生物學(xué)反應(yīng)中的物理量變化

生物學(xué)反應(yīng)中的物理量變化第1頁/共13頁光

顏色

物理量變化熱焓

阻抗

質(zhì)量

傳感裝置

第2頁/共13頁（一）生物反應(yīng)的熱力學(xué)1、熱力學(xué)第二定律ΔG=ΔH-T·ΔSΔG

：自由能

ΔH：熱焓ΔS：熵

T：溫度

ΔS很小，ΔG>0，放熱反應(yīng)；

ΔS很大，ΔG<0，吸熱反應(yīng)。任何生物學(xué)反應(yīng)過程都伴隨著熱力學(xué)變化！！第3頁/共13頁（一）生物反應(yīng)的熱力學(xué)2、分子相轉(zhuǎn)換中的熱力學(xué)生物分子三維結(jié)構(gòu)（有序），由弱相互作用力（與熱有關(guān)）維持測(cè)量：需采用稀釋溶液（排除分子內(nèi)部之間的作用）樣品量少于1mg

如量熱儀對(duì)蛋白質(zhì)和核酸樣品量需1mL，濃度<1%

應(yīng)用：日本建立了蛋白質(zhì)和突變體熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫第4頁/共13頁（一）生物反應(yīng)的熱力學(xué)3、分子間相互作用的熱力學(xué)分子結(jié)合力屬弱相互作用——高度的特異性測(cè)定（一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得一個(gè)分子上的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)）等溫線確定（恒溫）

流通式方法應(yīng)用：基于結(jié)構(gòu)信息的熱力學(xué)分析法對(duì)藥物和功能蛋白的設(shè)計(jì)和闡述結(jié)合機(jī)理，已建立數(shù)據(jù)庫第5頁/共13頁（一）生物反應(yīng)的熱力學(xué)4、酶催化反應(yīng)熱力學(xué)表1-1酶促反應(yīng)的摩爾焓變酶底物-ΔH/kJ·mol-1酶底物-ΔH/kJ·mol-1過氧化氫酶過氧化氫100NADH-脫氫酶NADH225膽固醇氧化酶膽固醇53青霉素酶青霉素G67，115葡萄糖氧化酶葡萄糖80胰蛋白酶苯甲酰-L-精氨酸29乙醇氧化酶乙醇180尿酸酶尿酸61已糖激酶葡萄糖28，75脲酶尿素49乳酸脫氫酶丙酮酸鈉62研制了一大批熱生物傳感器第6頁/共13頁（一）生物反應(yīng)的熱力學(xué)5、微生物細(xì)胞反應(yīng)的熱力學(xué)放熱活躍時(shí)約為pW（10-12W）如：大腸桿菌105~106個(gè)/mL，最大產(chǎn)熱為0.146J/s·mL放熱反應(yīng)變化←微生物細(xì)胞的總的活性變化可用于藥物、抑制劑等對(duì)細(xì)菌細(xì)胞活性的影響，微生物對(duì)各種底物的代謝能力、環(huán)境條件改變對(duì)微生物反應(yīng)的影響等等。第7頁/共13頁（二）生物發(fā)光1、生物發(fā)光是由于某些生物體內(nèi)一些特殊物質(zhì)（如熒光素）的氧化而產(chǎn)生的現(xiàn)象。螢火蟲的ATP依賴性發(fā)光E+ATP+LH2Mg2+E-LH2-AMP+PPiO2E-L

-AMP+H2O+

hvE：蟲熒光素酶LH2：還原熒光素O2過量放光量取決于ATP第8頁/共13頁（二）生物發(fā)光1、生物發(fā)光明亮發(fā)光桿菌NADH+FMN+氧化還原酶Mg2+FMNH2+NADO2EFMNH（OOH）-EFMN：黃素蛋白NADH：還原型輔酶ⅠRCHO：長鏈脂肪醛過量放光量取決于O2RCHOFMN+R-CO2H+E+H2O+hv藍(lán)綠色第9頁/共13頁（三）顏色反應(yīng)和光吸收1、顏色反應(yīng)顏色反應(yīng)色素葉綠色、類胡蘿卜素和其他雜色素等生物體與底物作用后產(chǎn)生顏色物質(zhì)酶第10頁/共13頁2、光吸收一些生物分子盡管不顯示顏色，卻有特征吸收峰。表1-2幾種物質(zhì)的顯色反應(yīng)及吸收波長物質(zhì)顯色試劑吸收波長/nm氨基酸茚三酮570，620蛋白質(zhì)雙縮脲，F(xiàn)olin660，540還原糖二硝基水楊酸，堿性酒石酸鹽540類固醇乙酸酐，硫酸，三氯甲烷625核糖核酸Biology試劑665（三）顏色反應(yīng)和光吸收第11頁/共13頁微生物反應(yīng)可使培養(yǎng)基中的電惰性物質(zhì)代謝為電活性產(chǎn)物。

當(dāng)微生物