生物化学讲义：chapter13

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1、第十二章生物氧化第一节生物能学的几个概念一、化学反应中的自由能变化及其意义1、化学反应中的自由能自由能：在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示。在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。自由能的变化：△G=G产物—G反应物=△H_T△S△G代表体系的自由能变化，△H代表体系的焓变化，T代表体系的绝对温度，△S代表体系的熵变化。焓与熵都是体系的状态函数。焓代表体系的内能与压力P*体积V之和：H=U+P*VdH=dU+P*dV+V*dP熵代表体系中能量的

2、分散程度，也就是体系的无序程度：△S=dQ／T，△S=△S体系+△S环境，只有△S≥0，过程才能自发进行。2、△G是判断一个过程能否自发进行的根据△G<0，反应能自发进行，能做有用功。△G>0，反应不能自发进行，必须供给能量。△G=0，反应处于平衡状态。一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是唯一准确的指标。△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无

3、能为力。当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。二、标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系aA+bB→cC+dD标准自由内能变化：在规定的标准条件下的自由能变化，用△G°表示。标准条件：25℃，参加反应的物质的浓度都是1mol∕L（气体则是1大气压）。若同时定义pH=7.0，则标准自由能变化用△G°′表示。对于一个溶液中的化学反应：aAbB→cC+dD当反应达到平衡时，△G=0K/是化学反应的平衡常数，因此，△G°/也是一个常数。常见物质的标准生成自由能△G°′已经列在各种化学

4、手册中，可以根据△G°′=-RTlnK的公式求出平衡常数K′。P15举例说明如何用K/求出△Go/和△G从例子可以看出△Go/和△G实际上是两个不同条件下的自由能变化值。（1）△Go/是标准条件下的自由能变化，既反应物A、B、C、D的起始浓度都为1mol/L，温度为25℃，pH=7.0时的△G。每一个化学反应都有其特定的标准自由能变化（既△Go/），是一个固定值，△G是任意给定条件下的自由能变化，它是反应物A、B、C、D的起始浓度、温度、pH的状态函数，在一个自发进行的化学反应中，自由能总是在降低，△G总是负值，随着

5、反应向平衡点的趋近，△G的绝对值逐渐缩小，直到为0。（2）从△Go/=-RTlnK/，可以求出K/及△Go/，根据△Go/、△G与K/可以判断任何条件下反应进行的方向及程度。一、自由能变化的可加和性。在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。例如：Glc+ATP→G—6—P+ADP（总反应）第一步，Glc+Pi→G—6—P+H2O,此反应不能自发进行。第二步，ATP+H2O→ADP+Pi总反应：Glc+ATP→G—6—P+ADP.因此，一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个

6、反应进行。此类反应在生物体内是很普遍的。二、高能磷酸化合物高能化合物：水解时释放5000卡/mol及以上自由能的化合物。高能磷酸化合物：水解每摩尔磷酸基能释放5000cal以上能量的磷酸化合物。P21表10-2某些磷酸化合物水解时的标准自由能变化。（一）高能化合物的类型P18—191、磷氧键型。（1）、酰基磷酸化合物。3—磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，酰基腺苷酸，氨酰腺苷酸。（2）、焦磷酸化合物。无机焦磷酸，ATP，ADP（3）、烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醇式丙酮酸。2、氮磷键型。磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、硫酯

7、键型。3’一磷酸腺苷一5’一磷酰硫酸，酰基辅酶A。4、甲硫键型。S一腺苷甲硫氨酸。（二）ATP的特殊的作用。1、是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。2、在磷酸基转移中的作用。Glc进入血液中，唯一出路是磷酸化。G-6-P是Glc的一种活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATP→G-6-P+ADP。3一磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP→3一磷酸甘油+ADP。（三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用P23磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动

8、物肌肉中的储能物质第一节生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用一、生物氧化的概念和特点。糖，脂，蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解，生成CO2，H2O并释放出能量，这个过程称生物氧化。生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，又称细胞氧化或细胞呼吸。特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条