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第四章 呼吸作用与能量代谢 第一节 生命与能量 一、生物有序性与自由能 二、ATP的结构与功能 1、腺嘌呤核苷三磷酸(ATP) ATP的生成 2. ATP的生理功能 例：Ca2+的过膜运输 活细胞是一个微小的化学工业园 代谢途径就像复杂道路交通图 第二节 生物的呼吸作用 生物氧化--糖、脂、蛋白等有机物在活细胞内氧 化分解，并释放能量的过程。 一、无氧呼吸 2.发酵途径 人体细胞的呼吸过程 能量统计： TCA 三羧酸循环是 三大物质代谢的中心 电子传递链及结果 底物水平磷酸化 * * 生命与能量 生物的呼吸作用 生命活动需要能量 生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量。几乎所有地球生命所需要的能量都来自太阳。 生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的。 代谢是化学物质和能量的转化过程 自由能：一种能在恒温恒压下作功的能量。 G=H-TS G—自由能，H—热含量，T—绝对温度，S—熵 热力学第二定律：所有自发过程总是伴随自由能的降低，即熵的增加，系统的无序性增大！ 生物有序性 生物----开放系统，与环境进行物质与能量的交换 生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗争。 ATP ATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量 ATP + H2O —— ADP+Pi ?G = -33.44 KJ/mol NH2 ADP + P ATP 此过程称为磷酸化 若磷酸化所需能量来自化合物的氧化分解-----氧化磷酸化 若磷酸化所需能量来自光能-----光合磷酸化 细胞利用ATP完成各种工作 ATP是生物体内各种生化反应的直接能源 在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应 代谢是生物体内所有化学反应过程的总称 细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制和调节。 细胞呼吸---是生物体通过生物氧化获取化学能的过程。 有机化合物+O2→CO2+能量 不同于呼吸运动，但通常意义的呼吸运动与细胞呼吸是相互关联的。 生物氧化与化学氧化的区别: 生物氧化分步骤进行、温和、由酶催化、产生能量贮存在 ATP 中，能量利用率高。 1、糖酵解----由葡萄糖分解形成丙酮酸的一系列反应。 葡萄糖氧化的第一阶段。 乳酸或乙醇等 进入线粒体进一步氧化为CO2和H2O，释放更多能量 1）酒精发酵 糖酵解产生的丙酮酸最终生成酒精和二氧化碳 酵母、植物细胞（例：酿酒、劳糟） 2）乳酸发酵 糖酵解产生的丙酮酸最终生成乳酸 乳酸菌、高等动物细胞(例：泡菜、人剧烈运动) 慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳和水 快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳 丙酮酸 乙酰辅酶A+CO2+NADH + H+。 氧化脱羧 1）柠檬酸循环[三羧酸循环(TCA循环) 、Krebs循环] 是乙酰CoA脱羧、脱氢最终生成 CO2的过程 1分子丙酮酸经有氧呼吸可生成15个ATP，整个有氧代谢1分子葡萄糖可产生38个 ATP。 进入 二、.有氧呼吸(线粒体内) 柠檬酸循环是三大物质代谢的中心 1、电子传递链: 线粒体内膜上的一系列电子传递体组成，也称为呼吸链。 目前公认的氧化呼吸链传递电子的顺序是： 2、氧化磷酸化 由物质氧化释放能量，供给ADP磷酸化合成ATP的偶联反应称为氧化磷酸化。 底物（S）→NAD+→FMN→CoQ→Fe-S→Cytb→Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→1/2O2 2）电子传递和氧化磷酸化 糖酵解： 底物水平的磷酸化4个ATP，己糖活化消耗2个ATP， 脱氢反应产生2个NADH， 可得6或8个ATP Krebs循环： 底物水平的磷酸化2个ATP，脱氢反应产生8个NADH和2个FADH2， 可得30个ATP 1分子葡萄糖彻底氧化分解共得：36或38个ATP 再利用 丙酮酸+辅酶A（CoA） 葡萄糖 酵解 三羧酸循环