生物能学课件

生物能学

一、有关热力学的一些基本概念

（一）、体系宇宙太阳系地球每个生物或非生物化学反应体系能量的传递形式热功？内能的传递方式？动能、势能转化和传递的方式包括机械功、电功、化学功等（二）、能的两种形式体系总能量=可做功的能+不能做功的能（H）（自由能G）（热能）

热力学第一定律(能量转化与守恒定律)

热力学第二定律(能量传递的方向性定律)

当体系的状态发生变化后总能量不变变化的是G（△G）变化朝自由能降低的方向进行（—△G

）二、化学反应体系中的自由能（一）根据自由能变化可以判断中间物质代谢方向状态AGA

状态BGB

△G=GB—GA

当反应体系恒温、恒压下发生变化时①△G＜0时，W＞0，体系对外作功，该反应可自发进行，放能反应②△G=0时，W=0，该反应处于平衡③△G＞0时，W＜0，该反应不可自发进行，必须吸收外来能量才能进行（吸能反应），同时，该反应的逆过程可以自发进行。任何状态下

△G=△GO+RTlnK

△GO—这一反应在标准状态（pH=0,25℃1atm）的自由能变化（标准自由能）（可查表或计算，参见《物理化学》），与反应的平衡常数有关。

K=[B]/[A]或[B1][B2]…[Bn]/[A1][A2]…[An]R：气体常数（1.98x10-3kcal/molk）（8.31x10-3kJ/molk）

T：绝对温度（k)

生物代谢略有不同，△GO改为△GO`（pH=7)△G=△GO｀

+RTlnK△G＜0,可；

=0,平衡；＞0,否

例：当磷酸二羟丙酮与3-磷酸-甘油醛平衡时，浓度比为0.0475(Keq)

pH=7,25℃1atm该反应平衡点时：

[甘油醛-3-磷酸]K==4.75x10-2

[磷酸二羟丙酮]判断：当磷酸二羟丙酮为3x10-6mol/L，3-磷酸-甘油醛为2x10-4mol/L时，反应怎样进行？

△G=△GO｀

+RTlnK平衡时，△G=0K=Keq△GO｀

=-RTlnKeq

=-2.303RTlgKeq△GO｀

=-RTlnKeq=-2.303x

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

=△GO｀

+RTln[产物]/[反应物]=1.81kcal/mol+2.303x

1.98x10-3x298xlog[3x10-6mol/L(甘）/2x10-4mol/L（丙）]=-0.067kcal/mol（二）偶联化学反应标准自由能变化的可加性热力学上不利的反应可以由热力学上有利的反应所驱动A

→B

△GO＞0（不能自发进行）C→D△GO＜0（能自发进行）A+C

→B+D

△GO＜0（能自发进行）三、高能化合物定义：一般将水解时能够释放21kJ/mol（5千卡/mol)以上自由能（

G

’<-21kJ/mol）的化合物称为高能化合物。

高能化合物（水解）→低能化合物△GO＜0（能自发进行）————————————————————————————————A

→B

△GO＞0（不能自发进行）A+高能化合物

→B+低能化合物

△GO＜0（能自发进行）两反应如何可以结合在一起呢？（一）功能高能基团的传递有着十分重要的生物意义类似的活化反应十分普遍存在。D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，这步活化是细胞内葡萄糖分解的第一步，也是后续葡萄糖分解的根基。激酶——激活底物（A）连接高能键的酶A+高能化合物B+低能化合物活化（能量增加）反应例D-葡萄糖

+

ATPD-6-磷酸葡萄糖

+

ADP

激酶

激酶硫酯键化合物~

S甲硫键化合物

CH3~S+-C-CO（二）高能化合物的种类~高能键,水解断开，并可传递能量磷氧型-O~P磷氮型HN=C-N~P(O)磷酸化合物非磷酸化合物1,磷氧键型（—O~P)(1)酰基磷酸化合物1，3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸10.1千卡/摩尔11.8千卡/摩尔氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸（2）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩尔（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔2,氮磷键型磷酸肌酸（N-甲基-胍基乙酸）磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔（虾、蟹）这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。3,硫酯键型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸酰基辅酶A4,甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸（三）ATP的结构特点酸酐键磷酯键

磷酸肌酸

暂时储能物质磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸作用：能量传递转化传递传递磷酸肌酸（哺乳类）磷酸精氨酸（虾、蟹）（六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用H磷酸肌酸+ADP肌酸+ATP△G=△G1+△G2=-43.1+30.5=-12.6KJ/mol在机体中，由于反应物和产物的浓度接近平衡点，所以，所以，当反应物或产物的量有所变化时，机体会很灵敏地进行调节，使反应朝ATP生成或磷酸肌酸生成的方向进行。磷酸肌酸被称为ATP缓冲剂。（七）ATP断裂成AMP和焦磷酸焦磷酸7.7千卡/摩尔2-6.9千卡/摩尔7.7+6.9=14.6千卡/摩尔活化底物需要更多能量时(八）其他三磷酸核苷的递能作用能量源自能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解分解代谢氧化产能ADP机械能（运动）化学能（