普通生物学生命科学通论.ppt

第十讲生命体系中能量获得与转换 细胞代谢（p56~p85） 是生物体内所进行的全部物质和能的变化的总称 学习目的 1、理解有机体内能量的产生机制 2、理解酶的工作机制 3、了解细胞呼吸的几个过程，以及能量的产生情况 4、了解光合作用过程 一、生命和能 生物体是一个系统：自组织的、复杂的、有序的、开放的。。。 耗散结构 生物体是物质、能量和信息的平衡体，任何生命活动都包含着物质的转变、能量的转换和信息的传递。 热力学定律 能量（Energy）： 多种形式：光、电、化学、热、机械等 Energy is the ability to bring about change or to do work. 热力学第一定律：能量转化和守恒定律 。 热力学第二定律：开尔文叙述、克劳修斯叙述。 一个系统中的各种自发过程总是朝着熵增大的方向进行的。 万物皆走向衰退。 细胞和生物体是和外界环境紧密联系的开放系统。 自由能、热能 ds=des+dis ds:细胞和生物体的全部熵值变化 des:熵流=0 dis:熵产生=0 ds0:系统有序化程度下降，细胞和生物体走向死亡 ds0:系统向更有序化发展，细胞和生物体生长和进化 耗散结构:(dissipative structure) 生命体需要消耗能量，这些能量使得生命产生出远离平衡态的结构，这种称为耗散结构 。 生命体可以定以为一个通过不断汲取外部能量来维持甚至扩展其有序结构的系统。 生活细胞和生物体是通过使环境中的熵增加，或者说从环境中吸收负熵，来抵消体内熵的增长。 贝纳尔不稳定性（Benard instability） 别洛索夫-扎鲍京斯基反应(Belousov-Zhabotinskii reaction) 生命体系中的能量大部分直接、间接来自太阳 在细胞和生物体的能的转换中起重要作用的是化学能，其中ATP充当各种类型能的转换中的媒介物。 二、化学平衡 自发反应（spontaneous reaction）: 自然界存在的一种不需要从外部供能就可发生的反应。通常都是不可逆的。如发酵 可逆反应(reversible reaction) 反应同时向2个相反的方向进行 三、酶（Enzymes） 1、定义 酶是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂。 广泛存在于各种细胞中，催化细胞生长、代谢等生命过程中几乎所有的化学反应。 细胞内合成的酶主要是在细胞内起催化作用，也有些酶合成后释入血液或消化道，并在那里发挥其催化作用，人工提取的酶在合适的条件下也可在试管中对其特殊底物起催化作用。 细胞产物；细胞内外都能发挥催化作用；蛋白质 2、酶促反应的特点 (1)具有一般催化剂的性质 加速化学反应的进行，而其本身在反应前后没有质和量的改变，不影响反应的方向，不改变反应的平衡常数 (2)具极高的催化效率 　　一般而论，酶促反应速度比非催化反应高107~20倍，例如，反应 H2O2+H2O2→2H2O+O2 　　在无催化剂时，需活化能18，000卡/克分子；胶体钯存在时，需活化能11，700卡/克分子；有过氧化氢酶存在时，仅需活化能2，000卡/克分子以下。 （3）高度的专一性 　　一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。 酶对底物的专一性通常分为以下几种： 　a、绝对特异性(absolute specificity) 　一种酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，如脲酶，只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。  　 b、相对特异性(relative specificity) 　一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类；磷酸酶对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。 　C、立体异构特异性(stereospecificity) 　一种酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性或特异性。如α-淀粉酶只能水解淀粉中α-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的β-1，4-糖苷键；L-乳酸脱氢酶的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。酶的立体异构特异性表明，酶与底物的结合，至少存在三个结合点。 　（3）酶活性的可调节性 　酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保