Energy and the Living Cell; An Introduction to Bioenergetics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:J. B. Lippincott Company

作者:Wayne M. Becker

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1977-08

价格:USD 14.50

装帧:Paperback

isbn号码:9780397473687

丛书系列:

图书标签:

Bioenergetics
Biochemistry
Cell Biology
Thermodynamics
Metabolism
Energy
Biological Chemistry
Molecular Biology
Life Sciences
Physiology

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具体描述

生命能量的奥秘：一场穿越细胞内部的探索之旅在我们周围，无时无刻不在上演着生命的奇迹。从微小的细菌到参天的大树，从翱翔的雄鹰到深海的巨鲸，所有这些生机勃勃的存在，都依赖于一个共同的基石——能量。而这能量的传递与转化，正是生命得以延续、生生不息的核心驱动力。本书将带领读者踏上一场引人入胜的旅程，深入探索生命体内部的能量运作机制，揭示细胞如何巧妙地捕捉、储存、转化并利用能量，以维持其复杂的生命活动。第一章：生命的基石——能量的定义与基本概念在我们深入细胞的能量世界之前，首先需要建立起对“能量”这一概念的清晰认识。能量，作为物质运动和变化的根本原因，它本身看不见摸不着，却无处不在，驱动着宇宙万物的演变。本章将从宏观层面出发，回顾能量在物理学中的基本定义，如动能、势能、热能、化学能等。我们将理解能量守恒定律——能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。然而，生命体对能量的利用，并非简单的物理能量转换。生命体内的能量，很大程度上以化学能的形式存在，储存在分子键中。我们将认识到，生命的活动，从最基础的新陈代谢到复杂的运动和思维，都需要能量的供应。本章将介绍能量的两种基本状态：游离能（free energy）和结合能（bound energy）。游离能是指能够对外做功的能量，是驱动生命活动的关键。而结合能则被锁定在分子结构中，需要通过化学反应才能释放。理解能量的流动方向，即熵（entropy）的概念，对于理解生命系统的运作至关重要。虽然宇宙的总熵趋于增加，但生命体却是一个高度有序的系统，能够通过不断摄取能量来维持自身的低熵状态。我们将初步探讨热力学第二定律在生命科学中的意义，以及生命体如何巧妙地“对抗”熵增的趋势。第二章：能量的货币——ATP的结构与功能在生命体的能量经济体系中，有一种分子扮演着至关重要的角色，它就像是能量的“通用货币”，为几乎所有的生命活动提供动力，它就是腺苷三磷酸（ATP）。本章将详细剖析ATP的独特结构，重点关注其腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团的连接方式。我们将理解，ATP分子中磷酸基团之间的高能磷酸键是其能量储存的关键所在。当ATP分子中的高能磷酸键断裂时，会释放出大量的能量，这种能量被细胞用来驱动各种需要能量的反应。本章将深入探讨ATP的水解过程，即ATP转化为腺苷二磷酸（ADP）和无机磷酸（Pi）的过程，并解释这个过程释放的能量是如何被高效利用的。同时，我们也将关注ATP的合成过程。细胞如何不断地“制造”ATP来满足持续的能量需求？本章将介绍ATP合成的主要途径，包括底物水平磷酸化（substrate-level phosphorylation）和氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）。我们将初步了解这些过程是如何将食物中储存的化学能转化为ATP中的高能磷酸键。 ATP的循环再生是生命体持续活动的根本保障。我们将理解ATP与ADP之间的不断转化，构成了一个动态的能量循环，确保细胞始终拥有充足的能量供应。ATP不仅是能量的载体，它还可以通过磷酸化作用，直接参与调节各种蛋白质的功能，从而影响细胞内的信号传导和代谢过程。第三章：捕获光能的奇迹——光合作用的能量转化对于绝大多数地球生命而言，光合作用是能量的终极来源。绿色植物、藻类以及某些细菌，利用太阳光作为能量驱动，将无机物转化为有机物，从而储存了生命活动所必需的能量。本章将聚焦于这个宏伟的能量转化过程。我们将首先认识进行光合作用的细胞器——叶绿体（chloroplast）。叶绿体内部精密的结构，如类囊体膜（thylakoid membrane）和基粒（grana），为光合作用的各个阶段提供了适宜的环境。本章将详细阐述光合作用的两个主要阶段：光反应（light-dependent reactions）和暗反应（light-independent reactions），也称为卡尔文循环（Calvin cycle）。在光反应阶段，叶绿素等光合色素捕获光能，并将其转化为化学能，储存在ATP和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）中。我们将了解电子传递链（electron transport chain）在光反应中的核心作用，以及水的裂解释放氧气的过程。随后，在暗反应阶段，光反应产生的ATP和NADPH被用来固定二氧化碳，并将其还原成糖类等有机物。我们将深入了解卡尔文循环的关键酶，如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RuBisCO），以及在这个循环中发生的碳原子转化过程。光合作用不仅为植物自身提供能量，更是地球生态系统中能量流动的基础。我们还将初步探讨光合作用的效率问题，以及不同光照条件、二氧化碳浓度等因素对光合作用速率的影响。第四章：细胞的能量工厂——呼吸作用的能量提取如果说光合作用是能量的储存，那么呼吸作用则是能量的“提取”与“释放”。绝大多数真核细胞，以及部分原核细胞，都通过呼吸作用将储存的有机物中的化学能，以ATP的形式释放出来，供细胞生命活动使用。本章将深入探索细胞呼吸作用的全过程。我们将认识到，细胞呼吸作用是一个复杂而有序的代谢途径，主要发生在细胞质和线粒体中。本章将详细解析细胞呼吸作用的三个主要阶段：糖酵解（glycolysis）、三羧酸循环（citric acid cycle），也称为克雷布斯循环（Krebs cycle），以及氧化磷酸化。在糖酵解阶段，葡萄糖在细胞质中被分解成两个丙酮酸分子，并产生少量的ATP和NADH。我们将理解这个过程的酶促反应序列，以及它在有氧和无氧条件下都可以发生。接着，丙酮酸进入线粒体，转化为乙酰辅酶A（acetyl-CoA），然后进入三羧酸循环。在这个循环中，乙酰辅酶A被彻底氧化，产生更多的NADH和FADH2（还原型黄素腺嘌呤二核苷酸），以及少量的ATP。我们将详细追踪碳原子在三羧酸循环中的命运。氧化磷酸化是细胞呼吸作用中ATP产量最高的阶段，也是本章的重点。我们将深入线粒体内膜，了解电子传递链如何利用NADH和FADH2传递的电子，驱动质子（H+）从线粒体基质泵入到膜间隙，形成质子梯度。随后，质子通过ATP合酶（ATP synthase）通道回流到基质，驱动ATP的合成。我们将理解这个精妙的“化学渗透偶联”机制。本章还将探讨无氧呼吸（fermentation）作为一种替代性的能量产生方式，尤其是在氧气供应不足的情况下，如乳酸发酵和酒精发酵。我们将比较有氧呼吸与无氧呼吸的能量产率差异。第五章：能量代谢的调控与整合生命系统对能量的需求并非一成不变，而是根据内外环境的变化而动态调整。细胞如何精妙地调控能量的产生与消耗，以维持能量平衡？本章将聚焦于能量代谢的调控机制。我们将认识到，多种信号分子，如激素（如胰岛素、胰高血糖素）和细胞内信号物质，在调控能量代谢中起着关键作用。我们将探讨它们如何作用于关键酶，改变代谢途径的活性。同时，本章也将关注代谢途径之间的整合。不同的代谢途径并非孤立存在，而是相互连接，形成一个庞大的代谢网络。例如，糖类、脂肪和蛋白质的代谢如何相互影响，共同为细胞提供能量和合成材料。我们将探讨异化作用（catabolism）（分解代谢）和同化作用（anabolism）（合成代谢）之间的能量平衡。能量代谢的失调往往与疾病相关，如糖尿病、肥胖症等。本章将初步探讨能量代谢紊乱对健康的影响，并展望未来在能量代谢研究领域的应用前景，例如药物开发和代谢工程。第六章：特殊环境下的能量适应生命体为了适应各种严酷的环境，演化出了各种令人惊叹的能量获取与利用策略。本章将带领读者领略生命在特殊环境下的能量奥秘。我们将探索化能合成（chemosynthesis），一些生活在极端环境（如深海热泉）的细菌，能够利用无机物的化学能来合成有机物，而无需阳光。我们将认识到这些生物在地球生命的演化和早期地球生态系统中的重要性。同时，我们将审视动物在不同生命阶段和活动状态下的能量需求变化，如运动、饥饿、休眠等。例如，候鸟在长途迁徙过程中如何高效地利用脂肪储备提供能量，以及冬眠动物如何通过降低代谢率来节省能量。我们还将关注生物体对温度变化的能量适应，如恒温动物如何通过产热来维持体温，而变温动物如何根据环境温度调整其代谢活动。结语：生命的能量，永恒的探索从宏观的生态系统到微观的细胞内部，能量始终是驱动生命活动的核心。本书通过对ATP、光合作用、呼吸作用以及能量代谢调控的深入解析，为读者构建了一个全面而生动的生命能量图景。我们不仅了解了生命体如何获取、转化和利用能量，更体会到生命体作为高度有序系统，在能量流动中的精妙智慧。生命能量的研究是一个永无止境的领域。随着科学技术的不断发展，我们将有更多机会深入探索生命能量的奥秘，理解更多未知的生命过程，并为解决人类面临的能源危机、疾病治疗等重大问题提供新的思路和方法。这场穿越细胞内部的能量探索之旅，仅仅是一个开始，生命的能量，永远是值得我们不断学习和敬畏的宝藏。