能量代谢与生物能的利用
生物体内能量代谢及与生物生长发育的关系
生物体内能量代谢及与生物生长发育的关系生物体内的能量代谢是指生物体内化学反应产生能量的过程，这些化学反应包括有机分子的降解、蛋白质、核酸和多糖的合成等生化过程。
生物体的能量代谢与其生长发育密切相关，因为能量代谢不仅提供了所需的能量，还提供了构成生物体完整的有机分子和细胞的组分。
三大能量系统生物体内的能量是由三大能量系统提供的：肌酸磷酸系统、无氧糖原分解和有氧氧化。
肌酸磷酸系统只能提供短暂的高强度运动所需的能量，无氧糖原分解可提供长时间高强度运动所需的能量，而有氧氧化则是提供长时间低强度运动所需的能量。
生物体内的糖原和脂肪酸是主要的能量来源。
在高强度运动中，肌肉组织中的糖原会迅速降解为葡萄糖以供能量，而在低强度运动中，则主要依靠脂肪酸氧化产生能量。
能量代谢与生长发育的关系生长发育需要大量的能量支持，而生长发育过程中所需的能量主要由葡萄糖、脂肪酸和氨基酸供应。
葡萄糖是最重要的能量来源，因为它能够很快地被肝脏分解，并被转化为身体所需的能量。
当身体缺乏葡萄糖时，会通过分解肌肉和脂肪产生葡萄糖，这会对身体造成损伤。
身体中的氨基酸可以转化为葡萄糖或脂肪酸，供身体产生所需的能量。
同时，氨基酸还是组成蛋白质的重要成分，因此对生长发育也十分重要。
另外，一些激素对于身体的生长发育也有着重要的影响。
甲状腺素和生长激素等激素可以增强能量代谢，促进身体发育成熟。
而糖皮质激素和胰岛素则可以调节糖类和蛋白质的代谢，影响身体组织的生长发育。
一些疾病也会影响身体的能量代谢和生长发育。
例如，糖尿病患者常年高血糖导致身体代谢紊乱，影响生长发育、免疫力等。
而生长激素缺乏和过度分泌等疾病也会影响身体的生长发育。
总结生物体内的能量代谢与生长发育密切相关，身体需要能量来维持生命活动和生长发育。
而能量代谢过程中所需的营养物质和激素也对身体的发育成熟有着重要的作用。
因此，保持适当的营养摄入、合理的运动和生活习惯，对于身体的健康和生长发育具有十分重要的意义。
第5章能量代谢与生物能的利用1
• cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外， 还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受 体。 • 在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所携带的电子传递 给O2。
琥珀酸-Q还原酶
• 琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生 的中间产物，它在琥珀酸-Q还原酶催化下，将 两个高能电子传递给Q。再通过QH2-cyt, c还原 酶、cyt.c和cyt.c氧化酶将电子传递到O2。 • 琥珀酸-Q还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋 白复合物, 它比NADH-Q还原酶的结构简单，由 4个不同的多肽亚基组成。其活性部分含有辅 基FAD和铁硫蛋白。 • 琥珀酸-Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧 化和Q的还原。
第一节 概述
• 一、生物氧化的方式和特点 • 二、参与生物氧化的酶类 • 三、同化作用和异化作用
一、生物氧化的方式和特点
• 生物氧化：有机物在生物体内的氧化还 原作用称为生物氧化。由于需要消耗氧 并放出CO2，又称组织呼吸或细胞呼吸。
1 生物氧化的主要方式 生物体内物质的氧化方式包括失电子、加氧和脱氢
三、同化作用和异化作用
• 1 同化作用
–生物从环境中获取物质，转化为体内的新 物质，这一过程称为同化作用。 –需要能量，小分子合成大分子
• 2 异化作用
–生物体内的旧物质转化为环境中的物质， 这一过程成为异化作用。 –释放能量，大分子分解成小分子
第二节 线粒体氧化体系
• 一 线粒体膜结构
• 参与生物氧化的各种酶类如脱氢酶、电 子传递体系、偶联磷酸化酶类等都分布 在线粒体内膜和嵴上。
第五章 能量代谢与生物能 的利用
• 一切生命活动都需要能量，维持生命活动的 能量主要有两个来源： • 光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作 用将光能转变成有机物中稳定的化学能。（植 物和某些藻类） • 化学能：异养生物或非光合组织通过生物氧 化作用将有机物质（主要是各种光合作用产物） 氧化分解，使存储的稳定的化学能转变成ATP 中活跃的化学能，ATP直接用于需要能量的各 种生命活动。
生物化学与能量代谢的关系
生物化学与能量代谢的关系生物化学是研究生物体内分子结构、组成和变化的科学，而能量代谢则涉及生物体内能量的获取、转化和利用。
这两个领域密切相关，共同影响着生物体的正常功能和生命活动。
本文将探讨生物化学与能量代谢之间的联系以及它们在生物体内的作用。
一、生物化学与能量代谢之间的关系生物体内的能量代谢过程需要依赖生物化学反应来完成。
生物化学反应是通过不同的分子的化学变化实现能量的转化。
例如，葡萄糖是生物体内重要的能量来源，通过降解葡萄糖分子的生物化学反应，可以释放出大量的能量供生物体代谢使用。
同时，生物化学反应还参与合成细胞结构和功能所需的分子物质，如蛋白质、核酸等。
此外，生物化学还涉及到维持生物体内化学平衡的重要过程。
生物体的代谢过程会生成很多废物和代谢产物，这些产物需要通过生物化学反应进行分解、转化和排除，从而维持生物体内正常的化学平衡。
例如，乳酸酶催化乳酸转化为丙酮酸，使得乳酸清除，维持酸碱平衡。
在能量代谢过程中，生物化学反应还与酶密切相关。
酶是生物体内催化化学反应的蛋白质，可以调节反应速率，并且在化学反应中不参与其自身的转化。
酶在能量代谢中扮演着关键的角色，它们催化能量产生过程中的反应，同时保证生化反应的高效进行。
二、生物体内的能量代谢生物体内的能量代谢主要分为两个部分：异养和光合作用。
异养代谢是指生物体通过外界的无机物质，如无机盐和无机气体，合成有机物质的过程。
而光合作用是植物和一些原核生物利用光能将无机物质转化为有机物质的过程。
异养代谢中，生物体利用食物（如碳水化合物、脂肪和蛋白质）进行能量代谢。
利用生物化学反应，食物中的化学能转化为细胞可以利用的化学能。
在这个过程中，生物体通过分解食物分子，释放出化学能，并将其转化为细胞内可用的adenosine triphosphate (ATP)分子。
ATP是细胞的主要能量供应物质，能够驱动细胞内的各种生物化学反应。
光合作用是植物和一些原核生物的能量合成方式。
生物能量的转换与利用
生物能量的转换与利用生命是多种化学反应的结果，而化学反应都需要能量。
在自然界中，生命物质的合成和分解等生命活动都需要依靠能量的转化和利用。
同时，能量转换也是生命活动一道重要的组成部分。
本文将从生物能量的来源、生物能量的转换，以及人类对生物能源的利用三个方面进行阐述。
一、生物能量的来源生物能量的来源主要有三种，即太阳能、化学能和核能。
生命在地球上的存在是靠太阳能的提供，太阳辐射的能量通过光合作用被生物体转化为有机物质和化学能，人类生活中使用的能源也大多来自化学能和核能的利用。
1. 太阳能太阳光经过光合作用被植物体转化为有机物，这些有机物通过食物链被消费者摄入。
太阳能在地球生命体系中进行着循环转化。
2. 化学能生命体内的所有化学反应都需要能量，其中很多是从化学能来的。
其中最主要的是ATP分子，它是细胞内唯一能够被直接利用的化学能。
3. 核能核能在生命体系中的应用主要是指核融合和核裂变两种反应，它们在太阳和地球内部都有着应用。
核裂变还被应用于医学上，在医学影像学和治疗方面都发挥着重要作用。
二、生物能量的转换生物能量转换是一系列反应的过程，包括光合作用、有机物的三大代谢途径以及细胞呼吸。
这些过程的主要作用是使能量在生命体系中进行转移与利用。
1. 光合作用光合作用是指植物和一些原生生物利用光合色素，利用光能将CO2和水转化为有机物和氧气，这是太阳能到生态位的主要途径。
越来越多的研究表明，光合作用不仅是提供生态能量的重要途径，还是全球碳循环与生态平衡中的关键过程。
2. 有机物的三大代谢途径有机物的三大代谢途径分别是糖解作用、糖原合成作用和脂肪酸氧化作用。
它们是将有机物转化为能量的主要途径。
3. 细胞呼吸细胞呼吸是指机体运用生物氧化把食物转化成能量。
它是维持机体功能所必需的。
细胞呼吸主要是分为三个阶段，即糖酵解、乳酸发酵和呼吸链反应。
糖酵解和乳酸发酵的作用主要是将有机物分解成适合呼吸链反应进行利用的物质，呼吸链反应则将分解后的物质与氧气结合，最终转化为ATP。
生物能量的转化与利用
生物能量的转化与利用生物能量的转化与利用是生命活动的关键过程之一，它涉及到生物体内养分的消化、吸收和代谢，以及能量在生物体中的传递与利用。
通过这一过程，生物体能够将外界的能量转化为自身所需的能量，并用于维持生命活动的各种机能。
本文将从光合作用、呼吸作用和食物链三个方面对生物能量转化与利用进行详细介绍。
一、光合作用光合作用是生物能量转化与利用的关键过程之一，主要发生在光合细胞中的叶绿体内。
光合作用通过光能转化为化学能，将二氧化碳和水转化为有机物质（如葡萄糖），同时释放氧气。
光合作用可以分为光反应和暗反应两个阶段。
在光反应阶段，光能被叶绿素吸收并转化为电子能，产生ATP（三磷酸腺苷）和NADPH（辅酶还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）。
这些能量和还原力的产生为下一阶段的暗反应提供了能源和原料。
在暗反应阶段，光合细胞利用光反应产生的ATP和NADPH来固定二氧化碳，合成有机物质，同时再生光化学反应所需的辅助酶。
暗反应产生的有机物质可以进一步通过生物体的代谢来提供能量。
二、呼吸作用呼吸作用是生物体在缺氧条件下将有机物质氧化分解为二氧化碳和水，以释放能量的过程。
呼吸作用可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两种形式。
有氧呼吸发生在线粒体内，通过氧化代谢有机物质来获取能量。
其中，糖类是最重要的能量来源之一。
在有氧呼吸过程中，糖被分解为二氧化碳和水，并释放出大量的能量，这些能量用于合成ATP和维持生命活动。
无氧呼吸主要发生在缺氧或氧供应不足的情况下，通过糖类及其他有机物质的发酵来产生能量。
无氧呼吸所产生的能量相对有限，但在某些生物体中，如厌氧细菌和酵母菌等，无氧呼吸仍然是重要的能量供应方式。
三、食物链食物链是描述生物物种依赖和相互作用的一种模型。
在食物链中，能量从一个生物体转移到另一个生物体。
通常，食物链分为生产者、消费者和分解者三个层级。
生产者是自养生物，如植物和藻类，它们通过光合作用将光能转化为化学能，成为食物链的能量起点。
生物氧化.doc
第八章能量代谢与生物能的利用一：填空题1.参与生物氧化的酶可分为________________、________________和________________三类。
2.细胞内代谢物上脱下来的氢如果直接与氧气结合则形成________________。
3.细胞内的呼吸链有________________、________________和________________三种，其中________________不产生ATP。
4.真核细胞的呼吸链主要存在于________________，而原核细胞的呼吸链存在于________________。
5.呼吸链上流动的电子载体包括________________、________________和________________等几种。
6.线粒体内膜上能够产生跨膜的质子梯度的复合体是________________、________________和________________。
7.复合体Ⅱ的主要成分是________________。
8.P/O值是指________________，NADH的P/O值是________________，OAA的P/0值是________________，还原性维生素C的P/O值是________________，在DNP存在的情况下，琥珀酸的P/O 值是________________。
9.跨膜的质子梯度除了可被用来合成ATP以外，还可以直接用来驱动________________过程。
10.使人中毒的机理是________________。
11.在长期的进化过程中，复合体Ⅳ已具备同时将________________个电子交给1分子氧气的机制。
12.从线粒体内膜上纯化到的合成酶在体外只能水解ATP是因为________________。
13.合成酶合成一分子ATP通常需要消耗________________个质子。
高中生物学习中的生物能量转化与代谢
高中生物学习中的生物能量转化与代谢在高中生物学习的过程中，生物能量转化与代谢是一个重要的主题。
生物能量转化是指生物体内能量的转换和利用过程，而代谢则是生物体内所有化学反应的总和。
本文将从光合作用、呼吸作用和发酵作用三个方面，探讨高中生物学习中的生物能量转化与代谢。
1. 光合作用光合作用是植物和某些细菌利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物的过程。
这是一种充满化学反应的复杂过程，分为光反应和暗反应两个阶段。
光反应发生在叶绿体的内膜中，通过叶绿素吸收太阳能并将其转化为化学能。
这些能量以ATP和NADPH的形式储存下来，为暗反应提供能量。
在暗反应中，ATP和NADPH将被用于将二氧化碳转化为葡萄糖等有机物。
这些有机物在植物体内储存或通过食物链传递给其他生物，从而将太阳能转化为生物能量。
2. 呼吸作用呼吸作用是生物体内将有机物氧化成二氧化碳和水释放能量的过程。
呼吸作用可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两种形式。
有氧呼吸发生在线粒体内，将有机物完全氧化为二氧化碳和水，并释放出大量的能量。
这个过程包括糖酵解、Krebs循环和氧化磷酸化等步骤，最终产生ATP。
无氧呼吸发生在缺氧条件下，如某些细菌和真菌体内。
由于缺乏氧气，有机物只能部分氧化，产生少量能量和乳酸、酒精等产物。
3. 发酵作用发酵作用是无氧呼吸的一种特殊形式，发生在某些微生物体内。
它利用有机物在无氧条件下的部分氧化，产生少量能量和乳酸、酒精等产物。
例如，乳酸发酵是由乳酸菌将葡萄糖转化为乳酸的过程。
这种发酵在人类活动中也得到广泛应用，如制造酸奶和发酵面包等。
另一个例子是酒精发酵，酵母菌将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳。
这种发酵在酿造酒和发酵面团中起到重要作用。
综上所述，高中生物学习中的生物能量转化与代谢是一个关键主题。
光合作用将太阳能转化为生物能量，呼吸作用将有机物氧化释放能量，而发酵作用是无氧呼吸的一种形式。
通过深入理解这些过程，我们可以更好地理解生物体内能量转化的机制，为生物学习奠定坚实基础。
生物生物能量
生物生物能量生物能量是指存在于生物体内的能量。
生物能量主要来自于食物的化学能，通过新陈代谢过程转化为细胞所需的能量。
以下将详细介绍生物能量的来源、转化和利用。
一、能量来源1. 光合作用光合作用是植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
在光合作用中，植物通过叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水反应生成葡萄糖等有机物质，并释放氧气。
这些有机物质储存在植物体内，成为生物能量的重要来源。
2. 呼吸作用呼吸作用是生物体利用有机物质氧化释放能量的过程。
在细胞呼吸中，有机物质被分解为二氧化碳和水，并释放出大量的能量。
这个过程一般分为有氧呼吸和无氧呼吸两种形式。
二、能量转化和利用1. ATP分子ATP（腺苷三磷酸）是生物体内能量储存和释放的主要分子。
当有机物质经过分解生成的能量释放时，一部分能量用于合成ATP分子，这种过程被称为细胞内酶促反应。
2. 能量代谢能量代谢是指细胞内各种生化反应的总称。
细胞在进行生物化学过程时，通过不同的代谢途径将有机物质分解为小分子物质，释放出能量并产生新的有机物质。
三、能量传递和食物链1. 食物链食物链是生物体之间通过食物相互联系的一种途径。
生物体通过摄取其他生物体或其产物，转化并吸收其内部的能量。
食物链通常分为植物食物链和动物食物链两种。
2. 能量捕获和转化能量传递通过各个环节进行。
植物通过光合作用从太阳能中捕获能量，动物通过摄食含有有机物质的植物或其他动物获取能量。
随着能量从一种生物向另一种生物传递，它逐渐被转化和利用。
四、生物能量在生态系统中的作用1. 保持生态平衡生态平衡是指生物体之间的相互依存和相互制约的状态。
生物能量在生态系统中的流动和转化是维持生态平衡的重要因素。
各个环节之间的能量传递保证了生态系统的稳定和健康。
2. 影响种群数量和分布生物能量在生态系统中的流动会直接影响种群数量和分布。
能量丰富的环境更有利于生物的生存和繁殖，而能量贫乏的环境则会对生物产生负面影响。
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（2）FADH2（琥珀酸氧化）呼吸链 以FAD为辅基的脱氢酶催化物质的氧化
基质中脱氢、Βιβλιοθήκη 生CO2答案：产H2O 产能
相同点——化学本质（电子得失（加氧、脱氢和失电子） 不同点 ➢ 反应条件：
体外：往往在高温，强酸，强碱或强氧化剂的催化下进行； 体内：在恒温(37℃)和中性pH环境下进行，酶催化、缓慢放能，
放出的能主要以ATP及肌酸磷酸形式储存。
➢ CO2、H2O、能量的产生位置
脱氢酶 氧化酶 传递体
脱氢酶
使底物上的氢活化脱落，并传给受氢体或中间传 递体的一类E。
以FMN和FAD为辅基的脱氢E
SH2+E－FMN
S+E－FMNH2
(E－FAD)
(E－FADH2)
以NAD和NADP为辅酶的脱氢E
氧化酶
以O2为直接受电子体的氧化还原酶 氧化酶一般为含Cu2+或Fe3+的蛋白质，通过金属
细胞色素（蛋白）类
细胞色素（蛋白）——a、a3、b、c、c1 共性——以卟啉铁为辅基 区别: 卟啉环上基团种类及与铁连接的氨基酸种类
色素蛋白外形
细胞色素 C
第2复合体内
电子通过多肽链 （电线）在卟啉铁
间传递
线粒体电子传递链的蛋白复合体
线粒体电子传递链中，除CoQ和Cytc外，其余均 为蛋白复合物
2.电子传递链组成
20多种成分，共5类
脱氢酶类 辅酶Q 铁硫蛋白 结合铜蛋白 细胞色素类
1、脱氢酶类——氢传递体
（1）以NAD或NADP为辅酶的脱氢酶
NAD(P)+ + 2H
NAD(P )H+H+
（2）以FMN或FAD为辅基的不需氧脱氢酶
（不以氧为直接受氢体）
FMN（ FAD） + 2H
离子的氧化、还原态的互变，从底物上夺取电子， 用于激活分子O2→O2－，再与2H+结合生成H2O。 因此该酶在无氧条件下不起作用。
传递体
传递H或e的物质
递氢体
eg，黄素蛋白类，CoQ
递电子体 eg，细胞色素和Fe-S蛋白
六、同化作用与异化作用：
同化作用（assimilation）
——耗能的合成代谢（小分子→大分子） 生物体从环境中获取的物质转化为体内的新物质 的过程。
复合体Ⅰ：NADH-UQ还原酶 复合体Ⅱ：琥珀酸-UQ还原酶 复合体Ⅲ：UQ-Cytc还原酶 复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶
电子传递链复合物的组成与排列顺序
复合物I
复合物Ⅲ
复合物Ⅳ
MH2→NAD+→FMN→Fe-S→CoQ→Cytb→Fe-S→Cytc1→Cytc→Cytaa3→Cu→O2
↑ Cytb 复 ↑合 Fe-S 物 ↑ II FAD ↑ 琥珀酸
三、电子传递链的排列顺序
呼吸链的各种组分（H或电子传递体）在线粒体内膜 上按一定的顺序和方向排列才能发挥它们传递H或e 的功能
根据接受代谢物上脱下的氢的初始受体不同，典型的 呼吸链有两种： NADH呼吸链 FADH2呼吸链
两种典型的呼吸链
（1）NADH呼吸链 以NAD+为辅E的脱氢E催化物质的氧化
子体来接受。
三、生物氧化中的CO2的生成
机制：有机酸在酶作用下脱羧
方式：
直接脱羧------没有氧化作用发生
氧化脱羧------伴随氧化作用发生
丙酮酸氧化
CH3
NH2
脱脱羧羧酶酶系
O NH2
C O R+ CoAC +NCOAODH+
CH3R C ~CSCoHA ++NCAOD2H +H+ + CO2
COOH
H
H
四、生物氧化中H2O的生成
真核生物线粒体内膜或原核生物细胞膜上 的呼吸链作用下产生
脱氢辅酶
MH2 -2H
氢传递体
2H+
电子传递体 氧化酶
2e
1/2 O2
O2-
H2O
生物氧化的两个关键问题
底物分子的氢和电子如何脱出？ 脱出的氢和电子如何传递与氧结合成水并释放
能量？
电子传递链
五、参与生物氧化的酶类
真核细胞
细胞质中脱氢、 产生CO2 细胞膜 产H2O 产能
原核生物细胞
二、生物氧化的主要方式
脱氢：（主要方式）
•加氧：
•失电H子：
R 注HC意：OFHe2+
H
RFe3C+ + Oe-+O-2H
R CH上述O方式+ 脱½下O的2 氢或电子R在生C物体O + H
内都需要相应的载体---受氢体或受电
FMNH2 （ FADH2）
2、辅酶Q(或泛醌，简写CoQ或UQ)
功能——氢传递体 CoQ + 2H CoQH2
O
OH
CH3O CH3O
CH3 2H++ 2 e CH3O
R
CH3O
O 氧化态
CH3 R
OH 还原态
3、铁硫蛋白类
是一类含非血红素铁和对酸不稳定的硫组 成，再与蛋白质中的Cys连接。
异化作用（dissimillation）
——放能的分解代谢（大分子→小分子） 生物体内的物质转化为环境中的物质
第二节 线粒体氧化体系
在生物氧化中存在多种氧化体系： 微粒体氧化体系 过氧化物体氧化体系 多酚氧化酶体系 抗坏血酸氧化酶体系 线粒体氧化体系(最主要)
线粒体是细胞内的一种细胞器，是生物氧化和能量转 换的主要场所，参与生物氧化的各种酶类都分布在线 粒体的内膜和嵴上。
一、线粒体的膜相结构
真核细胞
参外与膜生物氧化的各种酶类大部分 都分布在线粒内体膜内膜和嵴上。
膜间空隙
基质 嵴
二、呼吸链
1.概念
在生物氧化过程中，代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱 落后，经过一系列的传递体传递，最后传递给被氧化酶 激活的分子氧，而生成水的全部体系——称（末端）电 子传递链或呼吸链（respiratory chain）
功能——电子传递体
Fe 3+ +e →Fe 2+
包括2[4Fe-4S]核心
4、结合铜蛋白
功能：传递电子
Cu2+ +e →Cu+
5.细胞色素（蛋白）类
细胞色素（蛋白）——a、a3、b、c、c1
共性——以卟啉共铁同为辅基
卟啉环
功能——电子传递体
Fe3+ + e
Fe2+
a类中的卟啉环
c类、b中的卟啉环
第七章 能量代谢与生物能的利用
本章重点内容
生物氧化 电子传递链的组成及排列顺序 氧化磷酸化
第一节 概 述 一、什么是生物氧化？ （oxidative phosphorylation）
氧气促使生物物质在体内氧化分解产生CO2和水 并释放能量的过程。又称（细胞或组织）呼吸 作用。
生物氧化的特点
我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化燃烧有 何相同与区别？