王镜岩生化课件12 生物氧化shao.ppt
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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 _ TS 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*V dH = dU + P*dV + V*dP 熵代表体系中能量的分散程度,也就是体系的无
2、序程度:S = dQT ,S = S体系+S环境 ,只有S0,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 G0,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。 G0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+b
3、B 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1molL(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: aA bB cC + dD,当反应达到平衡时,G = 0,K/是化学反应的平衡常数,因此,G/ 也是一个常数。,对于一个溶液中的化学反应: aA bB cC + dD,常见物质的标准生成自由能G已经列在各种化学手册中,可以根据G= -RT lnK的公式求出平衡常数K。 P15 举例说明如何用K/求出G o / 和G 从例子可以看出G o / 和G实际上是两个不同条件
4、下的自由能变化值。 (1) G o /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G o /),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,随着反应向平衡点的趋近,G的绝对值逐渐缩小,直到为0。 (2)从G o / = -RT lnK/,可以求出K/及G o /,根据G o /、G 与K/可以判断任何条件下反应进行的方向及程度。,三、 自由能变化的可加和性。 在偶联的几
5、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+ATPG6P+ADP(总反应) 第一步,Glc+PiG6P+H2O,此反应不能自发进行。 第二步,ATP+H2OADP+Pi 总反应:Glc+ATPG6P+ADP. 因此,一个热力学上不能进行的反应,可与其它反应偶联,驱动整个反应进行。此类反应在生物体内是很普遍的。,四、 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 P181
6、9 1、 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+ATPG-6-P+ADP。 3一磷酸甘
7、油是甘油的活化形式,能参与脂肪合成。甘油激酶:甘油+ATP3一磷酸甘油+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物肌肉中的储能物质,第二节 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,反应条件温和,一系列
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