第二篇代謝生物化學-版第十九章生物能學

1、第十九章 生物能學提綱一、生物能學的基本概念二、熱力學第一定律和第二定律三、Gibbs-Helmholtz方程四、生化反應的方向性與自由能之間的關系五、G與E之間的關系六、生命系統(tǒng)內(nèi)的偶聯(lián)反應七、高能生物分子什么是生物能學？也稱為生化熱力學，它專門研究生命系統(tǒng)內(nèi)的能量流動和能量轉化的規(guī)律。通過這門分支學科，我們可以解釋在生命現(xiàn)象之中很多與能量有關的問題。熱力學相關的幾個基本概念和兩個定律系統(tǒng)和環(huán)境：系統(tǒng)為宇宙之中我們感興趣的任何部分，環(huán)境是指一個系統(tǒng)周圍的任何事物。系統(tǒng)又可以分為孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)。能量是指做功的本領。自由能是指一個系統(tǒng)的總能量之中用來做功的那一部分能量， 即有用能。

2、熵是指一個系統(tǒng)的無序狀態(tài)。一個系統(tǒng)越有序，它的熵就越低。焓是指系統(tǒng)的總熱能。熱力學第一定律即能量守恒定律。熱力學第二定律是指一個系統(tǒng)的熵傾向于增加或者一個系統(tǒng)做功的能力趨于下降。Gibbs-Helmholtz方程：GHTS孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)化學和生化反應的標準條件壓強 = 101kPa (1atm)溫度 = 298K (25)底物 & 產(chǎn)物 = 1mol/LpH = 0 (GO ) 或7.0 (GO ) 一個生化反應的標準自由能變化與平衡常數(shù)的關系生化反應的方向性與自由能之間的關系如果G0，則此反應不能自發(fā)地進行，除非向此反應提供能量，因此該反應為需能反應。如果G是一個非常大的正值，

3、則意味著整個反應物處于一種非常穩(wěn)定的狀態(tài)，反應幾乎沒有發(fā)生的可能。自發(fā)意味著一個反應能 發(fā)生（可能性），并不是就發(fā)生（現(xiàn)實性）。G 是狀態(tài)函數(shù)：以途徑無關反應速率：依賴于途徑千萬不要混淆 !細胞內(nèi)的偶聯(lián)反應假定一個反應AB，G1GBGA0，則此反應不能自發(fā)地進行，但如果此反應通過某種機制與另外一個G2GDGC 0的反應CD偶聯(lián)在一起，而且總的自由能變化GG1G20，則AB的反應照樣可以進行，在這里第二個反應釋放出的能量被用來驅動第一個反應。G是可以疊加的偶聯(lián)機制一偶聯(lián)機制二高能生物分子高能生物分子是指那些既容易水解又能夠在水解時釋放出大量的自由能的一類分子的總稱，以高能磷酸化合物最為常見。在高能分子水解的時候，被水解斷裂的化學鍵似乎貯存著大量的能量，因此有人稱此鍵為高能鍵，經(jīng)常用“”表示。PEP水解時釋放的能量最高，大約為ATP的2倍，而ATP正好位于“中游”的位置。正是ATP在眾多的高能分子之中所處的獨特位置使它成為最重要的能量載體，通過它，細胞內(nèi)的放能反應和需能反應建立了偶聯(lián)。 常見的高能生物分子ATP的合成和利用 G與氧化還原電位（E）之間的關系 一個氧化還原反應的G0與其標準氧化還原電位的變化值E0可用公式G0nFE0表示，n為電子轉移數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，E0含有氧化劑或電子受體的半反應E0含有還原劑或電子供體的半反應的E0。而非