清华大学普通生物学笔记第一章第四节
第1章第4节细胞代谢
能量通货ATP
一、ATP-腺苷三磷酸
腺嘌呤（碱基）-五碳核糖-3个磷酸基团——高能磷酸键
ATP-水解-ADP △H = 30.5 kJ/mol
二、ATP的形成方式
1. 底物水平磷酸化
2. 氧化磷酸化（多）
细胞如何获取能量
一、细胞代谢：物质与能量代谢
生物大分子的降解与合成；能量的转化
二、生物氧化——细胞呼吸：氧气存在下，有机物在细胞内被氧化成CO2 H2O，释放能量的过程。细胞通过该过程合成ATP。
总反应式：C6H12O6葡萄糖+ 6O2——> 6CO2 + 6H2O + 能量
四、特点
1. 发生在活细胞中，多种酶参与调控
2. 温和条件下进行（体温、生理pH）
3. 复杂氧化还原过程，包括质子、电子转移
4. 能量释放是逐步的，且以ATP形式储存、转移
生物氧化是细胞主要的获能方式
五、细胞呼吸的过程
1. 糖酵解
场所：细胞质基质
不需氧气
终产物：1葡萄糖——2丙酮酸+2A TP+2NADH（通过底物水平磷酸化生成ATP）
2. 丙酮酸氧化
场所：线粒体基质
不需氧气
终产物：1丙酮酸（脂肪）——1乙酰辅酶A（高能化合物，得到ATP或脂肪）+ 1NADH + CO2
3. 柠檬酸循环（三羧酸、KREBS循环）
终产物：1葡萄糖——4CO2 +2GTP+6NADH+2FADH2还原性高能
4. 电子传递与氧化磷酸化
场所：线粒体内膜上的可逆电子载体（电子传递链）
最终电子受体氧分子，结合氢离子形成水，释放的能量供给氢离子主动运输进入膜间腔
唯一的质子回流通道ATP合酶（头部朝向基质）利用质子势能差合成ATP
形成的ATP位于线粒体基质
总和：1葡萄糖=30个ATP
乙醇发酵与乳酸发酵
发酵作用：
无氧条件下有机物降解产生能量的途径
无氧条件下，酵母菌只有糖酵解，产生酒精
类似，植物的乙醇发酵；动物、乳酸菌乳酸发酵
生物大分子的合成
叶绿体与光系统
一、叶绿体的结构
卵圆形。类囊体、基粒、叶绿体基质、类囊体膜（上有光合色素、酶、电子传递链）叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素（提高光吸收效率）
二、光系统
1. 光吸收的功能单位
2. 叶绿素、类胡萝卜素、脂质、蛋白质组成的复合物
3. 位置：类囊体膜上
天线分子
反应中心叶绿素a吸收光能，天线分子（色素）传递光能
方向：从吸收短波向吸收长波的天线分子传递，叶绿素a吸收的是最长波长色素
光反应
一、位置：类囊体膜
三、光反应的具体过程
1. 原初反应：光合色素分子从被光激发至引起第一个化学反应的过程
光能吸收传递转化（光系统）
2. 电子传递与光合磷酸化
被激活的电子在电子传递体间传递，形成ATP、NADPH
电能——活跃化学能
水裂解、电子传递、NADP+还原
·光合磷酸化：光能驱动的电子传递、磷酸化作用偶联生成ATP过程
光系统II的作用（最大吸收波长680nm）
1. 光解水释放氧气
2. 将激活的高能电子送入电子传递链驱动ATP合成
光系统I的作用（最大吸收波长700nm）
推动NADPH的合成
原初电子供体：水；最终电子受体：NADP
光反应方程式：2H2O + 1NADP+ +8光子+3Pi ——O2 +2NADPH +2H+ +3ATP
（非）循环光合磷酸化
循环光合磷酸化的特点：
1. 光系统I独立完成
2. 仅形成ATP，不形成NADPH
3. 不释放氧气
当NADP缺乏时启动循环光合磷酸化
固碳反应
一、固碳反应：利用光反应产物ATP NADPH将二氧化碳还原生成糖的过程
二、场所：叶绿体基质
三、碳同化途径
1. 卡尔文循环：基本途径，可生成糖
2. C4途径
}只能固定浓缩转运二氧化碳，不可生成糖
3. 景天酸代谢途径
·卡尔文循环
1. 羧化阶段
2. 还原阶段
3. RuBP再生
卡尔文循环方程式：6CO2 +18ATP +12NADPH —— C6H12O6+12NADP++18ADP+18Pi
·线粒体与叶绿体的能量循环
C4与CAM（景天酸）途径
应用于热带亚热带地区的植物
（一）C4途径——特殊结构
1. 具体过程
CO2——HCO3- ——羧化作用（C4酸草酰乙酸）——去羧化作用卡尔文循环
CO2的捕获（叶肉细胞）与卡尔文循环（维管束鞘细胞）在空间上分割
2. 目的：减少蒸腾作用，节省CO2
（二）CAM（景天酸）途径
1. 特点
·CO2的捕获（叶肉细胞）与卡尔文循环（维管束鞘细胞）在时间上分离
·生长于季节性水分充足、极端干旱环境。气孔夜开日闭
2. 具体过程
夜晚CO2捕获于叶肉细胞，转化为草酰乙酸，进一步还原为苹果酸，储存于液泡；白天，有光时进行光反应。