细胞的能量转换共29页文档
细胞生物学_06细胞的能量转换
⒊氧化磷酸化作用与电子传递的偶联
当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形
成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP，这一过
程称为氧化磷酸化。
NADH呼吸链生成ATP的3个部位是：①NADH 至辅酶Q；②细胞色素b至细胞色素c；③细胞色 素aa3至氧之间。但FADH2呼吸链只生成2个ATP 分子。
三、线粒体的功能
线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化，合成 ATP，为细胞生命活动提供直接能量。 线粒体是糖、脂肪、和氨基酸最终释能的场所。 糖和脂肪等营养物质在细胞质中经过酵解作用
产生丙酮酸和脂肪酸。这些物质选择性地从细胞质
进入线粒体基质中，经过一系列分解代谢形成乙酰
CoA，即可进入三羧酸循环。
三羧酸循环脱下来的氢经线粒体内膜上的电子 传递链（呼吸链），最后传递给氧，生成水。
其意义：提供了氧化反 应所需的氢离子，通过 递氢体NAD+ 、 FAD将其 传递到呼吸链→氧化磷 酸化 。
-酮戊二酸 NADH2 2 NAD
NADH2
三羧酸循环开始。 总反应式：
2乙酰辅酶A+6NAD++2FAD++2ADP+2Pi+6H2O
4CO2+6NADH+6H++2FADH2+2辅酶A+2ATP
糖酵解
在细胞质中， 脂肪和葡萄糖 降解生成丙酮 酸进入线粒体 基质
三羧酸循环
在线粒体基质中，在丙酮脱氢酶体系作用下，丙酮酸进 一步分解为乙酰辅 酶A，NAD+作为受氢体被还原。 丙酮酸+辅酶A+2NAD+ 2乙酰辅酶A+CO2+2NADH+2H+ 乙酰辅酶A与草酰乙酸结合生成柠檬酸
细胞的能量转换
H+
ATP F0F1 ATP酶
H+
化学渗透假说原理示意图
线粒体内膜
氧化
磷酸化
__________
NADH+H+ 2H+ ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ H2 O 2 e2H+ 4H+ 2H+
高 质 子 浓 度
质子流
2H+
氧化磷酸化偶联
-0.4
E0/V
NADH
FMN Fe-S 复合体 I NADH 脱氢酶
-0.2
0
琥珀酸等
FMN
Fe-S
CoQ Cyt b Fe-S Cyt c1 复合物 III 细胞色素C 还原酶
0.2
复合物 II 琥珀酸-辅酶Q还 原酶
0.4
Cyt c
0.6 Cyt aa3
电子传递链标准氧化还原自由能变化
Ⅲ
280 000
Ⅳ
细胞色素C氧化酶
200 000
线粒体电子传递链组分
电子传递和氧化磷酸化结构基础
2.ATP合酶复合体：线粒体内膜(包括嵴) 内表面的基粒是将呼吸链电子传递过程 中释放的能量用于使ADP磷酸化生成ATP 的关键装臵，是由多种多肽构成的复合 体，其化学本质是ATP合酶复合体(ATP synthase complex)，也称F0FlATP合酶。 其结构包括：头部、柄部和基片。
5.反应过程中需要H2O的参与。
细 胞 能 量 转 换 分 子
“能量货币”
第二节细胞的能量转换
细胞生物学 第6章 细胞的能量转换：线粒体和叶绿体 图文
3、膜间隙(intermembrane space)
• 宽6-8nm，含大量可溶性酶、底物和 辅助因子
• 标志酶为腺苷酸激酶，催化ATP分子 的末端磷酸基团转移到AMP
4、基质（matrix）
• 除糖酵解外，其它参与生物氧化的酶均在线 粒体基质中：TCA循环、脂肪酸和丙酮酸氧 化的酶。标志酶为苹果酸脱氢酶。
• 通透性低，仅让不带电荷小分子通过，大 分子和离子通过内膜需特殊转运系统。
• 内膜向基质褶入形成嵴(cristae)，嵴多 呈板层状，也有少数呈管状。
• 嵴上有基粒，基粒由头部(F1)和嵌入内膜 的基部(F0)构成。
板层状结构
管状嵴线粒体
• 内膜具丰富的蛋白质和酶类，主要有参与 氧化磷酸化电子传递的蛋白质复合体及 ATP合成的酶类，以及其它一些参与物质 运输与合成的酶类。
第六章 细胞的能量转换： 线粒体和叶绿体
Chapter Seven Mitochondria and
Chloroplast
第一节 线粒体与氧化磷酸化
• 线粒体被称为细胞内的能量工厂。人体内 的细胞每天要合成几千克的ATP，95%是 由线粒体通过氧化磷酸化机制所产生。
一、线粒体的形态结构
• （一）形态和分布 • 1.形态：一般呈粒状或杆状，也有环
• 含一套完整的转录和翻译体系：mtDNA， 70S核糖体，tRNA 、rRNA、DN是细胞进行生物氧化的主要场所，糖类、脂 肪和氨基酸最终的氧化均发生在线粒体。并 将氧化与磷酸化偶联，合成ATP
• 具体过程：物质先在胞质中经一系列降解形 成丙酮酸和脂肪酸，进入线粒体，再经一系 列分解形成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环。
• 线粒体内α酮戊二酸的补充：在转氨酶作用 下，由谷氨酸与草酰乙酸进行转氨基反应， 生成α酮戊二酸和天冬氨酸。
第八章细胞的能量转换
上页 下页 返回 结束
氧化磷酸化：
高能电子在电子传递过程中
释放出的能量被F0F1ATP酶复合体 底物水平磷酸化：
用来催化 ADP磷酸化而合成 ATP， 由高能底物水解放能，
称为氧化磷酸化。
直接将高能磷酸链从底物
转移到ADP上，使 ADP磷酸化
生成 ATP的作用，称为
底物水平磷酸化。
12H 12H++12e-（经呼吸链传递） 同时： 12H+ + 6O2- 6H2O 所以终反应式：C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量
功能
线粒体 —— 细胞呼吸 —— ATP的产生
上页 下页 返回 结束
细胞呼吸的最终反应式：
C6H12O6+6O2- 6CO2+6H2O+能量
与燃烧反应相比：化学反应相同 终产物相同 能量相等。
燃烧反应只有能量释放， 没有ATP的形成。
上页 下页 返回 结束
想一想，你每天的活动需要多少能量？
你
看
上页 下页 返回 结束
呼吸链(电子传递链)
呼吸链的本 质是线粒体 内膜上的些 氧化还原酶 系，可进行 一系列氧化 还原反应， 完成电子的 传递和能量 的释放。
上页 下页 返回 结束
呼吸链（respiratory chain) ： 线粒体内膜上一系列氢载体和电子载体蛋白， 它们在内膜上有序地排列成相互关联的链状，
以
葡萄糖
葡 萄 糖
NAD NADH2
丙酮酸
NAD
糖酵解
为
CO2
例
NADH2
，
乙酰辅酶A的形成
介
绍
乙酰辅酶A
细胞的能量转换(共132张PPT)
线粒体的TEM照片
肌细胞和精子的尾部聚集较多的线粒 体， 以提供能量
线粒体包围着脂肪滴，内有大量要被氧化的脂肪
1.1.2 线粒体的超微结构
两层单位膜套叠而Biblioteka 的囊状结构〔外膜5～7nm ；内膜6nm〕；
外膜 内膜
膜间隙
内室 嵴 根本微粒〔基粒〕
线粒体超微结构
〔1〕外膜 (out membrane)
42条肽链组成，呈L型，含有一个FMN和
至少6个铁硫蛋白，分子量接近1MD，以
二聚体形式存在。
作用：是催化NADH的2个电子传递至辅酶
Q，同时将4个质子由线粒体基质〔M侧〕
转移至膜间隙〔C侧〕。电子传递的方向为：
总的反响结果为：
NADH→FMN→Fe-S→Q
NADH + 5H+〔M〕 + Q→NAD+ + QH2 + 4H+〔C〕
FAD ( flavin adenine dinucleotide)的分子结构
细胞色素
分子中含有血红素铁，以共价形式与蛋白结合，通Fe3+、Fe2+形式变化传递电子，呼吸链中 有5类，即：细胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有铜原子。
血红素c的结构
辅酶Q〔泛醌〕
脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和复原传递电子。
电子传递链与电子传递
琥珀酸 FAD
Fe-S
NADH FMN Fe-S CoQ Cytb Fe-S Cytc1
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
ATP
Cytc Cytaa3
ADP+Pi
ATP
〔四〕ATP形成机制——氧化磷酸化
细胞能量的转换
细胞的能量转换——线粒体和叶绿体学习方法归纳：第一、认识细胞生物学课程的重要性，正如原子是物理性质的最小单位，分子是化学性质的最小单位，细胞是生命的基本单位。
50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家，可见细胞生物学的重要性。
如果你将来打算从事生物学相关的工作，学好细胞生物学能加深你对生命的理解。
第二、明确细胞生物学的研究内容，即：结构、功能、生活史。
生物的结构与功能是相适应的，每一种结构都有特定的功能，每一种功能的实现都需要特定的物质基础。
如肌肉可以收缩、那么动力是谁提供的、能量从何而来的？第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。
一方面每一个层次的结构都有特定的功能，另一方面各层次之间是有机地联系在一起的。
第四、将所学过的知识关联起来，多问自己几个为什么。
细胞生物学涉及分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等几乎所有生物系学过的课程，将学过的知识与细胞生物学课程中讲到的内容关联起来，比较一下有什么不同，有什么相同，为什么？尽可能形成对细胞和生命的完整印象，不要只见树木不见森林。
另一方面细胞生物学各章节之间的内容是相互关联的，如我们在学习线粒体与叶绿体的时候，要联想起细胞物质运输章节中学过的DNP、FCCP 等质子载体对线粒体会有什么影响，学习微管结构时要问问为什么β微管蛋白是一种G蛋白，而α微管蛋白不是，学习细胞分裂时要想想细胞骨架在细胞分裂中起什么作用，诸如此类的例子很多。
第五、紧跟学科前沿，当前的热点主要有“信号转导”、“细胞周期调控”、“细胞凋亡”等。
细胞生物学是当今发展最快的学科之一，知识的半衰期很短（可能不足5年），国内教科书由于编撰周期较长，一般滞后于学科实际水平5-10年左右，课本中的很多知识都已是陈旧知识。
有很多办法可以使你紧跟学科前沿：一是选择国外的最新教材，中国图书进出口公司读者服务部那里可以买到很多价廉物美的正宗原版教材（一般200-400元，只相当于国外价格的1/5）；二是经常读一些最新的期刊资料，如果条件所限查不到国外资料，可以到中国期刊网、万方数据等数据库中查一些综述文章，这些文章很多是国家自然科学基金支助的，如在中国期刊网的检索栏输入关键词“细胞凋亡”，二次检索输入关键词“进展”，你会发现一大堆这样的文章，都是汉字写的比读英文省事。
【核心素养】5.2《细胞的能量“货币”ATP》课件(共29张PPT)
【核心素养】5.2《细胞的能量“货币”ATP》课件(共29张PPT)(共29张PPT)第2 节细胞的能量“货币”——ATP学习目标01用结构和功能观，说明ATP的结构与功能间的关系。
02通过分析与综合理解生物界在能量供应上的统一性。
03通过比较与分类，说出动植物合成ATP的能源不同在能量供应上的统一性。
思考·讨论观看苏炳添在奥运会决赛的视频，思考：在快速奔跑的过程中，是什么物质为肌肉收缩直接提供能量呢？思考·讨论主要的能源物质是:我们前面学习过的与生命活动相关的一些能源物质有哪些？糖类主要的储能物质是:被称为“生命的燃料”的是是:葡萄糖脂肪是谁直接给苏炳添的奔跑提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？ATPATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
思考·讨论想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关生物学问题。
讨论2. 萤火虫体内有特殊的发光物质吗？3. 在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？1. 萤火虫发光的生物学意义是什么？萤火虫思考·讨论2. 萤火虫体内有特殊的发光物质吗？3. 在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？1. 萤火虫发光的生物学意义是什么？主要是为了互相传递信号，繁衍后代。
萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
有，萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有转变成光能时，萤火虫才能发光。
思考·讨论发光原理能量荧光素酶＋氧气荧光素激活的荧光素氧化荧光素发出荧光萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。
荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。
在荧光素酶的催化作用下，荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。
科学家运用这一原理，将荧光素酶基因导入植物后，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树”。
思考·讨论主要的能源物质是:我们前面学习过的与生命活动相关的一些能源物质有哪些？糖类主要的储能物质是:被称为“生命的燃料”的是是:葡萄糖脂肪是谁直接给萤火虫的发光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？ATPATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
细胞代谢与能量转换
细胞代谢与能量转换细胞代谢是细胞内发生的一系列生化反应，主要涉及能量的产生和利用。
其中，能量转换是细胞代谢的重要过程之一。
本文将从细胞的能量需求、能量转换的机制以及调节因子等方面，探讨细胞代谢与能量转换的关系。
一、细胞的能量需求细胞是生命的基本单位，其正常运作需要大量的能量。
细胞能量需求的主要来源是细胞内的代谢活动，特别是细胞呼吸过程中产生的能量。
这些能量主要用于维持细胞结构的稳定、细胞活动的正常进行以及物质的合成和降解等。
二、能量转换的机制能量转换是指将外界供给的能量转化为细胞内能量形式的过程。
而这一过程主要通过三大生物分子来完成：葡萄糖、脂肪和蛋白质。
1. 葡萄糖代谢葡萄糖是细胞内最主要的能量源之一，它可以通过糖酵解和细胞呼吸两个途径进行代谢。
在糖酵解中，葡萄糖被分解为乳酸，并释放少量的能量。
而在细胞呼吸中，葡萄糖在线粒体内被氧化为二氧化碳和水，同时释放出大量的能量。
这一过程包括三个步骤：糖解、丙酮酸循环和氧化磷酸化。
通过氧化磷酸化，细胞可以获得最高能量产量。
2. 脂肪代谢脂肪是储存能量的重要物质，一旦体内的葡萄糖储备不足，细胞将转而利用脂肪来产生能量。
脂肪酸被氧化为乙酰辅酶A，进入丙酮酸循环并通过氧化磷酸化途径产生ATP。
3. 蛋白质代谢蛋白质是构成细胞的重要组成成分，但在能量产生过程中很少直接参与。
在细胞代谢中，蛋白质主要被分解为氨基酸，其中一部分可以通过转氨基作用后参与糖酵解和丙酮酸循环进而产生能量。
三、调节因子细胞代谢与能量转换的过程受到多个调节因子的控制。
其中，最重要的调节因子是ATP和AMP的比例。
当细胞内ATP水平高时，会抑制细胞中的酶活性，从而减少葡萄糖和脂肪的分解以及蛋白质的合成；而当ATP水平低于一定值时，AMP的浓度升高，进一步刺激酶活性，促进能量转换的进行。
另外，还有激素如胰岛素和肾上腺素等对细胞代谢和能量转换起到重要作用。
胰岛素可以促进葡萄糖的摄取、利用和储存，使细胞内的能量转换向合成方向发展；而肾上腺素则促进葡萄糖的分解，提高细胞内能量产量。