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1、第二章生物能学简介生物能学是对活细胞中发生的能量转换以及化学过程的性质和功能的定量研究简单地说，生物能学是对活细胞中能量传递和利用过程的定量研究。2.1能量来源和代谢转化，2.2生化反应中能量耦合的意义，2.3生物体的高能化合物，2.4三磷酸腺苷在能量代谢中的重要作用，2.1能量来源的代谢和转化的生物体是一个开放的系统，它不断地与环境交换物质和能量以维持正常的生命活动。生物体所需的能量，间接或直接来自太阳能。自养生物吸收太阳能并将其转化为化学能，化学能储存在化合物中；异养生物通过分解这些化合物获得化学能。氧化还原反应中的电子转移是细胞能量转移的基础。阳光，能量来源与代谢转化，光合作用，细胞呼吸

2、，2.2能量耦合在生化反应中的意义连续化学反应的自由能变化是相加的。细胞内能量吸收反应可以通过与能量释放的化学或光化学过程耦合来促进。任何代谢途径都由一系列耦合的化学反应组成，这使得它在热力学上受到青睐。机械过程中的能量耦合，化学过程中的能量耦合，自由能变化，标准自由能变化和化学平衡自由能变化之间的关系标准自由能变化(G0)生化反应标准自由能变化(G0)在恒温恒压下，对于化学反应， G=G0 RT ln产物/底物G0=-RT lnKeq，2.3生物体的含能化合物：通过水解可释放超过25 kj/mol自由能的化合物。高能磷酸化合物：通过水解磷酸酐键释放出大于25 kj/mol自由能的有机磷酸化合

3、物。根据高能键类型的特点，生物体内的高能化合物可分为四类：1 .磷氧键类型2。氮-磷键类型3。4型硫酯键。甲基硫键类型、2.4。三磷酸腺苷在能量代谢中的重要作用2.4.1三磷酸腺苷的结构和能量2.4.2三磷酸腺苷提供能量的化学机制2.4.3三磷酸腺苷的产生2.4.3 2.4.1三磷酸腺苷的结构和能量1941年弗里茨李普曼和赫尔曼卡尔卡研究糖酵解途径时首次发现了三磷酸腺苷。细胞中三磷酸腺苷的活性形式通常与Mg2或Mn2形成复合物。(复合形式是NTP依赖性激酶的真正底物。)，三磷酸腺苷水解能形成更稳定的产物并产生大量的自由能(戈为-30.5千焦/摩尔；细胞中的葡萄糖浓度为-50至-65千焦/摩尔)

4、。由于三磷酸腺苷水解反应的活化能较高，因此需要酶催化。三磷酸腺苷分子在pH7是稳定的。这一特性有利于细胞内能量的调节。高能，(三磷酸腺苷)，与三磷酸腺苷水解相关的大自由能变化，三磷酸腺苷-Mg2复合物和腺苷二磷酸-Mg2复合物。2.4.2三磷酸腺苷提供能量的机制三磷酸腺苷具有中等的磷酰基转移潜能，即三磷酸腺苷是磷酰基的供体(或载体)，腺苷二磷酸是磷酰基的受体。三磷酸腺苷通过基团转移以活化底物的形式提供能量，而不是简单的水解。(还有一些生化过程是由三磷酸腺苷或GTP的直接水解提供动力的，如肌肉收缩。在三磷酸腺苷参与的反应中，三磷酸腺苷可以通过基团转移提供磷酰基、焦磷酸基和腺苷基。磷酸肌酸H2O创

5、造性的磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸三磷酸腺苷通常通过基团转移提供能量，从而激活底物。三种类型的基团转移到三磷酸腺苷的反应中，2.4.2三磷酸腺苷提供能量的机制(续)腺苷化是一些生物化学反应的一种策略，以增强能量偶联(如脂肪酸酰基

6、辅酶a的形成)。三磷酸腺苷分解成腺苷和质子泵抑制剂，这是萤火虫的能量供应方式。在实验室中，使用萤火虫荧光素和荧光素酶，使用光谱方法，可以测量小至几微微摩尔(10-12摩尔)的三磷酸腺苷。荧光素酶基因是基因工程中的报告基因。脂肪酸活化中的腺苷酰化反应。萤火虫发光机制，萤火虫荧光腺苷酸，荧光素酶，荧光素，荧光素酶检测产品(promega公司)，2.4.3三磷酸腺苷生产三磷酸腺苷生产途径：氧化磷酸化/光磷酸化(主要)底物水平磷酸化腺苷酸激酶催化途径4。磷酸肌酸(PCr)转化、氧化磷酸化/光磷酸化(main)跨膜质子梯度储存能量使ADP在三磷酸腺苷合酶的催化下磷酸化为三磷酸腺苷。(化学渗透理论)，底物

7、水平的磷酸化通过底物(高能磷酸化合物)的磷酰基转移产生三磷酸腺苷。例如，甘油醛-3-磷酸酯酶(GAP)的氧化第6步，糖酵解第7步，高能，底物水平磷酸化，腺苷酸激酶催化的腺苷二磷酸补救途径：腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷三磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸肌酸二磷酸腺苷二磷酸肌酸二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸肌酸二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷二揭示磷酸肌酸是能量的储存，三磷酸腺苷是能量的载体。磷酸肌酸、磷酸精氨酸和聚甲基磷酸统称

8、为磷原。一些无脊椎动物使用精氨酸磷酸盐作为能量储存物质，而一些微生物使用多聚磷酸作为能量储存物质。2.4.4三磷酸腺苷系统的动态平衡一方面，细胞调节三磷酸腺苷的生成以满足能量需求，另一方面，细胞调节三磷酸腺苷的利用，从而使三磷酸腺苷保持在相对稳定的平衡状态。三磷酸腺苷的产生和利用受细胞能量状态的调节。能量电荷和磷酸化势是描述细胞能量状态的两个指标。三磷酸腺苷1/二磷酸腺苷能量电荷)=三磷酸腺苷二磷酸腺苷二磷酸腺苷理论上，能量电荷值为0(全磷酸腺苷)1(全三磷酸腺苷)。实际上，大多数电池的能量电荷在0。800和95。三磷酸腺苷磷酸化势能=adppi，能量电荷，就像细胞的ph值一样，被缓冲了！小结生物所需的能量，间接或直接来自太阳能。自养生物吸收太阳能并将其转化为化学能，化学能储存在化合物中；异养生物通过分解这些化合物获得化学能。细胞内能量吸收反应可以通过与能量释放的化学或光化学过程耦合来促进。小节三磷酸腺苷是生物体中一种重要的高能化合物。三磷酸腺苷/腺苷二磷酸循环是三磷酸腺苷提供能量的方式。三磷酸腺苷通过基团转移以活化底物的形式提供能量，而不是简单的水解。三磷酸腺苷是能量的载体，而磷酸肌酸是能量的储存库。细胞中的三磷酸腺苷处于动态平衡。它的产生和利用受细胞能量状态的调节。查看： 1。生物圈中能量的来源和转化。2.什么是高能化合物？有哪