第7章細(xì)胞的呼吸---

能量的收獲編輯ppt本章內(nèi)容提要1)葡萄糖酵解的特點(diǎn)2)三羧酸循環(huán)的過程3)氧化磷酸化的機(jī)制4)化學(xué)滲透學(xué)說5)葡萄糖氧化磷酸化能量總賬編輯ppt糖分子分解產(chǎn)生能量的兩種方式1）有氧分解---氧化磷酸化2）無氧分解---底物磷酸化編輯ppt細(xì)胞呼吸獲取能量的特點(diǎn)1)生物獲取能量主要依賴于生物大分子的氧化,通過細(xì)胞的呼吸將碳水化合物分解為CO2,消耗O2,產(chǎn)生水分子.2)碳水化合物氧化效率很高,釋放的能量40%儲(chǔ)存到ATP分子中,其余能量以熱能形式釋放到環(huán)境中.3)碳水化合物的體內(nèi)氧化在近中性pH,常溫條件下進(jìn)行.4)碳水化合物氧化產(chǎn)生的能量是逐步釋放的,燃燒釋放的能量是一步生成的.編輯ppt化學(xué)能的釋放—氧化還原反應(yīng)

氧化:失去電子;還原:獲得電子.編輯ppt葡萄糖酵解與氧化的三階段

---糖酵解,三羧酸循環(huán),氧化磷酸化編輯ppt糖酵解---C6→2C3編輯ppt糖酵解---丙酮酸生成編輯ppt煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的結(jié)構(gòu)編輯pptNAD+還原機(jī)制編輯ppt底物水平磷酸化編輯ppt

糖酵解特點(diǎn)1)在細(xì)胞質(zhì)溶膠中進(jìn)行2)無O2參于3）最終產(chǎn)物為2分子丙酮酸4）消耗2分子ATP5)底物水平磷酸化產(chǎn)生4分子ATP6)產(chǎn)生2分子的還原NADH編輯ppt糖酵解能量收入編輯ppt

丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA再進(jìn)入三羧酸循環(huán)編輯ppt三羧酸

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檸檬酸

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循環(huán)編輯pptKrebs循環(huán)中NADH,FADH2和ATP的生成

編輯ppt三羧酸循環(huán)特點(diǎn)1)乙酰輔酶A參于2）丙酮酸脫羧產(chǎn)生1分子NADH3)2次脫羧,產(chǎn)生2個(gè)C024）3次NAD+,1次FAD+還原，產(chǎn)生3分子NADH，1分子FADH25)伴有一次底物磷酸化，產(chǎn)生1分子ATP6)反應(yīng)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行編輯ppt氧化磷酸化1)氧化磷酸化是將三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原性的

NADH和FADH2氧化成NAD+和FADH的過程.在氧化過程中,發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移和質(zhì)子的釋放.2)電子的轉(zhuǎn)移是在線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈上進(jìn)行的.電子的轉(zhuǎn)移伴隨能量的下降,同時(shí)將內(nèi)膜一側(cè)的質(zhì)子泵到膜間區(qū).3)當(dāng)質(zhì)子還回內(nèi)膜一側(cè)時(shí),由于勢能下降,促使

ATP酶合成高能ATP,即ADP磷酸化.編輯ppt煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的氧化1)NADH的氧化將電子轉(zhuǎn)移給氧化磷酸化電子傳遞鏈.2)在電子傳遞過程中,伴隨質(zhì)子的跨膜運(yùn)動(dòng).3)質(zhì)子跨膜運(yùn)動(dòng)在膜兩側(cè)產(chǎn)生電位差,電位差促使質(zhì)子還回膜的另一側(cè),并將勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能---產(chǎn)生ATP.編輯ppt氧化磷酸化

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電子傳遞與ATP生成來自NADH的2個(gè)電子在通過電子傳遞鏈復(fù)合物I,III和IV時(shí)能量降低,同時(shí)將膜內(nèi)側(cè)的質(zhì)子泵出膜外.這些質(zhì)子在返回膜內(nèi)時(shí)可合成2.5個(gè)ATP.來自FADH的一對(duì)電子在經(jīng)過電子傳遞鏈復(fù)合物II,III和IV時(shí),只在經(jīng)過復(fù)合物III和IV時(shí)下降的能量才足以將質(zhì)子泵出膜外,因而最終只產(chǎn)生1.5ATP.編輯ppt

電子傳遞與質(zhì)子跨膜運(yùn)動(dòng)

FADH2電子轉(zhuǎn)移在通過復(fù)合物II和Cytc時(shí)，失去的能量不足以將質(zhì)子泵到膜的另一側(cè),但在通過復(fù)合物III和IV時(shí)，失去的能量可將質(zhì)子泵到膜的另一側(cè)。編輯pptNAD+還原為NADH編輯pptFAD的還原機(jī)制編輯ppt抑制氧化磷酸化的藥劑1）魚藤酮可阻止氧化磷酸化復(fù)合物I的電子遞，這一機(jī)制常用于殺蟲劑。2）氰化物，一氧化碳可阻止氧化磷酸化復(fù)合物II的電子傳遞，對(duì)生物具有毒性。3）寡霉素可阻止質(zhì)子(H+)通過ATP合成酶,抑制ATP合成酶活性.由于寡霉素不能進(jìn)入人體皮膚細(xì)胞,因而常用于治療皮膚真菌病。4）二硝基苯酚（DNP）可促使H+滲漏，失去電位差，促使細(xì)胞不斷地消耗碳水化合物以補(bǔ)充能量。在1940’年代，低濃度的DNP曾作為減肥藥使用。編輯ppt抑制氧化磷酸化的藥劑魚藤酮是殺蟲劑,也能用來毒殺魚類.

編輯pptATP酶的結(jié)構(gòu)與功能編輯ppt米切爾(Mitchell)和化學(xué)滲透學(xué)說彼得.丹尼斯.米切爾(PeterDennisMitchell)1920年生于英國.劍橋大學(xué)畢業(yè)后留校當(dāng)了一位實(shí)驗(yàn)室助理員.1961年他在“Nature”雜志上發(fā)表有關(guān)生物體細(xì)胞膜的化學(xué)滲透學(xué)說,但未被科學(xué)界接受.米切爾從鈉離子泵出膜外需要消耗ATP得到啟發(fā),設(shè)想水中的氫離子在轉(zhuǎn)移到膜內(nèi)時(shí),會(huì)使鈉泵逆轉(zhuǎn),同時(shí)生成ATP.由于學(xué)校以“該論文缺乏實(shí)驗(yàn)支持,空想成分大”為由,未批準(zhǔn)他想當(dāng)一名助教的申請(qǐng).1964年,他辭去大學(xué)工作,在農(nóng)場建立了自己的格林研究所,請(qǐng)了一名助手繼續(xù)堅(jiān)持實(shí)驗(yàn).1972年,日本科學(xué)家從細(xì)胞膜上成功地分離了合成ATP的酶,證實(shí)了米切爾的設(shè)想.1978年,被人們稱為怪人的米切爾獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).編輯ppt細(xì)菌的氧化磷酸化細(xì)菌的氧化磷酸化與線粒體相似.好氧細(xì)菌呼吸鏈上電子傳遞時(shí)將質(zhì)子泵出膜外,質(zhì)子通過膜上的ATP合成酶返回膜內(nèi)時(shí)產(chǎn)生ATP.好氧細(xì)菌的電子受體為02.厭氧細(xì)菌缺少呼吸鏈,它們利用無氧酵解產(chǎn)生的ATP將質(zhì)子泵出膜外,然后利用易化擴(kuò)散將營養(yǎng)物質(zhì)輸入細(xì)胞內(nèi).有些厭氧菌如固氮菌也有電子傳遞鏈,它們以N2為電子受體,產(chǎn)生NH3.編輯ppt質(zhì)子滲透可促使細(xì)菌利用鞭毛運(yùn)動(dòng)

(2)

馬達(dá)的直徑約25nm,為頭發(fā)絲的三千分之一.鞭毛的轉(zhuǎn)速為100000rpm,細(xì)菌前進(jìn)的速度可達(dá)16m/s.編輯ppt氧化磷酸化要點(diǎn)1)電子傳遞鏈,電子能量轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子跨膜運(yùn)動(dòng).2)質(zhì)子跨膜運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生電位差.3)質(zhì)子通過ATP酶回返線粒體基質(zhì),伴隨ATP生成,這一過程又稱化學(xué)滲透.4)2H+,2e-與1/2O反應(yīng)生成水分子

編輯ppt

丙酮酸能量總帳1)當(dāng)電子從NADH經(jīng)過呼吸鏈傳遞到O2時(shí),在三個(gè)部位即復(fù)合物I,III和IV可泵出質(zhì)子.2)每對(duì)電子在呼吸鏈上傳遞時(shí)產(chǎn)生的質(zhì)子勢能下降用于合成ATP,到達(dá)O2時(shí)每個(gè)NADH可傳遞一對(duì)電子,產(chǎn)生2.5個(gè)ATP.但從FADH2轉(zhuǎn)移的兩個(gè)電子只產(chǎn)生1.5個(gè)ATP,因?yàn)樗辉?個(gè)部位,III和IV,泵出質(zhì)子.3)

1分子丙酮酸氧化脫羧產(chǎn)生4分子NADH,1分子FADH2和1分子ATP,總共產(chǎn)生:4x2.5+1x1.5+1=12.5ATP.1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子丙酮酸,總計(jì)產(chǎn)生25ATP.編輯ppt1個(gè)葡萄糖分解可生成多少ATP?+28約30ATP編輯ppt1個(gè)葡萄糖分解可生成多少ATP?編輯ppt1個(gè)葡萄糖分解可生成多少

ATP

?引自:Ravenetal.,Biology,2005,pp:編輯ppt

葡萄糖分解能量總帳—兩種統(tǒng)計(jì)1)理論上:1分子葡萄糖酵解產(chǎn)生2分子NADH和2分子ATP,總計(jì)2x3+2=8ATP.加上2分子丙酮酸能量總帳30ATP共計(jì)38ATP.如NADH進(jìn)入線粒體消耗2ATP,則凈收獲36ATP.2)實(shí)際上:由于線粒體內(nèi)膜有泄漏,有些質(zhì)子會(huì)直接穿過內(nèi)膜進(jìn)入基質(zhì),不經(jīng)過ATP酶,造成能量損失;線粒體膜常常利用質(zhì)子勢能梯度能量轉(zhuǎn)運(yùn)有機(jī)物如丙酮酸,而不經(jīng)過ATP酶產(chǎn)生ATP.因此,實(shí)際計(jì)算的每個(gè)NADH產(chǎn)生約2.5ATP;每個(gè)FADH產(chǎn)生約1.5ATP.所以1分子葡萄糖在真核細(xì)胞中約產(chǎn)生:10NADHX2.5ATP+2FADHx1.5ATP=30ATP.編輯ppt糖酵解與氧化鱗酸化效率1mol葡萄糖產(chǎn)生的ATP相當(dāng)于1150kJ,而1mol葡萄糖燃燒產(chǎn)生的能量約2870kJ,即細(xì)胞通過呼吸氧化利用葡萄糖熱能的效率約40%.編輯ppt丙酮酸的兩種酵解編輯ppt無氧酵解---乙醇發(fā)酵編輯ppt無氧酵解---乳酸發(fā)酵編輯ppt生物大分子的氧化分解編輯ppt生物大分子的合成編輯ppt生物分子代謝之間的關(guān)系編輯ppt細(xì)胞呼吸作用的調(diào)節(jié)磷酸果糖激酶是調(diào)節(jié)糖代謝的關(guān)鍵步驟.編輯ppt思考題1)葡萄糖酵解的特點(diǎn)