王镜岩-生物化学-第20章生物能学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,20,章 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）,状态,A,G,A,状态,B,G,B,G,=G,B,G,A,当反应体系恒温、恒压下发生变化时,G,0,时，,W0,，体系对外作功，,该反应,可自发,进行，放能反应,G=0时，,W=0,，,该反应处于平衡,G,0,时，,W0,，,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=,G,O,+RTln,K,G,O,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,B,1,B,2,Bn/A,1,A,2,An,R：气体常数（1.98x10,-3,kcal/mol k）,（8.31x10,-3,kJ/mol k）,T：绝对温度（k),生物代谢略有不同，,G,O,改为,G,O,（pH=7),G=,G,O,+RTln,K,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 3 x 10-6 mol/L，3-磷酸-甘油醛 为 2 x 10-4 mol/L 时，反应怎样进行？,G=,G,O,+RTln,K,平衡时，,G=,0,K=Keq,G,O,=-RTln,Keq,=-2.303RTlg,Keq,G,O,=-RTln,Keq,=-2.303 x,1.98x10,-3,x298 x log(0.0475),=1.81kcal/mol,G,=,G,O,+RTln,产物/反应物,=1.81kcal/mol+2.303 x,1.98x10,-3,x298 x log,3 x 10,-6,mol/L(甘）/2 x 10,-4,mol/L（丙）,=-0.067 kcal/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,G,O,0（,不能,自发进行）,C,D,G,O,0（,能,自发进行）,A+,C,B+D,G,O,0（,能,自发进行）,三、高能化合物,定义：,一般将水解时能够释放21 kJ/mol（5千卡/mol)以上自由能（,G,-21 kJ/mol）的化合物称为高能化合物。,高能化合物,（水解）,低能化合物,G,O,0（,能,自发进行）,A,B,G,O,0（,不能,自发进行）,A+,高能化合物,B+低能化合物,G,O,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,+,ATP,D-,6-磷酸,葡萄糖,+,ADP,激酶,激酶,硫酯键化合物,S,甲硫键化合物,CH,3,S,+,-,C-C,O,（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（OP),(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A,4,甲硫键型,S-腺苷甲硫氨酸,（三）ATP的结构特点,酸酐键,磷酯键,导致共价键不稳,1、酸酐键上的P争夺电子，导致使氧桥的稳定性降低，甚至断裂。,2、pH=7时，ATP带4个负电荷，互相排斥。,3、产物（ADP和磷酸）比ATP稳定。,高能化合物由于内在因素,本身化学不稳定,(G高),，水解产物稳定,(G低),。,（四）细胞内影响ATP水解的因素,pH（pH越,高,，放出的能量越多）,（五）ATP,“能量中间体”,稳定程度不同，各种高能化合物的,G,o,有高低之分,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,+,ATP,D-,6-磷酸,葡萄糖,+,ADP,激酶,激酶,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 =,G,1,+,G,2,=-43.1+30.5 =-12.6 KJ/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,（合成反应）,渗透能,（分泌、吸收）,电能,（生物电）,热能,（体温维持）,光能,（生物发光）,UTP、GTP、CTP、TTP,合成，供能,ATP,(九）能荷,能 荷 =,ATP+1/2ADP,ATP+ADP,+AMP,分母是个定值，能荷在一定范围内波动（0.8-0.95)，受到机体的严格调控。,