生命中的化学7

生物体是一个系统：自组织的、复杂的、有序的、开放的 耗散结构生物体是物质、能量和信息的平衡体，任何生命活动都包含着物质的转变、能量的转换和信息的传递。生命中的能量获取与代谢（一）v能量：v多种形式：光、电、化学、热、机械等v广义上的能量包含任何可以造成变化的能力。 v热力学第一定律 ：能量转化和守恒定律。v热力学第二定律 ：一个封闭系统中的各种自发过程总是朝着熵增大的方向进行的。v万物皆走向衰退。 生物化学反应的自由能变化能够自发进行，热力学允许；不能自发进行，热力学禁阻。v细胞和生物体是和外界环境紧密联系的开放系统。v熵增加：系统有序化程度下降，细胞和生物体走向死亡。v熵减少：系统向更有序化发展，细胞和生物体生长和进化。耗散结构 :(dissipative structure)v 生命体需要消耗能量，这些能量使得生命产生出远离平衡态的结构，这种称为耗散结构。v 生命体可以定以为一个通过不断汲取外部能量来维持甚至扩展其有序结构的系统。 v 生活细胞和生物体是通过使环境中的熵增加，或者说从环境中吸收负熵，来抵消体内熵的增长。v生命体系中的能量大部分直接、间接来自太阳v在细胞和生物体的能的转换中起重要作用的是化学能，其中 ATP充当各种类型能的转换中的媒介物。细胞中能的转换能的转换 发生部位化学能转换为渗透能化学能转换为机械能化学能转换为辐射能化学能转化为电能光能转换为化学能声能转换为化学能光能转换为化学能肾肌细胞、纤毛上皮细胞萤火虫发光器官神经、味觉及嗅觉感受器细胞叶绿体内耳视网膜ATP是生命体系中重要的能量储存物质，被称为能量货币单位， ATP是由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基构成，其中第二个和第三个磷酸基上的磷酸键是高能键，不稳定易被水解从而称为一种能量穿梭基团，对驱动吸能反应起决定作用。 ATP是生物能存在的主要形式生物能 能够被生物细胞 直接利用 的特殊能量形式；其化学本质是储存于 ATP分子焦磷酸键中的化学能 。ATP ADP（或 AMP） +磷酸（或焦磷酸） +能量水解或磷酰化光合磷酸化 或氧化磷酸化ATP作为持续的生物能源，具有如下特点：（ 1） ATP是一种瞬时自由能供体，不能长期储存；（ 2） ATP、 ADP和 Pi在细胞内始终处于动态平衡状态；（ 3） ATP 和 ADP循环的速度非常快；ATP水解与需能生化反应的偶联通过偶联使热力学不利的生化反应变成热力学有利；同时为其他需能生物活动提供自由能。17生物体系中的高能磷酸酯类化合物ATP酶复合体ATP合成的发现1、 ATP发现于 1929年 , 1939-41年间美国科学家 Fritz Lipmann证明 ATP是细胞内的能量分子并创造了 “高能磷酸键 ”一词 (1957年因为发现辅酶A(CoA)而获得诺贝尔医学奖） .2、 1948年苏格兰化学家 Alexander Todd通过化学方法成功合成了 ATP分子（ 1957年的诺贝尔化学奖）3、在 1940-1950年间 ,科学家们证明动物细胞通过呼吸在线粒体内产生大量ATP,而植物分子则通过光合作用在叶绿体内生成大量 ATP. 1960年美国科学家 Efraim Racker从线粒体中提取出了 “F0-F1ATPase” 即 ATP synthase, 次年 英国科学家 Peter Mitchell大胆提出了 “化学渗透假说 ” (chemiosmotic hypothesis, 并因此获得了 1978年的诺贝尔化学奖 )4、 Paul D Boyer 【 美国 】 , John E. Walker 【 英国 】 弄清楚了 ATP synthase的结构并提出了 “呼吸作用造成线粒体内部 (matrix)和双层膜之间(intermembrane space)的氢离子浓度差 ”这一机理获得 1997年诺贝尔化学奖 ，而这个旋转机理在 1996-97年分别由美、德、日的三位科学家通过不同手段证明。化学渗透假说(Chemiosmotic Hypothesis)1961,Peter Mitchell（ 1920-1992）（ 英生化学家）提出，因此获得 1978年诺贝尔奖。电子传递的结果把 H+从线粒体内膜基质泵到膜外空间，形成一个跨线粒体内膜的 H+梯度，其中所含的化学渗透能正是促进 ATP合成所需能量，这种能量被称为质子推动力或质力 (Proton-motive force)。有三个测到的实验事实支持假说：底物被氧化（琥珀酸生成延胡索酸）、 O2被消耗、有 ATP合成（依赖于可氧化底物和 ADP和 Pi）。电子传递反应与 ATP合成偶联机制重点就在于其 g单元 , 连接下边的 “幸运转盘单元 ”和顶上的 “桔子瓣单元 ”中间的那截杆并不是圆柱形 ,因此旋转时会引起 “桔子瓣单元 ”的形变 ,而桔子瓣单元就通过这些形变完成绑定 ADP和磷酸 ,合成 ATP,释放 ATP的三部曲。连续过程的动画Location连续过程的动画Location连续过程的动画Location连续过程的动画Gradient连续过程的动画Gradient连续过程的动画Pumping连续过程的动画Pumping连续过程的动画Pumping连续过程的动画Systhesis连续过程的动画Systhesis原初能量是如何获取的？v自养生命v异养生命光合作用v是地球上规模最大的