第二十章生物能學(xué)課件

一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念

（一）、體系宇宙太陽系地球每個生物或非生物化學(xué)反應(yīng)體系能量的傳遞形式熱功？內(nèi)能的傳遞方式？動能、勢能轉(zhuǎn)化和傳遞的方式包括機械功、電功、化學(xué)功等（二）、能的兩種形式體系總能量=可做功的能+不能做功的能（H）（自由能G）（熱能）

熱力學(xué)第一定律(能量轉(zhuǎn)化與守恒定律)

熱力學(xué)第二定律(能量傳遞的方向性定律)

當體系的狀態(tài)發(fā)生變化后總能量不變變化的是G（△G）變化朝自由能降低的方向進行（—△G

）二、化學(xué)反應(yīng)體系中的自由能（一）根據(jù)自由能變化可以判斷中間物質(zhì)代謝方向狀態(tài)AGA

狀態(tài)BGB

△G=GB—GA

當反應(yīng)體系恒溫、恒壓下發(fā)生變化時①△G＜0時，W＞0，體系對外作功，該反應(yīng)可自發(fā)進行，放能反應(yīng)②△G=0時，W=0，該反應(yīng)處于平衡③△G＞0時，W＜0，該反應(yīng)不可自發(fā)進行，必須吸收外來能量才能進行（吸能反應(yīng)），同時，該反應(yīng)的逆過程可以自發(fā)進行。任何狀態(tài)下

△G=△GO+RTlnK

△GO—這一反應(yīng)在標準狀態(tài)（pH=0,25℃1atm）的自由能變化（標準自由能）（可查表或計算，參見《物理化學(xué)》），與反應(yīng)的平衡常數(shù)有關(guān)。

K=[B]/[A]或[B1][B2]…[Bn]/[A1][A2]…[An]R：氣體常數(shù)（1.98x10-3kcal/molk）（8.31x10-3kJ/molk）

T：絕對溫度（k)

生物代謝略有不同，△GO改為△GO`（pH=7)△G=△GO｀

+RTlnK△G＜0,可；

=0,平衡；＞0,否

例：當磷酸二羥丙酮與3-磷酸-甘油醛平衡時，濃度比為0.0475(Keq)

pH=7,25℃1atm該反應(yīng)平衡點時：

[甘油醛-3-磷酸]K==4.75x10-2

[磷酸二羥丙酮]判斷：當磷酸二羥丙酮為3x10-6mol/L，3-磷酸-甘油醛為2x10-4mol/L時，反應(yīng)怎樣進行？

△G=△GO｀

+RTlnK平衡時，△G=0K=Keq△GO｀

=-RTlnKeq

=-2.303RTlgKeq△GO｀

=-RTlnKeq=-2.303x

1.98x10-3x298xlog(0.0475)=1.81kcal/mol△G

=△GO｀

+RTln[產(chǎn)物]/[反應(yīng)物]=1.81kcal/mol+2.303x

1.98x10-3x298xlog[3x10-6mol/L(甘）/2x10-4mol/L（丙）]=-0.067kcal/mol（二）偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標準自由能變化的可加性熱力學(xué)上不利的反應(yīng)可以由熱力學(xué)上有利的反應(yīng)所驅(qū)動A

→B

△GO＞0（不能自發(fā)進行）C→D△GO＜0（能自發(fā)進行）A+C

→B+D

△GO＜0（能自發(fā)進行）三、高能化合物定義：一般將水解時能夠釋放21kJ/mol（5千卡/mol)以上自由能（

G

’<-21kJ/mol）的化合物稱為高能化合物。

高能化合物（水解）→低能化合物△GO＜0（能自發(fā)進行）————————————————————————————————A

→B

△GO＞0（不能自發(fā)進行）A+高能化合物

→B+低能化合物

△GO＜0（能自發(fā)進行）兩反應(yīng)如何可以結(jié)合在一起呢？（一）功能高能基團的傳遞有著十分重要的生物意義類似的活化反應(yīng)十分普遍存在。D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，這步活化是細胞內(nèi)葡萄糖分解的第一步，也是后續(xù)葡萄糖分解的根基。激酶——激活底物（A）連接高能鍵的酶A+高能化合物B+低能化合物活化（能量增加）反應(yīng)例D-葡萄糖

+

ATPD-6-磷酸葡萄糖

+

ADP

激酶

激酶硫酯鍵化合物~

S甲硫鍵化合物

CH3~S+-C-CO（二）高能化合物的種類~高能鍵,水解斷開，并可傳遞能量磷氧型-O~P磷氮型HN=C-N~P(O)磷酸化合物非磷酸化合物1,磷氧鍵型（—O~P)(1)?；姿峄衔?，3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸10.1千卡/摩爾11.8千卡/摩爾氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨?；佘账幔?）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾2,氮磷鍵型磷酸肌酸（N-甲基-胍基乙酸）磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾（蝦、蟹）這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。3,硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A4,甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸（三）ATP的結(jié)構(gòu)特點酸酐鍵磷酯鍵導(dǎo)致共價鍵不穩(wěn)1、酸酐鍵上的P爭奪電子，導(dǎo)致使氧橋的穩(wěn)定性降低，甚至斷裂。2、pH=7時，ATP帶4個負電荷，互相排斥。3、產(chǎn)物（ADP和磷酸）比ATP穩(wěn)定。高能化合物由于內(nèi)在因素本身化學(xué)不穩(wěn)定(G高)，水解產(chǎn)物穩(wěn)定(G低)。（四）細胞內(nèi)影響ATP水解的因素

pH（pH越高，放出的能量越多）

（五）ATP“能量中間體”穩(wěn)定程度不同，各種高能化合物的△Go`有高低之分類似的活化反應(yīng)十分普遍存在。D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，這步活化是細胞內(nèi)葡萄糖分解的第一步，也是后續(xù)葡萄糖分解的根基。激酶——激活底物（A）連接高能鍵的酶A+高能化合物B+低能化合物活化（能量增加）反應(yīng)例D-葡萄糖

+

ATPD-6-磷酸葡萄糖

+

ADP

激酶

激酶

磷酸肌酸

暫時儲能物質(zhì)磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸作用：能量傳遞轉(zhuǎn)化傳遞傳遞磷酸肌酸（哺乳類）磷酸精氨酸（蝦、蟹）（六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用H磷酸肌酸+ADP肌酸+ATP△G=△G1+△G2=-43.1+30.5=-12.6KJ/mol在機體中，由于反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度接近平衡點，所以，所以，當反應(yīng)物或產(chǎn)物的量有所變化時，機體會很靈敏地進行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)朝ATP生成或磷酸肌酸生成的方向進行。磷酸肌酸被稱為ATP緩沖劑。（七）ATP斷裂成AMP和焦磷酸焦磷酸7.7千卡/摩爾2-6.9千卡/摩爾7.7+6.9=14.6千卡/摩爾活化底物需要更多能量時(八）其他三磷酸核苷的遞能作用能量源自能源物質(zhì)（糖、脂、偶爾是蛋白質(zhì)）的分解分解代謝氧化產(chǎn)能ADP機械能（運動）化學(xué)能（合成反應(yīng)）滲透能（分泌、吸收）電能（生物電）熱能（體溫維持）光能（生物發(fā)光）

UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能ATP(九）能荷能荷=

[ATP]+1/2[ADP]

[ATP]+[ADP]

+[AMP]

分母是個定值，能荷在一定范圍內(nèi)波動（0.8-0.95)，受到機體的嚴格調(diào)控。1、字體安裝與設(shè)置如果您對PPT模板中的字體風格不滿意，可進行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項卡中，點擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改