhì)組成，如：核糖核酸酶有的酶除了主要由蛋白質(zhì)組成外，還有一些金屬離子或小分子參與。這些金屬離子或小分子是酶活性所必須的，稱為輔酶/輔基或輔助因子。如：羧基肽酶以二價鋅離子（Zn2+）為輔助因子又如：過氧化氫酶以鐵卟啉環(huán)為輔助因子返回（黃色圓球是Zn2+）羧基肽酶鐵卟啉輔基返回血紅蛋白3、酶催化作用的機理是降低活化能催化劑只能催化原來可以進行的反應，加快其反應速度。即使對可以進行的反應來說，反應物分子應越過一個活化能才能發(fā)生反應。酶作為催化劑的作用是降低活化能。酶的催化機理是降低活化能返回底物分子結合在酶的底物結合中心返回使底物靠攏 使底物分子 產(chǎn)生應力 使底物分子電荷變化4、酶的活性可以調(diào)控

在代謝途徑中調(diào)節(jié)酶活性幾個酶或十幾個酶前后配合，完成一系列代謝反應，形成一條代謝途徑。在一條代謝途徑中，常常是前一個酶促反應的產(chǎn)物，便是下一個酶促反應的底物。返回

第一個酶（有活性）第一個酶（無活性）終產(chǎn)物終產(chǎn)物（調(diào)節(jié)物）結合在調(diào)節(jié)中心共價調(diào)節(jié)

有時候，酶蛋白分子可以和一個基團形成共價結合，結合的結果，使酶蛋白分子結構發(fā)生改變，使酶活性發(fā)生改變。例如，與磷酸根的結合。這種調(diào)節(jié)酶活性的情況稱為酶的共價調(diào)節(jié)。糖元磷酸化酶

有 磷 酸 化 位 點返回下圖返回競爭性抑制劑在結構上與底物相似上圖返回對氨基苯甲酸（細菌生長因子）對氨基苯磺酸（磺胺藥）

磺胺類藥物 競爭性抑制細菌體內(nèi)的酶葡萄糖2丙酮酸+能量

從大分子分解為小分子會釋放能量。

返回2、ATP是生物體能量流通的貨幣一個代謝反應釋出的能量貯入ATP，ATP所貯能量供另一個代謝反應消耗能量時使用。下圖下圖ATP

作 為返回能量流通的貨幣3、生物體把能量用在生命活動的各個方面4、太陽能是整個生命世界的能量源泉

綠色植物和光合細菌把太陽能轉變?yōu)榛瘜W能，利用太陽能合成有機物；除了維持自身的生存還為其他生物提供食物。食物鏈返回食物鏈地球上最偉大的化學反應——光合作用綠色植物和光合細菌利用太陽能產(chǎn)生有機物和氧氣的過程稱為光合作用。綠色植物中的光合作用

20世紀80年代，有關光合作用的一項研究成果獲諾貝爾獎，評獎委員會的評語稱：“光合作用是地球上最重要的化學反應”—為地球上生命進化和發(fā)展提供了必要的物質(zhì)（有機物和氧氣）—巨大的能量（將太陽能轉化為儲存在有機物中的化學能）—廣闊的生存及發(fā)展空間（臭氧層使原來只能生活在水中的動物可以登陸了）

葉綠體中的葉綠素是進行光合作用必不可少的成份。在葉綠體中進行的光合作用，又可以分為兩個步驟：光反應：在葉綠素參與下，把光能用來劈開水分子，放出O2，同時造成兩種高能化合物ATP和NADPH。暗反應：把ATP和NADPH中的能量，用于固定CO2，生成糖類化合物。這個過程不需要光。吸收光能靠葉綠素生物體把能量用在生命活動的各個方面能量在生態(tài)系統(tǒng)中存在的五種形式?????輻射能（太陽能）化學能機械能電能生物能三、生物體主要靠有機分子的氧化取得能量1、有機物氧化釋放能量

一支火柴的燃燒是纖維素氧化：（C6H12O6）n+O2nCO2+nH2O+能量纖維素氧溫度光和熱（可燃物）

生物體也進行類似的反應：（C6H12O6）n+O2nCO2+nH2O+能量淀粉氧酶ATP（氧化反應底物）把火柴燃燒和生物體內(nèi)氧化相比，基本原則是相似的――有機物氧化釋放出能量。有哪些不同？A、生物體內(nèi)氧化比燃燒過程緩慢的多，不是猛然地發(fā)出光和熱。B、生物體內(nèi)氧化在水環(huán)境中進行。C、生物體內(nèi)的氧化由酶催化。D、生物體內(nèi)氧化分步驟進行，逐步產(chǎn)生能量貯存在ATP中。2、生物體內(nèi)氧化分步驟進行淀粉葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP3、與葡萄糖氧化分解產(chǎn)生能量有關的三條代謝途徑A、糖酵解途徑

六個碳的葡萄糖分解為兩個三碳的丙酮酸，凈得兩個ATP，同時還產(chǎn)生NADH。糖酵解途徑可以在無氧情況下進行，但是要解決NADH變回到NAD＋問題。返回糖酵解途徑返回乙醇乳酸B、三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)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。

丙酮酸三羧酸循環(huán)完全氧化： 產(chǎn)生CO2和H2O 充分產(chǎn)生能量

返回C、呼吸鏈

脫下的氫可以看作是電子加上質(zhì)子2H2e＋2H＋

在呼吸鏈起端，電子處在高能水平，傳遞到O2時，處于低能水平。傳遞過程中釋出的能量，用于產(chǎn)生ATP。總之，一個葡萄糖分子經(jīng)過：2個ATP無氧有氧

糖酵解途徑丙酮酸

糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)途徑、 呼吸鏈

完全氧化獲得36個ATP產(chǎn)物為CO2和H2O下圖呼吸鏈：電子逐步傳遞到氧返回

糖 酵 解三羧酸循環(huán)返回呼吸鏈生物體可利用各種有機分子作燃料。

除了葡萄糖，其他生物分子，包括脂類、氨基酸、核苷酸等，都可以通過三羧酸循環(huán)途徑，徹底氧化為CO2和H2O，同時產(chǎn)生能量。對于人體來說，最適宜的燃料是葡萄糖。四、生物體內(nèi)存在著復雜的代謝網(wǎng)絡

1、已介紹三條代謝途徑：

糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)和呼吸鏈， 都與分解代謝，產(chǎn)生能量有關。 生物體內(nèi)還有許許多多其他分解代謝途 徑，和合成代謝途徑，形成錯綜復雜的代謝網(wǎng) 絡。這些代謝途徑分布于生活細胞的不同部位。 （第九講內(nèi)容） 現(xiàn)在，再介紹一下有關蛋白質(zhì)合成的代謝途徑。代謝網(wǎng)絡代謝網(wǎng)絡返回2、蛋白質(zhì)合成也就是基因表達

決定合成什么樣的蛋白質(zhì)的遺傳信息，貯存在細胞內(nèi)的DNA大分子中，體現(xiàn)為DNA大分子中核苷酸排列順序，最終表達為蛋白質(zhì)大分子中的氨基酸排列順序。返回基因表達：DNA序列到氨基酸序列

蛋白質(zhì)合成的第一步，由DNA 指導mRNA（信使RNA）的合成。 DNA中的遺傳信息通過轉錄體現(xiàn)在 mRNA分子中核苷酸排列順序中。 蛋白質(zhì)合成的第二步，由mRNA指導蛋白質(zhì)合成。mRNA中攜帶的遺傳信息通過轉譯轉而體現(xiàn)為蛋白質(zhì)大分子中氨基酸的排列順序。轉錄核苷酸序列――核苷酸序列轉譯核苷酸序列――氨基酸序列返回3、蛋白質(zhì)合成的第一步是mRNA的合成

mRNA合成需要：?以四種三磷酸核苷為原料ATP、GTP

UTP、CTP；?以DNA（大分子中的一段）為模板；?由RNA聚合酶催化。總反應式：（NTP）n＋DNAmRNA＋DNA

?mRNA的合成在細胞核內(nèi)進行； 然后，mRNA從核內(nèi)移至細胞質(zhì)中。酶返回mRNA合成4、遺傳密碼和轉運RNA

mRNA分子中每三個核苷酸序列決定一個氨基酸，這就是通常所說的三聯(lián)密碼子。與遺傳密碼子相對應的反密碼子在轉運RNA（tRNA）分子中。

tRNA的二級結構呈三葉草形，它的任務是轉運氨基酸。在tRNA分子中，一方面聯(lián)接著被轉運的氨基酸，另一方面通過反密碼子把氨基酸安置到合適的位置上去。返回遺傳密碼表返回轉運RNA（tRNA）5、蛋白質(zhì)合成的第二步需依托核糖體核糖體由蛋白質(zhì)和RNA組成，后者稱為:核糖體RNA（rRNA）。在細胞質(zhì)中，mRNA先與核糖體結合。蛋白質(zhì)合成第一個tRNA把一個氨基酸放在肽鏈起始位置上；第一個氨基酸以羧基聯(lián)到第二個氨基酸上，形成肽鍵。核糖體向右移三個核苷酸位置，第一個tR