PDF《第四节 细胞的能量代谢》

第四节 细胞的能量代谢 1.

4.1 能量货币 ATP 1) ATP: 腺苷三磷酸, 是一种核苷酸, 由一个戊糖, 一个含氮碱基(腺嘌呤),

3 个磷酸根组成.两个磷酸基团之间形成的是高能磷酸键. 细胞内 ATP 的形成方式:底物水平磷酸化、氧化磷酸化(与电子传递系统 偶联) 生物体的一切活动所利用的都是 ATP 水解所产生的能量. 2)底物水平磷酸化:在酶的作用下,ADP 分子直接从一个磷酸化的分子, 接受一个磷酸基团,产生 ATP 的方法. 在生物氧化过程中,只有少量的 ATP 是以底物水平磷酸化方式形成的,大 量的 ATP 是通过氧化磷酸化的方式形成的. 1.4.2 细胞呼吸概述 食物进入消化道之后,会经过两个代谢过程,一个是物质代谢,另一个能量 代谢. 1)生物氧化: 有机化合物在细胞内被氧化分解为 CO2 和H2O,并释放能量 的过程,又称细胞呼吸.细胞就是利用该反应释放的能量合成 ATP. 细胞呼吸必须有 O2 参加,否则,糖分子就不能被氧化成 CO2 和H2O. 2)生物氧化的特点:

1、发生在活细胞中,有多种酶的参与和调控;

2、在温和条件下进行(体温、生理 pH) ;

3、一个复杂的氧化还原过程,包括电子转移和质子的转移;

4、能量的释放是逐步的,并以 ATP 的形式储存和传送. 3)细胞呼吸可以分为以下四个阶段完成: 糖酵解、丙酮酸氧化、柠檬酸循 环、电子传递与氧化磷酸化. 1.4.3 糖酵解与柠檬酸循环 1)糖酵解: 糖酵解终产物: 丙酮酸和能量.

1 分子葡萄糖产生:

2 丙酮酸+2ATP+2NADH ATP 磷酸化方式:通过底物水平磷酸化.细胞只获得了其中 20%的能量, 发生在细胞质基质,不需要 O2. 2)柠檬酸循环:在细胞线粒体基质中进行,需O2 反应过程,细胞内物质代 谢的最终共同途径. 丙酮酸经过扩散进入线粒体,丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的作用下,经多步反应, 生成乙酰 CoA.乙酰 CoA 是一种高能化合物,它直接参与了柠檬酸循环真核细 胞内代谢过程的枢纽. 乙酰 CoA 经过一轮循环, 会产生 3NADH, 1GTP, 1FADH2, 并释放 2CO2.由于

1 个葡萄糖分子产生

2 乙酰 CoA,所以,1 个葡萄糖分子经 过柠檬酸循环,会产生 6NADH,2GTP, 2FADH2 和4CO2. 1.4.4 电子传递与氧化磷酸化 1) 电子传递链(Electron Transport Chain): 线粒体内膜上由一系列能可逆地 接受和释放电子或 H+ 的化学物质所组成,它们相互关联有序排列成的传递链, 是多酶体系. 线粒体内膜三种蛋白复合物起着电子传递和质子泵的作用. 可移动 的电子载体: 泛醌(Q),细胞色素 C(C) .电子供体:NADH,FADH2,最终的 电子受体:O2. 电子传递链的作用: 传递有氧呼吸获得的电子、形成质子电化学梯度、以化 学渗透方式合成 ATP. 跨越线粒体内膜的电化学质子梯度组成:质子浓度梯度、膜电位差. 2)氧化磷酸化:在电子传递过程所释放的能量导致质子的跨膜移动,从而 形成质子驱动力,质子经 ATP 合酶回流驱动 ATP 的合成. 3)经过糖酵解、丙酮酸氧化、柠檬酸循环、电子传递和氧化磷酸化过程, 葡萄糖分子被彻底氧化成了 CO2 和H2O.共形成

32 ATP. 由于

2 分子 NADH 是糖酵解过程中产生的, 位于细胞质中,

2 分子 NADH 从 胞浆运至线粒体基质需消耗

2 分子 ATP. 所以, 一个葡萄糖分子经过细胞呼吸(生物氧化)全过程净产生:

30 个ATP 1.4.5 乙醇发酵和乳酸发酵 发酵:在无氧条件下,有机物降解而产生能量的途径. 1)乙醇发酵:酵母菌利用丙酮酸来氧化 NADH,补充 NAD+.丙酮酸首先 被还原为乙醛,释放出 CO2, 接着再被还原成乙醇.在乙醛被还原成乙醇的过程 中,NADH 被氧化,失去 H+ 成为了氧化型的 NAD+ ,这样 NAD+ 就得到了补充, 糖酵解过程也就能够持续进行了.因此,这种代谢途径,ATP 的产量与糖酵解是 一样的,丙酮酸最终转变成了 CO2 和乙醇,发酵的产物是乙醇. 2)乳酸发酵:在缺氧条件下,丙酮酸被还原成乳酸,NADH 被氧化,成为 氧化型的 NAD+ ,使细胞内的 NAD+ 得到补充,保证糖酵解过程持续进行,从而 获得能量. 总之,葡萄糖分子经过糖酵解产生的丙酮酸,在有氧气存在的条件,可以进 一步经过丙酮酸氧化和柠檬酸循环,被彻底氧化成 CO2,在无氧的条件下,丙酮 酸可通过发酵作用获得能量. 无论乙醇发酵还是乙酸发酵, 都是通过补充还原型 NAD+ ,使糖酵解过程持续进行,从而获得 ATP 能量的. 1.4.6 营养物质的分解和代谢 1)分解:食物中的生物大分子,如蛋白质和脂肪在消化道内被消化水解, 生成氨基酸和脂肪酸, 它们都可以经过氧化分解, 从而为细胞提供能量 (ATP) , 它们的氧化都是先转变为某种中间产物, 然后进入糖酵解或 Krebs 循环, 被彻底 氧化成 CO2 和H2O. 2) 代谢: 食物分子分解产生的小分子物质并非都用于生物氧化, 产生 ATP, 它们也可以用于合成新的生物大分子,或形成细胞、组织和生物体的结构成分. 1.4.7 叶绿体与光系统 1)叶绿体 叶绿体的结构:类囊体―>