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1、第5章 细胞的活动关于能量的基本概念ATP和细胞的活动酶膜转运生物学与社会：不用石头的石洗 19世纪中后期，人们蜂拥来到加州（淘金热），牛仔裤作为当时的工作服，用单尼布做成，石头磨洗（分解纤维素）21世纪初，不再用石头来洗，采用纤维素酶分解纤维素的纤丝（生物石洗）一、关于能量的基本概念 1.能量守恒 能量（enrgy）可定义为做功的能力。任何一个物体被移动而使之对抗一种力时就是做功 滑雪者上山后滑下来，化学能 动能 位能 做功和热能 能量守恒：一种形式转变成另一种形式 生物的所有活动，如呼吸、心跳、血液循环、肌肉活动、神经活动、生长、发育等都需要能量2.熵 熵是体系分子混乱程度（无序度）的度量
2、 自然界发生的每一件事都使宇宙中的熵增加 所有的能量转变都产生一些热滑雪山登上雪山消耗食物的化学能3.化学能 化学能是指物体发生化学反应时所释放的能量 化学能来源于原子的排列 糖类、脂类和汽油都有使它们特别富于化学能的结构 汽车引擎将氧与汽油发生化学反应，燃料分子分解，推动活塞，使车轮滚动气缸活塞工作原理活细胞利用氧与食物反应转变能量做功 细胞呼吸 ATP 细胞活动（做功）氧+食物 化学能 维持体温 H2O CO2 热能 散发氧扩散进入细胞及线粒体葡糖糖 ATP细胞呼吸4.食物的卡值 卡是能量单位，1克水升高1度所需热量定为1卡 1卡=4.187焦耳（1cal=4.187J）通常用千卡（kca
3、l）表示食物的热量值不同程度运动消耗能量不同不同类型运动消耗能量不同二、ATP和细胞的活动 ATP释放的能量才是细胞活动的直接动力 ATP代表腺苷三磷酸，其分子含3个磷酸基团 每个磷酸基团带有负电荷，相互排斥 腺苷三磷酸脱去1个磷酸基团变成腺苷二磷酸 ATP末端磷酸基团水解时，其标准自由能变化为-7.3千卡/摩尔(-30.5千焦/摩尔)1.ATP的结构ATP分子结构组成2.ATP水解与利用3.ATP循环三、酶（enzyme）酶是生物体内催化化学反应的特异性蛋白质 1.活化能 activation energy 在化学反应过程中，使反应物分子活化并引发化学反应的能量为活化能（通常是热打断旧的化学
4、键）酶降低了打断反应物分子中的键所需要的能量酶的作用2.诱导契合 酶特异的识别底物并与之结合的能力决定了酶的形状 酶的活性部位与底物结合时改变形状使两者契合3.酶的抑制剂 抑制剂占据或改变结合部位 青霉素等抗生素是酶的抑制剂（合成细胞壁的酶）四、膜转运1.被动转运 扩散（diffusion）指物质分子向可占据的空间散开的趋势。扩散的方向是按自身分子浓度由高到低，即顺浓度梯度 扩散的速度取决于膜的通透性和浓度差染料分子的扩散膜简单扩散和易化扩散都属被动转运 被动转运时细胞不需要消耗能量，能量来自位能和分子热运动 易化扩散是在转运蛋白的帮助下穿膜的被动转运 被动转运对所有细胞都重要，如H2O，O2
5、和CO2等的扩散属被动扩散载体和通道蛋白介导的易化扩散2.渗透作用 渗透作用指水通过选择半透膜的被动转运 水按自身浓度从高到低扩散 高渗溶液 溶质浓度大 低渗溶液 溶质浓度小 等渗溶液 膜两侧溶质溶度相等渗透与扩散的区别动物细胞中的水分平衡 渗透调节控制水分平衡红细胞在各种渗透液中的形态植物细胞中的水分平衡 植物细胞在等渗溶液中松软（萎蔫）在低渗溶液中保持植物挺立和叶子伸展（壁保护）在高渗溶液中失水皱缩，质壁分离而死亡3.主动转运active transport 细胞利用能量（耗能的，ATP提供）专一的转运蛋白 逆浓度梯度 4.胞吞与胞吐 大分子物质以囊泡形式的转运方式 胞吞（endocytosis）：摄入 胞吐（exocytosis）：排出入胞作用3种类型的胞吞 吞噬作用（phagocytosis）：颗粒物质吞入食物液泡中 吞饮作用（pinocytosis）：液体物质形成的液泡。（无专一性）受体介导的胞吞作用（receptor-mediated endocytosis）：专一性强肝细胞摄入胆固醇5.膜在细胞信号转导中的作用 转化生长因子（TGF）信号通路五、和进化的联系酶的出现 自然选择的过程中产生新的酶 酶这种蛋白质由基因编码，基因突变，产生不同的基因，表达出不同的蛋白质（新的酶）人工定向演化 在实验室内对酶修饰，筛选。酶经过另一轮的复制、突变和选择，产生新的酶
