第四章：能量代谢.pdf

第四章：能量代谢 生物体中的能量几乎都是来源于光和作用捕 获的太阳能。太阳能转换为化学能储存所合 成的生物分子中。通过生物氧化或细胞呼吸 可将化学能量释放出来用于生命活动。 4.1 代谢中的能量转移  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。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。  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。在体 内即使是可自发完成的反应也往往需要酶的参 与以加快反应。  在体内各种伴随能量转移的化学反应统一称为 代谢。  由小分子物质形成大分子物质的代谢叫做合成 代谢，反之叫做分解代谢。  合成代谢是吸能反应，所吸收的能量形成以化 学能的形式存在，而分解代谢则是放能反应， 将化学能释放出来。 代谢途径就像复杂电子线路图 4.1.1 氧化还原反应  体内代谢中的能量转移主要通过氧化还原反应 完成的。  氧化还原反应的实质是发生中氢及其电子从一 个化合物向另一个化合物的转移。 获得电子—还原反应；失去电子—氧化反应 4.1.2 递能载体  细胞的能量通货—ATP ， ATP含有高能的磷 酸键。  ATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出 能量： ATP+H O —— ADP+Pi 2 　G = -30.5 KJ/mol ATP  通过ATP提供能量，使一些需 能反应得以进行。 4.2 光合作用  光合作用是生物体吸收太阳能，转变为化学能 储存所合成的生物分子中的过程。  光合作用分为放氧光合作用和非放氧光合作用 两类：  放氧光合作用：藻类和绿色植物： 6CO +12H O→C H O +6H O+6O 2 2 6 12 6 2 2  非放氧光合作用： 紫硫细菌：CO +2H2S → （CH O)+H O+2S 2 2 2 氢细菌：CO +2H → （CH O)+H O 2 2 2 2 4.2.1 依赖光的反应  光合色素：包括叶绿素和类胡萝卜素。按功能 分：（1）吸收和传递光能的：天线色素；（2 ） 反应中心色素：参与光化学反应。  原初反应：天线色素吸收光能，传递到反应中 心。  电子传递和光合磷酸化：反应中心叶绿素以高 能电子的形式向下传递能量，所用电子来自水 的裂解。在电子传递过程中能量可用于合成 ATP和NADPH。 ATP和NADPH 的合成 4.2.2 碳同化反应  是利用ATP和NADPH提供的能量将CO2还原 为糖类的过程，其途径有卡尔文循环（C3途 径），C4途径和景天科酸代谢途径等3种。后 两者仍依赖卡尔文循环。 卡尔文循环 光反应 输入： CO2、 ATP 、 NADPH 卡尔文循环 输出：生 物分子 光呼吸  在炎热干旱时，植物为保持水分关闭气孔， CO 难以进入细胞，导致CO 浓度下降，O 浓 2