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05 能量与代谢.ppt

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本课件用热力学第一、第二定律解释生命体内的能量转换,说明ATP作为细胞能量通货的偶联机制,分析酶的催化原理与温度、pH、抑制剂、反馈抑制等影响因素。并说明温度、pH、辅助因子与反馈抑制对酶活性的调节。

能量与代谢章节目录页,列出本章各小节标题与内容框架
生物体的能量,生物体的能量生命活动需要能量代谢是化学物质和能量的转化过程生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量。
热力学定律,热力学第一定律即能量守恒定律宇宙的能量是一个常数,能量可以不断被转化和转移,但不可能被创造,也不可能被消灭。
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第1页:能量与代谢目录

  • 5.1 生物体的能量
  • 5.2 热力学定律
  • 5.3 细胞的能量通货——ATP
  • 5.4 酶促反应
  • 5.5 影响酶活性的因素
  • 5.6 生物代谢

第2页:生物体的能量

  • 5.1 生物体的能量生命活动需要能量代谢是化学物质和能量的转化过程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。
  • 自养生物与异养生物生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的

第3页:热力学定律

  • 热力学第一定律即能量守恒定律宇宙的能量是一个常数,能量可以不断被转化和转移,但不可能被创造,也不可能被消灭。
  • 5.2 热力学定律热力学第一定律

第4页:以 S 表示

热力学将不能做功的随机和无序状态的能
定义为熵,以 S 表示。宇宙或系统的各种过程总是向着熵增大的方向进行。热力学第二定律。

第5页:焓、熵与自由能

  • 热力学将系统中总的热量称为焓,以 H 表示。
  • 在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那一部分能量为自由能,以 G 表示。
  • 当熵增加时,系统的自由能便会下降,因此有: DG=DH-TDS( T 为绝对温度)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。
  • 热力学第二定律

第6页:化学平衡与自由能变化

  • 物理和化学过程达到平衡时,即达到系统的自由能最小而熵最大。
  • 放能反应和吸能反应

第7页:放能反应与吸能反应

  • 在一个反应中,如果产物比反应物含有更少的自由能,这个反应便趋向于自发地进行。
  • 自发反应可释放自由能,称为放能反应。
  • 需从外界输入自由能才能进行的反应称为吸能反应

第8页:细胞的能量通货——ATP

5.3 细胞的能量通货——ATP 在活细胞中,能量贮存在腺嘌呤核苷三磷酸( ATP)中 ATPATP 水解时,一个高能磷酸键断裂同时释放出能量 ATP+H2 O——> ADP+Pi G =-30.5 KJ/mol NH2

第9页:放能反应和 ATP 的合成相偶联

  • ATP 作为细胞能量的通货是如何工作的?
  • 放能反应和 ATP 的合成相偶联,吸能反应和 ATP 的分解相偶联。

第10页:萤火虫发光与ATP

发光细胞有荧光素酶( E-LH),酶促反应使 ATP 与 E-LH 先偶联,偶联的高能中间产物 E~LH2-AMP 在氧气存在时可释放出能量,并以荧光的形式发射出来: ATP+E-LHE~LH2-AMP+Pi E~LH2-AMP+O2 E-P+CO2+h 仲夏的夜晚萤火虫如何利用 ATP 来发光?

第11页:酶促反应

热力学原理只能帮助我们预测一个反应能否发生,却不能告诉我们反应的速度有多快酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂绝大多数的酶都是蛋白质酶在常温、常压、中性 p H 的温和条件下具有很高的催化效率 5.4 酶促反应酶是具有催化作用的蛋白质

第12页:化学键能障活化能酶

化学键能障活化能酶的催化作用机理酶可以降低活化一个反应所需要的能量

第13页:酶促反应

酶+底物酶-底物复合物酶+产物 E + SE-SE + P 酶与底物结合降低反应的活化能

第14页:特殊的三维空间结构和构象酶

特殊的三维空间结构和构象酶的活性位点或酶的活性中心钥匙和锁诱导契合酶的活性位点“柔性学说”酶的特异性(专一性)

第15页:影响酶活性的因素

5.5 影响酶活性的因素温度的影响

第16页:pH对酶活性的影响

p H 的影响

第17页:影响酶活性的因素

辅助因子的作用无机金属离子——辅助因子有机化合物——辅酶——递 H+或递电子 NADP+和 FAD 的递 H+和递电子作用

第18页:酶的抑制剂可逆

酶的抑制剂可逆与不可逆抑制剂竞争性与非竞争性抑制剂

第19页:反馈抑制酶促反应在细胞中往往不

反馈抑制酶促反应在细胞中往往不是独立发生的在代谢过程中局部反应对催化该反应的酶所起的抑制作用,称为反馈抑制细胞自行调节其代谢的一种机制维持细胞稳态的重要机制

第20页:生物代谢

5.5 生物代谢活细胞是一个微小的化学工业园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代谢—酶控制下的化学反应和能量转化细胞不是一个装满了各种酶和底物的口袋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。

第21页:细胞利用ATP完成各种工作

细胞利用能量( ATP)完成各种工作

第22页:代谢途径就像复杂道路交通图

代谢途径就像复杂道路交通图

第23页:生物代谢

  • 1853 年,法国科学家 Tour——正在发酵的啤酒含有酵母菌同年,德国科学家 Schwann——酵母菌在酒发酵中的关键作用巴斯德( Pasteur)与生物发酵科学界的排斥——o 现代化学之父 Lavoiser 坚持发酵只是一种简单的化学反应,即: C6 H12 O62 C2 H5 OH + 2 CO2o Liebig 的嘲笑不公正地解雇 1854 年“巴斯德消毒法”。
  • 酵母菌的大量繁殖实验——酵母菌的代谢活动是发酵的最重要因素。
  • 细胞体外的发酵也必须要有酶的参与

第24页:本章摘要

  • 生命活动需要能量,代谢是发生在生物体内的化学物质和能量的转化过程。
  • 生命活动符合热力学第一定律和热力学第二定律。
  • 生命依靠不断地输入能量维持高度有序的整体。
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