细胞呼吸.ppt

第四节第四节 细胞呼吸细胞呼吸 Antoine Lavoisie 动物体内有一个“燃动物体内有一个“燃烧”过程，这完全类烧”过程，这完全类似于一盏油灯或蜡烛似于一盏油灯或蜡烛中发生的故事。中发生的故事。补充实验补充实验 葡萄糖在体外葡萄糖在体外燃烧燃烧 葡萄糖在细胞内“燃烧”葡萄糖在细胞内“燃烧”相同之处相同之处 化学本质完全相同，均为氧化放能过程化学本质完全相同，均为氧化放能过程 不不同同之之外外 是否是否可控可控 不可控，能量不可控，能量瞬间释放瞬间释放 由酶调控，能量分步释放由酶调控，能量分步释放 能量能量转化转化 葡萄糖中的能葡萄糖中的能量转化为光能量转化为光能和热量和热量 葡萄糖中的能量大部分转化葡萄糖中的能量大部分转化为热能，小部分转化为为热能，小部分转化为ATP这种可以做功的自由能这种可以做功的自由能 产物产物种类种类 产物为二氧化产物为二氧化碳和水碳和水 有氧呼吸的产物为二氧化碳有氧呼吸的产物为二氧化碳和水；无氧呼吸的产物依不和水；无氧呼吸的产物依不同的生物种类而不同，如有同的生物种类而不同，如有的生物无氧呼吸产生乳酸，的生物无氧呼吸产生乳酸，有的生物无氧呼吸则产生二有的生物无氧呼吸则产生二氧化碳和酒精，或其它的有氧化碳和酒精，或其它的有机小分子。机小分子。细胞内细胞内 COCO2 2 呼吸作用（本质）呼吸作用（本质）O2 O2 呼吸（现象）呼吸（现象）呼吸器官呼吸器官 血液循环血液循环 血液循环血液循环 呼吸器官呼吸器官 COCO2 2 气体气体运输运输 前言前言 细胞呼吸（生物氧化）：细胞内进行的降糖细胞呼吸（生物氧化）：细胞内进行的降糖类等有机物分解成无机物或小分子有机物，类等有机物分解成无机物或小分子有机物，并释放出能量的过程。并释放出能量的过程。需氧呼吸需氧呼吸aerobic respiration细胞呼吸的细胞呼吸的主要方式主要方式 厌氧呼吸厌氧呼吸anaerobic respiration 细胞呼吸类型细胞呼吸类型 探究酵母菌的探究酵母菌的呼吸方式呼吸方式 线粒体线粒体 线粒体的结构线粒体的结构 外膜外膜 内膜内膜 基质基质 有氧呼吸的主要场所有氧呼吸的主要场所 嵴嵴 1。细胞呼吸与糖的氧化 1mol的的ATP每次水解释放每次水解释放30.54KJ 1mol的葡萄糖每次水解释放的葡萄糖每次水解释放2870KJ 100ATP1葡萄糖？葡萄糖？能量转化效率能量转化效率 41%能量变化能量变化 1mol葡萄糖转化葡萄糖转化30个个ATP 1161kJ 热量热量 1709kJ 哈登哈登 1929年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 把把磷酸盐磷酸盐加入溶加入溶液中，反应活性液中，反应活性会增加会增加 C6H12O6 C3H4O3 2ATP 2 NADH 第一阶段第一阶段糖酵解糖酵解glycolysisglycolysis 1 1、底物：、底物：1 1分子葡萄糖分子葡萄糖 产物：产物：2 2分子丙酮酸分子丙酮酸 2 2、耗能：、耗能：2 2分子分子ATPATP 产能：产能：4 4分子分子ATPATP，净生成，净生成2 2分子分子ATP ATP 3 3、细胞定位：细胞细胞定位：细胞溶胶溶胶 4 4、总反应：、总反应：C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O C6H12O6 丙酮酸丙酮酸 第一阶段第一阶段糖酵解糖酵解glycolysisglycolysis 糖酵解的化学历程糖酵解的化学历程 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸 2 丙酮酸丙酮酸 第第一一阶阶段段 第第二二阶阶段段 第第三三阶阶段段 葡萄糖葡萄糖 己糖磷酸酯的生成己糖磷酸酯的生成 丙糖磷酸的生成丙糖磷酸的生成 丙酮酸与丙酮酸与ATP的合成的合成 在鸽子肌肉细胞中加入在鸽子肌肉细胞中加入柠檬酸柠檬酸可以加快丙酮酸可以加快丙酮酸的氧化过程的氧化过程 第二阶段：柠檬酸循环第二阶段：柠檬酸循环citric acid cyclecitric acid cycle 丙酮酸丙酮酸 CO2 二碳化合物二碳化合物 丙酮酸+NAD+C2(乙酰辅酶A)+CO2+2NADH+2H+在鸽子肌肉细胞中在鸽子肌肉细胞中加入加入草酰乙酸后，草酰乙酸后，也可以加快丙酮酸也可以加快丙酮酸的氧化过程的氧化过程 2CO2 柠檬酸柠檬酸 丙酮酸丙酮酸 CO2 二碳化合物二碳化合物 草酰乙酸草酰乙酸 CO2 CO2 丙酮酸丙酮酸 CO2 二碳化合物二碳化合物 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 NADH FADH2 CO2 CO2 丙酮酸丙酮酸 CO2 二碳化合物二碳化合物 柠檬酸循环柠檬酸循环 C6H12O6 C3H4O3 2 2ATP NADH C6H12O6 C3H4O3 2 2ATP NADH C2化化合物合物 2ATP NADH FADH2 2CO2 CO2 1 1.需氧需氧 2 2.两次脱羧两次脱羧、四次脱氢四次脱氢（三次受体是三次受体是NADNAD，一一次是次是FADFAD）3 3.产生产生1 1分子分子GTPGTP 场所：线粒体基质场所：线粒体基质 丙酮酸丙酮酸+NAD+乙酰辅酶乙酰辅酶A+CO2+NADH+H+丙酮酸丙酮酸+NAD+FAD+H2O+GDP+Pi3CO2+4NADH+4H+GTP+FADH2 Mitchell 解释解释生物系统中生物系统中的能量转移过程。的能量转移过程。第三阶段：电子传递第三阶段：电子传递 1.代谢物脱下的成对氢原子代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶这一系列酶和辅酶称为称为电子传递链电子传递链又称又称呼吸链呼吸链。2.人体细胞线粒体内最重要的有两条人体细胞线粒体内最重要的有两条。电子传递链的概念和类型电子传递链的概念和类型 基质基质 外膜外膜 内膜内膜 膜间腔膜间腔 4 4 C6H12O6 C3H4O3 2 2ATP NADH C2化合物化合物 2ATP NADH FADH2 CO2 2CO2 H2O 26ATP 线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜 +-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图(1)烟酰胺核苷酸烟酰胺核苷酸 NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)，又叫辅酶，又叫辅酶，主要作为，主要作为电子传递链的一个组分，起递氢体作用；电子传递链的一个组分，起递氢体作用；NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amide Adenine Dinucleotide Phosphate)，又，又叫辅酶叫辅酶，主要在还原性生物合成中作为供氢体。，主要在还原性生物合成中作为供氢体。二者的递氢部位是二者的递氢部位是烟酰胺烟酰胺部分，为部分，为Vit PP。R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+和和NADP+的结构的结构 NAD+（NADP+）的递氢机制）的递氢机制（氧化型）（氧化型）NHCONH2R+H+H+eNHCONH2RH+H+NAD+/NADP+NADH/NADPH（还原型）（还原型）(2)黄素辅基黄素辅基 FMN：黄素单核苷酸：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)FMN和和FAD中中异咯嗪环异咯嗪环起起递氢体递氢体作用。作用。异咯嗪及核醇部分为异咯嗪及核醇部分为Vit B2（核黄素）。（核黄素）。CH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910FAD结构结构 FMN和和FAD递氢机制递氢机制 RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+2HFMNH2/FADH2（氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）The Nobel Prize in Chemistry 1997 for their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate(ATP)for the first discovery of an ion-transporting enzyme,Na+,K+-ATPase Paul D.Boyer John E.Walker Jens C.Skou 1/4 1/4 1/2 of the prize USA United Kingdom Denmark b.1918 b.1941 b.1918 葡萄糖完全氧化产生的葡萄糖完全氧化产生的ATP 酵解阶段：酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH 2 ATP 2 (3ATP或或2 ATP)三羧酸循环：三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH2 2 1 ATP 2 9 ATP 2 2ATP 丙酮酸氧化：丙酮酸氧化：2 1NADH 2 3 ATP 总计：总计：36 ATP 或或 38 ATP NADH氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 2.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。FADH2氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 1.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。总计：总计：30 ATP 或或 32 ATP 生物为什么要进行细胞呼吸？能量能量 ATPATP 生命活动的直生命活动的直接能量来源接能量来源 热量热量 丙酮酸的去路丙酮酸的去路 氧氧 丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A 柠檬酸循环柠檬酸循环 CO2 H2O CH3 C O COOH CH3 CHOH COOH 乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（LDHLDH）乳酸乳酸 NADH+H+NAD+丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶 醇脱氢酶醇脱氢酶 2。厌氧呼吸 C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP 人和动物、玉米的胚、马铃薯的块茎等、乳酸菌 C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP 葡萄、苹果等的果实、酵母菌 3。细胞呼吸是细胞代谢的中心 C6C6 糖酵解糖酵解 丙酮酸丙酮酸 2C2C 柠檬酸循环柠檬酸循环 电子传递链电子传递链 O2O2 H2OH2O ATPATP ATPATP ATPATP 脂肪脂肪 脂肪酸脂肪酸 甘油甘油 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸