第一节 生物体的能量、光合作用与 自养生物 第二节 生物代谢、生物催化剂-酶 第三节 细胞呼吸 第四节 蛋白质代谢,第四章 能量与代谢,万物生长靠太阳！,第一节 生物体的能量,第一节,一、生命活动需要能量,生命的活动和维持需要消耗能量, 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.P92,直接转化太阳能获得能量,含叶绿素、光合作用：光合细菌、藻类、绿色植物。生产者,不能直接转化太阳能获得能量，从其它生物获得,不能光合作用：动物、微生物、少数植物。消费者,浮游藻,光合作用与自养生物,第五节,植物捕获和利用太阳能，将无机物（CO2和H2O）合成为有机物，并放出氧气，即将太阳能转化为化学能并贮存在葡萄糖和其他有机分子中，这一过程称为光合作用,10 Nobel Prizes,第五节,第五节,C4植物（甘蔗） 与C3植物（大豆）叶片的解剖结构比较,第五节,整个光合作用被分为光反应和暗反应两大部,光反应发生在类囊体膜上暗反应发生在叶绿体的基质中,第五节,光反应与ATP的形成,非环路光合磷酸化 环路光合磷酸化,第五节,暗反应是一种不断消耗ATP和NADPH并固定CO2形成葡萄糖的循环反应，又被称为Calvin循环。,暗反应与葡萄糖的形成,第一节,细胞呼吸与光合作用为细胞代谢提供能量,代谢,异化作用,同化作用,物质能量代谢偶联,第一节,在活细胞中，能量通常以化学键能的形式贮存在腺嘌呤核苷三磷酸（ATP，也称腺苷三磷酸或三磷酸腺苷）,三、细胞的能量通货ATP,通货,第一节,ATP作为细胞中能量的通货是如何工作的呢？细胞内ATP水解的放能反应往往在特定酶的帮助下直接与某些吸能反应相偶联。在生物体中，ATP不断地消耗和再生，维持着生命的高度有序状态。,ATP 水解的放能反应与吸能反应相偶联,“世界第九大奇迹 ”,新西兰北岛一个小城,囊萤映雪,车胤,第一节,萤火虫是如何发光的？,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ELH2-AMP在氧气存在时可释放出能量，并以荧光的形式发射出来：,利用ATP,ATP + E-LH ELH2-AMP + Pi ELH2-AMP + O2 E-P + CO2+ hu (荧光）,新陈代谢简称代谢，是生物体内所有生物化学反应和能量转换过程的总称。代谢也是生命最基本的特征之一。 在细胞这个微小的体系中，物质代谢总是伴随着能量的转化。细胞利用呼吸作用放出的能量（ATP）完成各种各样的工作。 我们可以把活细胞看作是一个微小化学工业园。在这个化学工业园中发生着各种称之为生物代谢的化学反应。,第三节 生物代谢,第三节,一、活细胞是一个微小的化学工业园,生物代谢的作用包括： （1）从环境和不同器官部位获得营养物质，又将代谢废物和热输出到环境中。 （2）将营养物质分解成自身代谢需要的有机化合物分子或组成生物大分子的前体分子或构件。 （3）合成细胞内的生物大分子（生物聚合物）。 （4）为生命活动提供能量。 （5）细胞核中的遗传物质（基因）最终对各种反应起控制作用，细胞核类似于一个控制中心。 生物代谢是发生在生物体内全部的化学物质变化和能量转化过程，是生命区别于非生命的基本特征之一。,第三节,第二节,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。,长期的进化过程中，生物体获得了对生物代谢精密的调控机制。酶的调节是其中最基本的代谢调节。,酶的作用就在于通过和反应物结合成中间产物，从而降低这部分能量，来提高反应的速率。,第二节,酶的催化作用机制,酶可以降低化学反应所需要的活化能,酶与反应物结合成中间产物,第二节,三、影响酶活性的因素,高温、低温保营养、鲜,第四节 细胞呼吸,一、细胞呼吸产生能量,第四节,细胞呼吸：生物细胞消耗氧气来分解“食物分子”并获得能量的过程。 呼吸运动：通过口腔或鼻腔将O2吸入到肺部再呼出CO2的过程。 通常意义的呼吸与细胞呼吸是相互关联的。,细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径。 细胞呼吸是一种氧化反应，细胞呼吸与汽油燃烧本质上都是氧化有机质产生能量：有机化合物 + O2 CO2 + 能量 细胞呼吸消耗的“燃料”可包括糖类、脂肪、蛋白质等多种“食物分子”。 细胞呼吸是在复杂的细胞体系中（主要在线粒体中）进行的，在温和条件和酶的参与和调控下，能量逐步按需释放，没有剧烈的发光发热现象，细胞呼吸能量的转化和利用效率很高。,返回,第四节,细胞呼吸与汽油燃烧本质上都是氧化有机质产生能量.,第四节,有氧条件下，酵母细胞可以消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳。 缺氧条件下，酵母菌将葡萄汁中的葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳。,有氧条件和缺氧条件下，葡萄糖等“食物分子”在生物细胞中产生能量的情况是不一样的。,第四节,慢跑，细胞消耗氧气来分解葡萄糖并获得能量，同时产生二氧化碳和水；快跑，细胞将葡萄糖分解成乳酸。,第四节,1分子葡萄糖彻底氧化分解所形成的能量统计,第四节,生物大分子需要经过消化作用生成单体小分子的葡萄糖、氨基酸或脂肪酸等。 消化作用常常发生在细胞外，而不是在细胞质内，它是一种在酶作用下的水解过程。 蛋白质和脂肪消化水解后的氨基酸与脂肪酸也都可以经过氧化分解为细胞提供能量。 氨基酸经过脱氨变成有机酸，脂肪酸可以与辅酶A结合氧化生成乙酰辅酶A而进入Krebs循环，甘油则可以转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程。 “食物分子”的分解又为生物大分子的合成及细胞、组织和生物体的组成提供原料。,四、其他营养物质的氧化分解和代谢,人为什么要吃？,1015,75,嘌呤、嘧啶、磷脂、卟啉、辅酶等,豆类、花生、肉类、乳类、蛋类、鱼虾类,双汇：减肥，我们更专业。 蒙牛：治便秘，我们更专业。 中食油：挖地沟，我们更专业。 印染厂：做馒头，我们更专业。,健美猪,瘦肉精！,牛奶里面添加三聚氰胺是为了冒充蛋白质，提高蛋白质含量，从而让兑了水的牛奶骗过检验部门，谋取更多的利润。,鸡蛋里为什么还会有三聚氰胺？,人类的生长发育离不开蛋白质，缺乏蛋白会导致人体生长发育迟缓等诸多营养缺乏症状，动物的生长发育亦是如此,氮平衡,氮总平衡：摄入氮 排出氮 健康成年人氮正平衡：摄入氮 排出氮 儿童、孕妇、恢复期病人氮负平衡：摄入氮 排出氮 长期饥饿、消耗性疾病等,通过氮平衡反映机体蛋白质代谢概况 1g 氮 = 6.25g 蛋白质, 最低生理需要量：3050g, 营养学会推荐的需要量：7080g,蛋白质的生理需要量,蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值取决于组成蛋白质的必需氨基酸的种类、含量和比例。 必需氨基酸：体内需要而自身又不能合成，必须由食物提供的氨基酸,异亮氨酸(Ile)、甲硫氨酸(Met)、缬氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、 色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)、苏氨酸(Thr)、赖氨酸(Lys),食物蛋白质的互补作用,概念：将不同种类的蛋白质混合食用，互相补充所缺少的必需氨基酸，而提高蛋白质营养价值,蛋白质,胃蛋白酶,多肽,胰酶,肠激酶,(+),寡肽 (氨基酸),氨基酸,氨基肽酶 二肽酶,蛋白质的消化,蛋白质的腐败作用,未被消化蛋白质 未被吸收氨基酸,肠道细菌,产生一系列的物质,胺类、酚类、吲哚、 硫化氢、氨、甲烷,氨 基 酸 代 谢 库,食物蛋白质,消化吸收,组织蛋白质,分解,体内合成 非必需氨基酸,合成,组织蛋白,一般代谢,脱氨,脱羧,-酮酸,胺类,特殊代谢,其他含氮化合物,氨基酸代谢概况,氨的代谢,（一）氨的来源和去路,氨基酸脱氨基,胺类氧化,肠道吸收,合成非必需氨基酸 嘌呤、嘧啶,合成尿素,氨,合成谷氨酰胺, 血中尿素扩散到肠管水解产生的氨,肠道PH，NH4+NH3，肠道氨吸收,高血氨病人禁用碱性肥皂液灌肠, 蛋白质的腐败作用产生的氨,肠管吸收的氨,肝硬化腹水病人，不宜使用碱性利尿药,氨,脑 肌肉,谷氨酰胺,肝,肾,氨,尿素,氨,H+,NH4+,随尿排泄,大脑与谷氨酰胺的代谢,意义：谷 氨酰胺可以作为脑内固氨、运氨及解除氨毒的形式,肝脏与氨代谢尿素合成的意义,合成部位：线粒体、胞液 氨的来源：游离氨、天冬氨酸提供氨 耗能：3ATP（4个高能磷酸键） 意义：是肝脏解除氨毒的主要方式,高血氨和氨中毒,5-羟色胺代谢与抗衰老,5-羟色胺（5-HT）,组胺代谢与支气管病,多胺与蛋白质合成,促进核酸蛋白质的生物合成，利于组织增生,一碳单位氨基酸与核酸合成,甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、甲硫氨酸,载体：不能游离存在，与四氢叶酸（FH4）结合转运,一碳单位代谢过程,甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、甲硫氨酸,被四氢叶酸（FH4）结合携带,一碳单位,用于嘌呤和嘧啶碱的合成,来源,去路,载体,苯丙氨酸、酪氨酸代谢,苯丙氨酸,酪氨酸,甲状腺激素,黑色素,儿茶酚胺,氧化分解,苯丙酮酸,苯丙氨酸羟化为酪氨酸,苯丙酮酸尿症,苯丙氨酸,苯丙氨酸羟化酶,酪氨酸,苯丙酮酸,转氨基,苯丙酮酸尿症（PKU）,对中枢神经系统有毒性,智力发育障碍,缺乏,含有蛋白质的饮食都要受到控制，连大米白面都不能随便吃,PKU患者,智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。,专家估算，我国每年大约出生2100万名新生儿，这其中大约有2000名PKU孩子出生。,酪氨酸转变为甲状腺素,促进物质代谢、机体生长发育,甲状腺素缺乏，引起呆小症,酪氨酸转变为黑色素白化病,先天性缺乏,白化病,黑色素合成障碍,酪氨酸酶,皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素,白化病,白化病遍及全世界，总发病率为1/100001/20000。对白化病目前尚无有效的治疗方法，因此应以预防为主。禁止近亲结婚是重要的预防措施之一。,酪氨酸转变为儿茶酚胺帕金森病,（DOPA）,（DA）,（NE）,（E）,什么是巴金森症？ 巴金森氏病是一种较常在老年人出现的疾病，发病年龄以五十至七十九岁最常見；如果在四十岁前就发病，便称之为早发型巴金森氏病。 巴金森症是一种慢性的中枢神经系统失调。它的产生是因为大脑中控制人体行动的基底核缺少了传送行动的化学物质-多巴胺所引起的。 人体脑內需要多巴胺来指挥肌肉的活动；缺乏足够的多巴胺就产生各种活动障碍。当多巴胺的分泌减少80%时，巴金森病的症状就会显现；不过，每个患者的病情变化和特性有很大的差异。,现在全世界有帕金森病患者400万，我国有170万人，55岁以上人群中帕金森病患病率近1，且年龄越大患病几率越高。,