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[理学]现代生物学导论 3 能量与代谢
生命活动的能量来源? 生命活动中的能量与代谢 能量物质的燃烧:有氧呼吸与无氧呼吸(发酵) 能量物质的燃烧:有氧呼吸与无氧呼吸(发酵) 发生在线粒体中。 分解丙酮酸形成2分子CO2、8个H,3分子NADH和1分子FADH2,及1分子ATP。 Krebs循环也是放能反应过程 1961年,英国科学家Mitchell提出化学渗透学说由此荣获1978年的诺贝尔奖。 ATP水解与gamma亚基旋转的耦合 ATP的产生 2.氧化磷酸化 ATP的产生 叶绿素 chlorophyll, a, b 胡萝卜素 carotenoids, 藻胆素 phycobilins 叶绿素叶绿素分子由碳和氮原子组成 卟啉环与叶醇侧链相连结 叶醇侧链插入到类囊体膜中 6.4 光系统与光反应 光系统 由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体等组成的单位称为光系统。 光反应由两个光系统及电子传递链来完成。 光合磷酸化 光合磷酸化指叶绿体在光作用下催化ADP +磷酸生成 ATP的过程 光合作用的原初过程 chl* + A chl+ + A- A被还原, chl被氧化 chl-+ + D chl + D+ D + A D+ + A- 光引起氧化还原反应,产生电荷分离 凡是在叶肉细胞中,通过卡尔文循环,将二氧化碳固定,生成富含能量的三碳化合物,甘油醛 3-磷酸(G3P)的植物,被称为C3植物大豆,燕麦,小麦,水稻 光反应 水的分解 (O2释放,NADPH生成) ATP合成 光子照射到某些生物分子 电子跃迁到更高的能量水平 激发态: 叶绿素分子是一种可以被可见光激发的色素分子,在光子驱动下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应。 光系统类型 人造光反应中心? C· + -PA-PB-QA-QB· - 光诱导: 光反应的调节 光活化的叶绿素分子可能变成具有强烈反应活性氧化自由基。 类胡萝卜素可以将其“淬灭” 其他色素分子也可以有淬灭作用。 受到酶的调节。 暗反应:CO2固定 三分子二磷酸核酮糖(15 C) --〉六分子 三磷酸甘油醛 (total of 18 C) 1分子产物 5分子再生为二磷酸核酮糖 3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH ? glyceraldehyde-3-phosphate + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP+ 开尔文循环 1:碳的固定 三羧酸循环特点 1) 乙酰辅酶A参于 2)丙酮酸脱羧产生1分子NADH 3) 2次脱羧, 产生2个C02 4)3次NAD+, 1次FAD+还原,产生3 分子NADH,1分子FADH 5)伴有一次底物磷酸化,产生1 分子ATP 6) 反应在线粒体基质中进行 丙酮酸脱氢酶复合物 NADH载有的能量如何被转化为ATP? 电子传递链与氧化磷酸化 化学渗透学说 当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时,电子能量逐步降低,脱下的H+质子便穿过膜从线粒体的基质进入到内膜外的腔中,造成跨膜的质子梯度(浓度差),导致化学渗透发生,即质子顺梯度从外腔经内膜通道(ATP合成酶)而返回到线粒体的基质中,所释放的能使ADP与磷酸结合生成ATP。 电子传递链:高能电子从NADH 和FADH2最终传递给分子氧,同时随着电子能量水平的逐步下降,高能电子所释放的化学能就通过磷酸化途径贮存到ATP分子中,每分子NADH产生3分子ATP 质子梯度驱动ATP的合成。ATP合成酶由暴露在线粒体基质中的F1单元、与膜结合的Fo单元组成 F1的三维空间结构。它由三个alpha、三个beta、一个gamma亚基构成 F1催化ATP合成的模型 由F1单元组成的分子马达:实验观察到ATP水解与gamma亚基旋转的耦合 F1单向旋转的模型 Fo与F1间的耦合(模型) 质子跨膜运动推动Fo的a亚基绕C12的转动 细胞“燃烧”一分子葡萄糖产生多少ATP? 葡萄糖中大约40-50%的能量被转化储存在ATP中,而汽车发动机只有15-25%转化为动能,细胞呼吸的产能效率高。 呼吸作用受到的调控:反馈调控 激素 --〉CAMP--〉 外部信号的调控作用 双功能酶 Cause of Pompe disease.....Pompe disease is caused by a complete or partial deficiency of the lysosomal enzyme, alpha-glucosidase. This enzyme is necessary to break down glycogen and to convert it into glucose. Without this enzyme, gly
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