第四章:細(xì)胞代謝

一、能與細(xì)胞二、酶三、物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸四、細(xì)胞呼吸五、光合作用

新陳代謝

是生物體內(nèi)進(jìn)行的物質(zhì)和能的變化的總稱

是最基本的生命活動過程新陳代謝物質(zhì)代謝能量代謝同化作用異化作用合成物質(zhì)貯存能量分解物質(zhì)釋放能量

ATP是生物體能量流通的貨幣

一個代謝反應(yīng)釋出的能量貯入ATP，ATP所貯能量供另一個代謝反應(yīng)消耗能量時使用。生物體把能量用在生命活動的各個方面ATP生物電物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞合成其它形式的能量分子如：NADPH發(fā)熱（體溫）運(yùn)動能分為動能和勢能動能：勢能：活細(xì)胞中的分子，由于其原子中的排列而具有勢能，這種勢能就是活細(xì)胞做各種功的化學(xué)能。所以，化學(xué)能是分子中的勢能，是活的生物體內(nèi)最重要的能量形式。4.1能與細(xì)胞4.1.1能是做功的本領(lǐng)生物體是一個開放體系，它的物質(zhì)和能量總是不斷地與其環(huán)境之間發(fā)生交換。開放體系是所有生物的特點(diǎn)。一個特定體系的有序性要增加，其環(huán)境的無序性便必須增加。這一概念完全適用于細(xì)胞的活動。細(xì)胞是利用有序性較低的原料制造高度有序的結(jié)構(gòu)。4.1能與細(xì)胞4.1.2熱力學(xué)定律熱力學(xué)第一定律：宇宙中的總能量是固定不變的。熱力學(xué)第二定律即：能的每一次轉(zhuǎn)化總要失去一些可用的自由能，總要導(dǎo)致熵的增加，而熵的增加則意味著有序性的降低，所以生物從外界攝取自由能來保持甚至加強(qiáng)它的有序狀態(tài)。

生物攝取低熵狀態(tài)的食物———通過代謝將它們轉(zhuǎn)化為高熵（不穩(wěn)定）———排出體外———避免了由于生物代謝導(dǎo)致總熵增加———維持了生物內(nèi)部的有序性。吸能反應(yīng)是指反應(yīng)產(chǎn)物分子中的勢能比反應(yīng)物分子中的勢能多。舉例放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)相反，其產(chǎn)物分子中的化學(xué)能少于反應(yīng)物分子中的化學(xué)能。舉例每一個活細(xì)胞中都要發(fā)生千百種放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)，所有這些反應(yīng)總稱為細(xì)胞代謝。4.1能與細(xì)胞4.1.3吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)

一個代謝反應(yīng)釋出的能量貯入ATP，ATP所貯能量供另一個代謝反應(yīng)消耗能量時使用。4.1.4ATP是細(xì)胞中的能量通貨4.1能與細(xì)胞下圖生物體把能量用在生命活動的各個方面

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(zhuǎn)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(jìn)行的。4.2酶

細(xì)胞中促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速度的催化劑;

2000多種;在非細(xì)胞條件下也能發(fā)揮作用。牛胰核糖核酸酶（RNase）返回催化劑只能催化原來可以進(jìn)行的反應(yīng)，加快其反應(yīng)速度。即使對可以進(jìn)行的反應(yīng)來說，反應(yīng)物分子應(yīng)越過一個活化能才能發(fā)生反應(yīng)。酶作為催化劑的作用是降低活化能。

4.2.1

酶降低反應(yīng)的活化能酶的催化機(jī)理是降低活化能酶是如何降低活化能的呢?

首先需要酶與底物分子結(jié)合，酶蛋白結(jié)構(gòu)中有酶的活性部位。

然后，酶蛋白分子以各種方式，作用于底物分子，使底物分子活化起來。

酶與底物的專一結(jié)合，又是酶促反應(yīng)專一性的體現(xiàn)。底物分子結(jié)合在酶的活性部位使底物靠攏使底物分子產(chǎn)生應(yīng)力使底物分子電荷變化溫度：只有在最適溫度下酶活性最高pH和鹽的濃度也影響酶的活性許多種酶的正?；顒舆€需要非蛋白質(zhì)成分的參與，這些成分為輔因子。另一大類影響酶的活性的化學(xué)物質(zhì)是酶的抑制劑競爭性抑制劑和非競爭性抑制劑。4.2.2

多種因素影響酶的活性

競爭性抑制

有的酶在遇到一些化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似的分子時，這些分子與底物競爭結(jié)合酶的活性中心，亦會表現(xiàn)出酶活性的降低（抑制）。這種情況稱為酶的競爭性抑制。競爭性抑制劑在結(jié)構(gòu)上與底物相似對氨基苯甲酸（細(xì)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(xì)菌體內(nèi)的酶非競爭性抑制劑：不占據(jù)活性部位，但它與酶分子的結(jié)合使酶分子的形狀發(fā)生變化，從而使活性部位不再適合接納底物分子。酶的抑制劑或有的可逆的，有的不可逆的。競爭性抑制劑的作用是可逆的。條件？酶的抑制劑的應(yīng)用：舉例：4.2.3核酶長期以來，一直公認(rèn)所有的酶都是蛋白質(zhì)，但是，1981年美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中與RNA分子有關(guān)的某些反應(yīng)卻是由RNA本身所催化的，而不是由蛋白質(zhì)催化的。兩類核酶：一類是催化分子內(nèi)的反應(yīng)，即分子的一部分與另一部分反應(yīng)。例如RNA的一段在該分子內(nèi)改換位置。另一類核酶則催化分子間的反應(yīng)，就是別的分子發(fā)生反應(yīng)而作為核酶的RNA分子在反應(yīng)前后無變化?！?xì)胞維持正常生命活動的基礎(chǔ)之一4.3物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸決定選擇透性的因素有二：脂雙層和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。脂雙層是親脂性的。烴類、二氧化碳和氧溶于脂雙層中，所以易于透過質(zhì)膜。親水性物質(zhì)通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白出入細(xì)胞，避免了與膜中親脂部分的接觸，這是由于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白提供了專門通道供這些物質(zhì)通過。膜的選擇透性決定于脂雙層本身的限制和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的專一性。4.3.1膜的選擇透性源于其分子組成被動轉(zhuǎn)運(yùn)

--物質(zhì)順濃度梯度運(yùn)輸簡單擴(kuò)散4.3.2被動轉(zhuǎn)運(yùn)是穿過膜的擴(kuò)散4.3.3滲透是水的被動轉(zhuǎn)運(yùn)高滲溶液低滲溶液圖4-7滲透現(xiàn)象無壁細(xì)胞的水分平衡許多生活在低滲或高滲環(huán)境中的動物都有特殊的滲透調(diào)節(jié)的適應(yīng)以控制水分平衡。例如草履蟲有壁細(xì)胞的水分平衡植物、藻類、細(xì)菌和真菌的細(xì)胞有細(xì)胞壁，它們的水分平衡原理相同。這些細(xì)胞在低滲溶液中是膨脹的，在等滲溶液中是萎蔫的。在高滲溶液中則發(fā)生質(zhì)壁分離易化擴(kuò)散(需載體蛋白)4.3.4專一蛋白使被動轉(zhuǎn)運(yùn)易化主動轉(zhuǎn)運(yùn)Na+-K+泵—

由ATP提供能量4.3.5主動轉(zhuǎn)運(yùn)是逆濃度梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)協(xié)同運(yùn)輸：Na+-K+泵與載體蛋白協(xié)同作用

主動轉(zhuǎn)運(yùn)胞飲吞噬胞吞：4.3.6胞吞和胞吐轉(zhuǎn)運(yùn)大分子胞吐

細(xì)胞呼吸：細(xì)胞在有氧條件下從食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的過程。

有氧呼吸：

指生活細(xì)胞利用分子氧，將某些有機(jī)物質(zhì)徹底氧化分解，形成CO2和H2O,同時釋放能量的過程。

C6H12O6+6O26CO2+6H2O＋能量

無氧呼吸

指生活細(xì)胞在無氧條件下，把某些有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時釋放能量的過程。

C6H12O62C2H5OH+2CO2+

能量酶酶4.4

細(xì)胞呼吸4.4.1細(xì)胞呼吸引論

生物體內(nèi)氧化分步驟進(jìn)行淀粉葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP細(xì)胞呼吸包含的過程：一般可分為三個主要階段：以葡萄糖為例

糖酵解

檸檬酸循環(huán)

電子傳遞鏈(chainofelectrontransport)(1)糖酵解（EMP途徑）

就是葡萄糖的分解，其最終產(chǎn)物是丙酮酸。即己糖分解成丙酮酸的過程。

反應(yīng)進(jìn)行部位：細(xì)胞質(zhì)

特點(diǎn)：不需O2的參與由特定的酶催化

（氧化作用的O2來自水分子和被氧化的糖分子）

4.4.2糖酵解全過程：12步驟，11酶葡萄糖C-C-C-C-C-C淀粉、糖原等葡萄糖-6-磷酸C-C-C-C-C-C-PATPADP

果糖-6-磷酸C-C-C-C-C-C-P果糖1,-6-二磷酸C-C-C-C-C-C-PATPADP3-磷酸甘油醛PGAL(2分子)磷酸二羥丙酮2NAD+2Pi2NADH+2H+1,3-二磷酸甘油酸(2分子)1、消耗

ATP2分子細(xì)質(zhì)3-磷酸甘油酸（2分子）2ADP2ATP2磷酸甘油酸（2分子）磷酸烯醇式丙酮酸（2分子）丙酮酸（2分子）2ADP2ATP2、產(chǎn)生

ATP4分子返回糖酵解途徑

總反應(yīng)式：

葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+

2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O

糖酵解過程中：

一個分子的葡萄糖分解為2分子的丙酮酸利用2個ATP，產(chǎn)生4個ATP，凈得2個ATP；

2個分子的NAD+被還原，產(chǎn)生了2個NADH+H+與葡萄糖氧化分解產(chǎn)生能量有關(guān)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(jìn)行，但是要解決NADH變回到NAD＋問題。糖酵解生理意義

是無氧呼吸和有氧呼吸的共同途徑

糖酵解最終產(chǎn)物丙酮酸可通過各種代謝途徑生成不同物質(zhì)

是厭氧生物糖分解和獲取能量的主要方式

多數(shù)反應(yīng)均可逆轉(zhuǎn)，為糖異生作用提供了基本途徑三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)一定需要氧才能進(jìn)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。4.4.3檸檬酸循環(huán)三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）

部位：線粒體基質(zhì)內(nèi)

特點(diǎn)：需要氧參與和多種酶的催化

過程：是包括三羧酸和二羧酸的循環(huán)逐步脫羧脫氫，徹底氧化分解的過程TCA循環(huán)過程（9步反應(yīng)）

丙酮酸在有氧條件下進(jìn)入線粒體，氧化脫羧與輔酶A結(jié)合成為活化的乙酰CoA

；釋放出1分子CO2，同時發(fā)生NAD的還原。

丙酮酸乙酰輔酶A氧化脫羧返回丙酮酸三個二氧化碳三羧酸循環(huán)

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。4.4.4電子傳遞鏈和氧化磷酸化下圖呼吸鏈：電子逐步傳遞到氧返回返回糖酵解三羧酸循環(huán)呼吸鏈

總之，在有氧條件下，細(xì)胞呼吸中每氧化一分子葡萄糖，最多可產(chǎn)生30或32個ATP.無氧呼吸：無機(jī)物代替氧作為最終的電子受體進(jìn)行呼吸。發(fā)酵：厭氧細(xì)菌和酵母菌在無氧條件下獲取能量的過程。酒精發(fā)酵:1葡萄糖2丙酮酸2乙醛2乙醇NADH+H+2ATP+2CO2+2H2ONAD+乳酸發(fā)酵:葡萄糖2丙酮酸2乳酸+2ATP+2H2O4.4.5發(fā)酵作用酒精發(fā)酵用途:乳酸發(fā)酵用途:制酒酸菜、酸奶、奶酪生物體可利用各種有機(jī)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。代謝作用是生命的核心，它有兩個方面：一個是細(xì)胞呼吸，是從食物中收集能量的過程；另一個是各種生物合成途徑，是建造細(xì)胞各種成分的過程。4.4.6各種分子的分解和合成

呼吸作用的意義

為生物的生命活動提供能量

呼吸作用形成的中間產(chǎn)物是進(jìn)一步合成生物體內(nèi)新的有機(jī)物的物質(zhì)基礎(chǔ)

在植物體內(nèi)的碳、氮、脂肪代謝活動中起樞紐作用光合作用

指光合生物吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)變成有機(jī)化合物中化合能的過程。

光合生物：綠色植物、藻類：

CO2+2H2O*(CH2O)+O2*+H2O

紫硫細(xì)菌：

CO2+2H2S(CH2O)+H2O+2S

氫細(xì)菌：

CO2+2H2(CH2O)+H2O4.5

光合作用返回綠葉中的光合作用1.光合作用的發(fā)現(xiàn)

荷蘭醫(yī)生VanHelmon(范

海爾蒙）在1648年做了第一個探索光合作用的實(shí)質(zhì)性實(shí)驗(yàn)。

將一株5磅重的小樹種在重200磅的干土中，用雨水澆灌5年，不供給其它營養(yǎng)物質(zhì)，小樹長成重169磅植株，而土壤重量基本上不變。干土五年后澆水4.5.1光合作用引論普列斯特萊實(shí)驗(yàn)

1772年，JosephPriestley首次報導(dǎo)了有關(guān)氣體參與光合作用的證據(jù)。

他的實(shí)驗(yàn)是讓一支蠟燭在蓋有薄荷枝條的玻璃罩內(nèi)燃燒熄滅。

結(jié)論：普列斯特萊Priestley認(rèn)為，植物消耗CO2而產(chǎn)生O2，使火焰和小鼠得以生存。普列斯特萊實(shí)驗(yàn)蠟燭任其燃燒直至熄滅沒有蠟燭沒有植物蠟燭能再次點(diǎn)燃老鼠活著植物死亡蠟燭不能燃燒老鼠死亡間隔幾天間隔幾天間隔幾天光合作用的因子

在以后連續(xù)幾年中，其他研究者繼續(xù)了普列斯特萊的工作。

瑞士的一位牧師JeanSenebier(吉恩

塞內(nèi)畢爾）發(fā)現(xiàn)，植物生長時其碳的含量亦同時增加，此種碳的來源是CO2，并且光合作用中氧的釋放與CO2的吸收同時進(jìn)行，即：O2來自CO2。

Senebier的結(jié)論：光合作用中CO2被分解時其中的碳被結(jié)合到植物體的有機(jī)物中，而O2被釋放，即：CO2+H2O=[CH2O]n+O2

?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論

植物消耗CO2，把它轉(zhuǎn)變成化合物(淀粉和葡萄糖)，提出了“固碳”這個名詞，表示食物的制造過程。

在固碳時，植物同時釋放O2。

植物只有在陽光下才能固碳，它們利用太陽光而不是熱能，把光合作用(photosynthesis)看作固碳的同名詞應(yīng)用。

只有植物的綠色部分產(chǎn)生O2，即光合作用需要葉綠素。當(dāng)時留下的疑問?

綠色植物怎樣俘獲陽光？

植物如何利用太陽能？

O2來自CO2，還是來自H2O？

光合作用中，植物如何利用CO2制造出碳水化合物的？阿農(nóng)實(shí)驗(yàn)

首先，他供給葉綠體ADP(ATP的低能形式)和NADP，不給葉綠體提供CO2，結(jié)果ADP→ATP，NADP→NADPH2，同時釋放氧氣。由此得出，光反應(yīng)的作用之一就是把能儲存在ATP和NADPH2中。

其次，他從葉綠體中完全去除葉綠素，而把酶提取出來，在完全黑暗的條件下，把這些植物酶與ATP、NADPH2、CO2混合在一起，結(jié)果制造出碳水化合物。

到此時，阿農(nóng)成功地以實(shí)驗(yàn)方法區(qū)分出光反應(yīng)和暗反應(yīng)，證實(shí)了布萊克曼的推斷，并揭示了ATP和NADPH2就是Blackman所說的X物質(zhì)。葉綠體（葉綠素和酶）ADPNADPATPNADPH2光反應(yīng)暗反應(yīng)僅僅是酶碳水化合物(CH2O)nCO2O2光反應(yīng)的具體過程

1956年，RobertEmersom等證明，用兩束單色光(如：670nm和710nm)同時照射葉綠體，光合作用的效率大大高于用總強(qiáng)度相同的單波長光照射的效率。由此得出光反應(yīng)也包括兩個不同的過程：即光系統(tǒng)ⅠP700(PSⅠ:NADP+2H++2e-→NADPH2+2e-)和光系統(tǒng)ⅡP680(PSⅡ:H2O→1/2O2↑+2H++2e-(水是氫供體)。

以后阿農(nóng)和卡爾文追蹤了活動輔酶的步驟，經(jīng)過長期的探索，才了解到P57圖中的光反應(yīng)過程。

歸結(jié)起來如下：H2O被光解：2H2O→4e-+4H++O2↑,即氧氣被釋放出來，H+與活化葉綠素的高能電子結(jié)合共同把NADP還原成高能NADPH2，低能電子則和電子鏈結(jié)合，將吸收的光能轉(zhuǎn)移給葉綠素分子中的電子，使其上升到較高的能級，具有較高能級電子的葉綠素分子稱為被“激發(fā)”，激發(fā)態(tài)瞬息即逝，電子又跌回到它先前的能級，同時放出能量。卡爾文和本森實(shí)驗(yàn)——證實(shí)暗反應(yīng)

卡爾文(Calvin)和本森(Benson)利用小球藻研究暗反應(yīng)。

他們在一個玻璃器皿中裝上培養(yǎng)物，加入放射性的碳酸氫鹽，通過不同時間的光照，把混合物的樣品轉(zhuǎn)移到酒精中，以此殺死細(xì)胞并阻止酶的活動，然后用色譜法和放射自顯影鑒定由碳酸氫鹽中的14C所合成的物質(zhì)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：主要產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸PGA，從而了解到光合作用暗反應(yīng)中固定CO2的途徑，為了記念它的發(fā)現(xiàn)者，這個途徑稱為Calvin卡爾文循環(huán)。

植物光合作用：氧化還原反應(yīng)

CO2被還原成糖

H2O被氧化成O2

光能被固定并轉(zhuǎn)換成化學(xué)能實(shí)驗(yàn)結(jié)論：2.光合作用概述葉綠體葉片是光合作用主要器官葉綠體是光合作用最重要細(xì)胞器類囊體膜：光反應(yīng)基質(zhì)：暗反應(yīng)

葉綠體中的葉綠素是進(jìn)行光合作用必不可少的成份。在葉綠體中進(jìn)行的光合作用，又可以分為兩個步驟：

光反應(yīng)：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。

碳反應(yīng)：把ATP和NADPH中的能量，用于固定CO2，生成糖類化合物。這個過程必須在光下進(jìn)行，但是不需要光直接參加。

Lightreaction（光反應(yīng)）通過葉綠素等光合色素吸收、傳遞光能，并將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，形成ATP和NADPH的過程。在類囊體膜上進(jìn)行包括原初反應(yīng)、電子傳遞和光合磷酸化

carbonreactions（碳反應(yīng)）利用光反應(yīng)所形成的能量（ATP和NADPH）（同化力），將二氧化碳合成糖類的過程。這個過程必須在光下進(jìn)行，但是不需要光直接參加。在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行光合作用的過程：光反應(yīng)和暗反應(yīng)

光合作用過程中根據(jù)能量轉(zhuǎn)變的性質(zhì)：

原初反應(yīng):光能電能

電子傳遞與光合磷酸化：電能

碳同化：活躍化學(xué)能穩(wěn)定化學(xué)能活躍化學(xué)能光吸收光能

天線色素傳遞光能O2

ADP+Pi

CO2中心色素奪取

e-分解

H2OH+

ATP

酶酶NADPHNADPC3C5酶酶CO2

還原多種酶催化固定失e-光能轉(zhuǎn)換成電能電能轉(zhuǎn)換成活躍化學(xué)能活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定化學(xué)能返回吸收光能靠葉綠素1.葉綠素對光的吸收

指從光合色素分子被光激發(fā)到引起第一個光化學(xué)反應(yīng)為止的過程。

包括：光能的吸收和傳遞光化學(xué)反應(yīng)4.5.2光反應(yīng)

光能吸收與傳遞光量子吸收與色素分子結(jié)構(gòu)有關(guān)（高等植物）葉綠素：葉綠素a、葉綠素b

類胡蘿卜素：葉黃素、胡羅卜素色素吸收光的實(shí)質(zhì)是色素中的一個電子得到了光子中的能量，稱為高能電子。2.光系統(tǒng)

光系統(tǒng)是由許多種分子組成的，其中有葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、幾種蛋白質(zhì)分子和光合作用的原處電子受體（作用中心、天線色素和幾種電子載體）。作用中心天線色素光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II4.5.2光反應(yīng)葉綠素：640－660nm紅光、430－450nm藍(lán)紫光吸收最強(qiáng)

類胡羅卜素：吸收帶在400－500nm藍(lán)紫光紅、藍(lán)光最強(qiáng)3光合電子傳遞鏈

原初反應(yīng)使光系統(tǒng)的反應(yīng)中心發(fā)生電荷分離，產(chǎn)生的高能電子推動光合膜上電子傳遞。

電子傳遞的結(jié)果：引起水的裂解放氧和NADP+的還原建立跨膜質(zhì)子動力勢，啟動光合磷酸化，形成ATP電子傳遞

在葉綠體類囊體上的光合鏈進(jìn)行

光合鏈：定位在光合膜上，由多個電子傳遞體組成的電子傳遞軌道。光合磷酸化

指在光合作用過程中，將水光解產(chǎn)生的電子經(jīng)電子傳遞鏈所釋放的能量，儲存在由

ADP磷酸化形成的高能磷酸鍵的過程。

卡爾文循環(huán)：植物利用光反應(yīng)中形成的ATP、NADPH將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岜堑膹?fù)雜生化反應(yīng)。

類型：根據(jù)最初產(chǎn)物碳原子數(shù)目及碳代謝特點(diǎn)分為：

C3途徑

C4途徑

CAM途徑4.5.3碳反應(yīng)1、光合碳還原循環(huán)C3途徑：CO2的固定（羧化階段）；氧化還原反應(yīng)；RuBP的再生6PGA6GAP輸出1分子GAP（細(xì)胞質(zhì)中）5GAP3RuBP固定還原再生3－磷酸甘油酸甘油醛－3－磷酸核酮糖－1,5－二磷酸羧化階段：

指進(jìn)入葉綠體的CO2與受體RuBP結(jié)合，并水解產(chǎn)生PGA的過程.

3RuBP+3CO2+3H2O6PGA+6H+

RuBP：核酮糖－1,5－二磷酸

PGA：3－磷酸甘油酸還原階段：

指利用同化力將3－磷酸甘油酸還原為甘油醛－3－磷酸(GAP)

6PGA+6ATP+6NADPH+6H+

6GAP+6ADP+6NADP+

+6Pi再生階段：

指由甘油醛－3－磷酸重新形成RuBP過程。

5GAP＋3ATP+2H2O3RuBP+3ADP+2Pi+3H+

C4途徑玉米、高粱、甘蔗等近2000種植物C3植物光合細(xì)胞主要為葉肉細(xì)胞C4植物光合細(xì)胞有葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞強(qiáng)光、高溫、干燥條件光合速率C4植物大于C3植物葉肉細(xì)胞鞘細(xì)胞C3植物和C4植物

項(xiàng)目C3植物C4植物定義光合作用CO2固定的碳僅轉(zhuǎn)移到C3中的植物光合作用CO2固定的碳首先轉(zhuǎn)移到C4中，然后轉(zhuǎn)移到C3種的植物葉片結(jié)構(gòu)區(qū)別維管束鞘細(xì)胞不含葉綠體細(xì)胞比較大，含沒有基粒的葉綠體，數(shù)多、個體大葉肉細(xì)胞排列疏松，都含葉綠體含葉綠體，部分葉肉細(xì)胞與維管束鞘細(xì)胞共同圍繞著維管束

舉例小麥、水稻玉米、甘蔗4、影響光合作用因素

光

CO2

溫度

水分

礦質(zhì)營養(yǎng)第五章：細(xì)胞的分裂和分化5.1.1原核細(xì)胞以二分分裂增殖5.1

細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞周期細(xì)菌細(xì)胞分裂原核細(xì)胞分裂染色體復(fù)制時，細(xì)胞就長大。復(fù)制完成，細(xì)胞也長大了一倍時，質(zhì)膜就向內(nèi)陷，把細(xì)胞一分為二。細(xì)胞周期

1

概念

細(xì)胞從第一次分裂開始到第二次分裂開始，這段時間稱為一個細(xì)胞周期。（1）真核細(xì)胞周期：

真核“細(xì)胞周期”也稱“細(xì)胞分裂周期”，是指一個細(xì)胞經(jīng)生長、分裂而增殖成子細(xì)胞所經(jīng)歷的全過程，通常可分為若干階段，即G1期、S期、G2期和M期。通常細(xì)胞周期可以區(qū)分為：

G1期——

S期——

DNA合成期

G2期——

分裂期(M期)——

在這個階段可以在顯微鏡下看到細(xì)胞分裂過程。

間期細(xì)胞分裂周期2.2細(xì)胞周期不同時期的主要事件：

G1期：與DNA合成啟動相關(guān)，開始合成細(xì)胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質(zhì)去凝縮。

S期：DNA復(fù)制

G2期：DNA復(fù)制完成，在G2期合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和RNA分子。

M期：細(xì)胞分裂期有絲分裂——細(xì)胞核及染色體分裂胞質(zhì)分裂——細(xì)胞質(zhì)分裂3.有絲分裂3.1前期①染色質(zhì)凝縮;②分裂極確立與紡錘體開始形成;③核仁解體;④核膜消失。

光學(xué)顯微鏡下可以分辨的染色體，每條染色體包含2個染色單體。

有絲分裂前期染色體變化3.3中期（前中期、中期）

紡錘體微管與中心粒結(jié)合中期細(xì)胞變?yōu)榍蛐危旧w排列于赤道板3.4后期

姊妹染色體移向兩極，與此同時，細(xì)胞拉長，并由于赤道部細(xì)胞膜下方環(huán)行微絲束的活動，該部縮窄，細(xì)胞遂呈啞鈴形。（隨機(jī)取向）3.5末期

染色單體到達(dá)兩極并去凝縮，重新出現(xiàn)染色質(zhì)絲和核仁；核膜重組裝高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成4.胞質(zhì)分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝微絲構(gòu)成收縮環(huán)4.1動物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂4.2植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂細(xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開5.1.3有絲分裂過程中核被膜、紡錘絲、染色體都有變化細(xì)胞分裂前期，核纖層蛋白高度磷酸化而解體，導(dǎo)致核膜解體形成膜泡。末期時，核纖層蛋白發(fā)生去磷酸化作用而重新聚合并與膜泡結(jié)合，核膜孔也重新組成到心得核被膜上。最后，分散的核被膜重新融合為一。（一）核被膜的裂解與再生構(gòu)成紡錘體的纖維是由成束的微管和與微管相結(jié)合的蛋白質(zhì)組成的。極纖維和動粒纖維（二）紡錘體的形成前期：動粒出現(xiàn)，紡錘體形成。中期：染色體位于赤道板上。后期：著絲粒分裂染色體向兩極移動。（三）染色體的行為秋水仙素：破壞微管的組成，因而阻止染色體移向兩極，結(jié)果形成多倍體細(xì)胞。各種細(xì)胞器的增生主要在有絲分裂之前的間期發(fā)生，以保證分裂產(chǎn)生的兩個新細(xì)胞均能獲得各種細(xì)胞器。有些細(xì)胞器子細(xì)胞必須從母細(xì)胞中獲得。例如？（四）細(xì)胞器的增殖細(xì)胞周期的檢控點(diǎn)。最重要的檢控點(diǎn)是？細(xì)胞周期的時鐘：G2檢控點(diǎn)上控制細(xì)胞周期的分子機(jī)制：周期蛋白和Cdk激酶5.1.4分子機(jī)制控制細(xì)胞周期（一）染色體的一般形態(tài)

染色體；著絲粒；主縊痕；端粒。5.1.5染色體（二）性染色體和常染色體

性染色體：決定性別的染色體。性染色體以外的染色體稱常染色體。（三）染色體數(shù)目

各種生物的染色體數(shù)目是恒定的。（四）染色體組型

不同生物有不同數(shù)目、不同形態(tài)和不同大小的染色體，即不同生物有不同的染色體組型。（五）染色體帶

Giemsa染色；G帶和R帶。各個染色體的帶型是穩(wěn)定的；不同的物種，染色體的帶型各有特點(diǎn)。5.2

減數(shù)分裂1

概念和意義概念：細(xì)胞進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。體細(xì)胞(雙倍體2n)

生殖細(xì)胞(單倍體n)意義：生物進(jìn)行有性生殖的基礎(chǔ)確保世代間遺傳的穩(wěn)定性增加變異機(jī)會，生物進(jìn)化與多樣性的基礎(chǔ)減數(shù)分裂可以分為兩個階段：

第一次減數(shù)分裂階段：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次。

第二次減數(shù)分裂階段：DNA不復(fù)制,細(xì)胞再分裂一次。

一是子細(xì)胞染色體數(shù)減半;

二是子細(xì)胞基因組合大為豐富。

2.2.4.1第一次分裂(分裂Ⅰ)第一次減數(shù)分裂（分裂Ⅰ）

細(xì)線期(leptotene)

偶線期(zygotene)

前期Ⅰ

粗線期(pachytene)

雙線期(diplotene)

終變期(diakinesis)

中期Ⅰ

后期Ⅰ

末期Ⅰ

減數(shù)分裂Ｉ（細(xì)線期、偶線期、粗線期）細(xì)線期偶線期粗線期減數(shù)分裂Ｉ（雙線期、終變期）雙線期終變期減數(shù)分裂Ｉ（中、后、末）前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ末期Ⅱ第二次分裂（分裂Ⅱ）2.2.4.2第二次分裂（分裂Ⅱ）

第二次分裂中，細(xì)胞核不再進(jìn)行DNA的復(fù)制和染色體的加倍，分裂過程與有絲分裂相同，分成前、中、后、末4個時期。

減數(shù)分裂II（間、前、中）前期II中期II減數(shù)分裂II（后、末、四分子）

同源染色體的分離與重新組合：

在第一次減數(shù)分裂中，還發(fā)生同源染色體配對，配對后還發(fā)生同源染色體之間的染色體交叉和基因重組。這使基因組合狀況更為復(fù)雜化。

同源染色體重組產(chǎn)生新的基因組合

有絲分裂與減數(shù)分裂特征比較

特征

有絲分裂

減數(shù)分裂分裂過程一次核分裂，細(xì)胞分裂一次，可分為前期、中期、后期、末期。前期無聯(lián)會，染色單體不交換，中期著絲點(diǎn)分離，染色單體分離兩次連續(xù)的核分裂，細(xì)胞分裂兩次，可分為前期IⅡ、中期IⅡ

、后期IⅡ

、末期IⅡ

。前期I較復(fù)雜，有聯(lián)會現(xiàn)象，染色單體交換。中期I著絲點(diǎn)不分離，染色單體不分離。中期Ⅱ著絲點(diǎn)才分裂，染色單體才分離分裂結(jié)果形成兩個子細(xì)胞

形成四個子細(xì)胞核相變化子細(xì)胞染色體為2N

子細(xì)胞染色體為N5.3個體發(fā)育中的細(xì)胞

1.細(xì)胞分化