生物能学与生物氧化汇总

△G= △H-T△S
3. 化学反应中的自由能
自由能变化总结：一个在恒温恒压下自发进行的 化学反应，总是伴随有自由能的降低！
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： ΔG是衡量反应自发性的标准 。ΔG=G产-G反，
❖ ΔG<0， 反应能自发进行 ❖ ΔG=0，反应处于平衡状态 ❖ ΔG>0， 反应不能自发进行，必须吸收外
焦磷酸化合物
能
磷氮型
化
合
物 的 类 非磷酸化合物
硫酯键化合物
型
甲硫键化合物
➢ 磷氧键型（-O～P)
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P O-
O-
1,3-二磷酸甘油酸
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
ATP（三磷酸腺苷）
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
二、高能化合物
高能化合物：生化反应中，在水解或基团转移 时可释放出大量自由能（>25千焦/摩尔）的化 合物叫做高能化合物。 高能键：水解自由能大于25KJ/mol的化学键。
生物体内的放能反应与吸能反应偶联，最基本的形 式是通过高能化合物实现的。
烯醇磷酸化合物
磷氧型 酰基磷酸化合物
1. 高
磷酸化合物
B→D
ΔG ° = - 33.47 kJ / mol （可以自发进行）
A→C+D
ΔG ° = - 12.55 kJ / mol
偶联反应的自由能是可以加和的
加和的结果是A生成C和D的反应可以自发进行。
一个热力学上不能进行的反应，可与其他反应 （放能反应），驱动整个反应进行。
4. 化学反应自由能的计算
➢ 生物体系是一个开放体系 特点：与环境有物质交换和能量交换。生物体与环境 的总能量保持不变。 ➢ 什么是生物能？ 生物能：主要是指生物分子的化学能，也包括一些形 式的物理能如：动能、电能、辐射能、热能等。
生物能的来源与转换
* 第一阶段： 6H2O + 6CO2
* 第二阶段：
光合作用 （光能）
C6H12O6 + 6O2
第七章 生物能学与生物氧化
目录
一、生物能学简介 二、高能化合物 三、生物氧化概述 四、生物氧化体系
1.线粒体氧化体系 （ATP生成的主要方式） 2.非线粒体氧化体系
一、生物能学---研究生物体内的能量转换
1. 热力学第一定律与生物体系
热力学第一定律：能量既不能创造也不能消失，只能从一 种形式转变为另一种形式。
热能（维持体温）
其它
Pi
2. 热力学第二定律
热力学第二定律：任何一种物理或化学的过程都自发地趋 向于增加体系与环境的总熵(S)。
混乱度或无序性， 是一种无用的能。
依据热力学定律
（能量守恒，能量传递的方向性）
自由能G：一个体
系中在 恒温 恒压条
件下能够做功的那
Gibbs的自由能公式：G=H-TS
一部分能量。 焓H：体系总能量
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
➢ 氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3
CH2COOH
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2 CH2CH2CH2CHCOOH
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG°′= - RTlnKeq = - 8.314 311 2.303log19
= - 7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) = -7.6 + 8.314 311 2.303log0.1 = -13.6KJ.mol-1
➢ 利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq (Keq-平衡常数)
➢ 利用A＋标B准＝氧C＋化D还，实原际电的位自E由°能计变[C算化][可D以] 表示： （仅限于氧G化ˊ＝还原G反ˊ＋应）RTIn－[－A]－[B－] 基本当公达式到：平衡Δ时G°： ′=－nFΔ[EC°]平′衡[D] 平衡 0＝ΔEG°ˊ′＋=RE+T°In′―-――E-―°―′―
合成多糖、脂 肪、蛋白质等
糖、脂、 蛋白质等
热能
小分子物质 ＋ 能量 化学能
ADP+ Pi
ATP 渗透功 化学功 机械功等
生物系统中的能流
底物
热能
氧
（散失）
化能
分 解
化学能 转移
Cwk.baidu.com2 H2O
ATP
肌酸
磷酸 肌酸
ADP
机械能（肌肉收缩）
电能（神经传导）
利用
能
化学能（生长修补、物质合成
渗透能（吸收、分泌、离子 主动运输）
例题2
计算下反应式的ΔG°′： NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
解：正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.3
ΔG°′ - nFΔE°′ -2×96485×[0.82-(-0.3)] -220 KJ·mol-1
用G° ' 表示 ，自由能的变化用 ΔG ° ' 表示
➢ 氧化还原电位：生物体系中为 pH＝7.0 时的电位（ΔE ° ' ） ➢ 自由能与氧化还原电位的关系：ΔG ° ' = -n FΔE° ' n：转移电子数目 F：法拉第常数96.4914kJ/mol ·V
例题1
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化：当反应G-1-PG-6-P在 380C达到平衡时， G-1-P占5%，G-6-P占95%，求ΔG0。如果反应 未达到平衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L，求反应 的ΔG是多少？
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。
根据自由能变化可以判断中间物质代谢的方向
自由能变化具有可加和性
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： A → C + D可以由两个反应偶联实现，其中
A → B+C
ΔG °= + 20.92 kJ / mol （不能自发进行）
[A] 平衡[B] 平衡
或
Gˊ＝ - RTIn Keq
Tips：能量学用于生物化学反应的一些规定
➢ 自由能: 物理化学中的标准自由能（G）为25℃、一个大气压，参与反应的物质均为1
个mol时能量的变化。但是在生物体系中，其氧化还原反应经常有 H+ 参加， 如果按物理化学的标准自由能计算，则这个标准条件的pH值为 0 ，显然，不 符合生物体系反应条件。生物体系中，其标准自由能是指pH＝7.0时的自由能，