生物能学与生物氧化汇总
生物能学原理及生物氧化
kJ/mol
-61.9 -51.4
（kcal/mol）
(-14.8) (-12.3)
1, 3-二磷酸甘油酸
磷酸肌酸 ATP→ADP+Pi ADP→AMP+Pi 焦磷酸 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 AMP
-49.3
-43.1 -30.5 -27.6 -27.6 -20.9 -15.9 -14.2
ATP ：tricarboxylic acid cycle
目录
代谢与能量
物质代谢 代谢 生物氧化 产能 能量代谢 耗能 体内代谢 体外燃烧 物质——能量
转化
目录
分解 合成
体内代谢与体外燃烧的区别：
1. 温度：体温，~37度 高温 2. 反应温和：酶促,逐步氧化,逐步放能,可调节 反应剧烈：短时间内以光，热能形式放能 3. 效率：以高能键储存，40~55% 不能储存，0% 4. CO2来源：有机物氧化时释放的能量等于该物质所具 有的化学键能与其氧化产物所含化学键能之差。
目录
（二）热力学第二定律 ——自动发生的过程总熵增加
熵（entropy）表示一个系统的无序或随机程度。 常用∆G(自由能的变化)衡量一个生物化学过程是 否能够自发进行：
∆G<0，反应不可逆 ∆G>0，反应为吸能反应（ ∆G值越大，则系统 越 稳定，发生反应的倾向越小。） ∆G=0，反应系统处于平衡状态
目录
三、ATP在能量捕获、转移、储存和利用 过程中起核心作用
（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放 出大量自由能
高能磷酸化合物: 一般将∆Gº 大于ATP（包括ATP），或 ∆Gº 大于21 kJ/mol的磷酸化合物称为高能磷
生物能学和生讲义物氧化
A metabolic map,
By D.E. Nicholson,
University of Leeds,
U.K.
7
1.新陈代谢的特点
步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序 性。 各代谢途径相互交接 ，形成物质与能量的网络 化交流系统。 精密的调控机制保证机体最经济地利用物质和 能量。 各代谢途径之间存在许多重复出现的基元。 在温和条件下进行(由酶催化)。
COO-
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(2)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
磷酸肌酸素有ATP缓冲剂之称; 人体肌肉中磷酸肌酸的含量以及再生合成的速度是运动员素
质的物质基础。
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代谢中常见的有机反应机制
1. 基团转移反应 2. 氧化反应和还原反应 3. 消除、异构化及重排反应 4. 碳-碳键的形成与断裂反应
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代谢中常见的有机反应机制
35
一、生物氧化概论
1、生物氧化概念、类型
概念：有机物质（糖、脂肪、蛋白质等）在生物体内被氧 化分解成 CO2和水，并释放出能量的过程。
如，脂肪酸的β-氧化学说就是通过体内试验提出的。
2、体外研究
离体器官；组织切片；组织匀浆为细胞、细胞器、及细 胞抽提物来研究。例如：TCA、鸟苷酸循环等。
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（二）同位素示踪法
11
（三）代谢途径阻断法（使用酶的抑制剂）
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（四）利用基因突变研究代谢
通过研究与某个不正常的酶有关系的基因的突 变也可以提供有价值的信息，某些突变是致死的， 不能传给下一代，而有些突变是后代容忍的。对这 些突变的生物体的研究有助于鉴别出代谢途径中的 酶和中间代谢物。
量的中转站或偶联者。
能量代谢实质：ATP的形成与裂解。
生物化学5生物能学与生物氧化
生物能学与生物氧化代谢总论营养物质进入体内，转变为生物体内自身的分子以及生命活动中所需的物质和能量等等。
营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称新陈代谢新城代谢靠酶催化，都有其特殊的调节机制。
ATP的合成反应在线粒体上进行的，而ATP的供能反应大多是在细胞溶胶内进行的。
物质分解代谢产生ATP的的过程大致可分为三个阶段，第一个阶段由营养物的大分子分解为较小的分子，第二个阶段是由各种小分子进一步转化成少数几种共同物质，第三个阶段由柠檬酸循环和氧化磷酸化两个个共同代谢途径组成，这个阶段是形成ATP的主要阶段ATP在提供能量时，在ATP远端的那个磷酸基团水解成无极磷酸分子，ATP分子失掉一个磷酰基而变成腺苷二磷酸（ADP）。
腺苷二磷酸又可以在捕获能量的前提下，再与无极磷酸结合形成ATP。
ATP分子一旦形成就马上被利用掉，所以严格的说ATP并不是能量的储存形式，而是一种传递能量的分子。
递能作用由营养物质分解大写释放出的化学能，除了通过合成APP的途径捕获外，还有另外一种途径就是以氢原子和电子的形式将自由能转移给生物合成的需能反应。
这种具有高能的氢原子是由脱氢反应形成的。
脱氢酶催化物质的脱氢反应，将脱下的氢原子和电子传递给一类特殊能接受这种氢原子和电子的辅酶，叫做辅酶一或辅酶二FMN，译名为黄素腺嘌呤单核甘酸，FAD 译名黄素嘌呤二核苷酸，它们是另一类在传递电子和氢原子中起作用的载体。
FMN和FAD都能接受两个电子和两个氢原子，它们在氧化还原反应当中，特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用辅酶 A 简写为CoＡ，分子中含有腺嘌呤、Ｄ－核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺。
巯基是ＣｏＡ的活泼基团，它在酶促转乙酰基的反应中个，起着接受或提供乙酰基的作用。
乙酰基和辅酶 A 是通过一个硫脂键结合的。
这个硫脂键与ATP的高能磷酸键类似，在水解时能放出大量热量，因此乙酰辅酶A具有高的乙酰基转移势能。
乙酰辅酶A 携带的乙酰基不是一般的乙酰基，而是活泼的乙酰基团。
生物氧化总结
生物氧化总结生物氧化:物质在生物体内氧化,主要指糖类、脂肪、蛋白质等在体内逐步的分解释放能量，最终生成CO2 O的过程。
和H其他氧化酶：（1）过氧化氢酶（触酶，其辅基含有四个血红素）和过氧化物酶（以血红素为辅基，催化双氧水直接氧化酚类或胺类化合物）.（2）加氧酶：加单氧酶和加双氧酶。
—需要NADPH+H+和细胞色素P450参加。
（3）超氧化物歧化酶（SOD）：清除体内自由基。
二、生物氧化中CO2的生成：α-单纯脱羧；α-氧化脱羧（还有NADH+H+生成）；β-单纯脱羧；β-氧化脱羧三、生物氧化中H2O的生成：（一）底物脱水（二）呼吸链生成水：呼吸链：代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链或电子传递链。
1、组成：递氢体+电子传递体。
主要如下：烟酰胺核苷酸、黄素蛋白类（NADH脱氢酶）（FMN和FAD可以参与单电子或两个电子的传递）、铁硫蛋白（通过铁原子化合价的改变传递电子）、辅酶Q（能接受一个或两个电子）、细胞色素类（含有血红素铁卟啉的蛋白质；a、b、c三种）和铜蛋白。
2、呼吸链复合体：3、呼吸链的排列顺序：标准还原电位从低到高；自由能从高到低（1）NADH呼吸链或长呼吸链：NADH→FMN→(FeS)→CoQ→Cytb→(FeS)→Cytc→Cyta,a3→O2每转运一对电子到氧气分子，就有10个质子从线粒体基质泵到膜间隙。
（2）琥珀酸脱氢酶（也称FAD呼吸链）或短呼吸链：琥珀酸→FADH→(FeS)→CoQ→Cytb→(FeS)→Cytc→Cyta,a3→O2每转运一对电子到氧气分子，就有6个质子从线粒体基质泵到膜间隙。
4、呼吸链抑制剂：阻断NADH→CoQ氢和电子传递的有：鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。
阻断CoQ→Cytc1电子传递的有：抗霉素A，二巯基丙醇。
阻断Cyta,a3→O2电子传递的有：氰化物，如氰化钾、氰化钠以及叠氮化物和一氧化碳。
生物能学和生物氧化
新陈代谢 生物能学 生物氧化
主要内容
9.1 新陈代谢
新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交 换的全过程，是生物体内一切化学变化的总称，是 生物体表现其生命活动的重要特征之一。
新陈代%谢的%研究方法
体内研究法：生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调 节机制下研究代谢过程，为物质中间代谢过程的明确提供了 重要的依据。例如，脂肪酸的β-氧化学说的提出。
体外研究法：用离体器官、组织切片、组织匀浆或体外培养 的细胞、细胞器及细胞抽提物来研究代谢的过程。例如，三 羧酸循环、鸟氨酸循环等。
同位素示踪法。例如用14C标记葡萄糖的C1对磷酸戊糖途径 的发现起了非常重要的作用。
代谢途径阻断法：在试验过程中加入阻断剂来阻断中间某一 代谢环节，分析所得结果，推测代谢历程。例如Krebs等用 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶，导致琥珀酸积累，为三羧酸循环 的确认提供了重要依据。
ATP的作用和储存
ATP为即时性的能量载体。
ATP在细胞酶促磷酸基团转移中起“中转站”的作 用。
ATP不是能量的贮存物质，而是能量的携带者或传 递者。它可将高能磷酸键转移给肌酸（C）生成磷酸 肌酸（creatine phoshate，C~P）。但磷酸肌酸 所含的高能磷酸键不能直接应用，需用时磷酸肌酸 把高能磷酸键转移给ADP生成ATP。
磷酸肌酸是ATP高能磷酸基团的贮存库。在骨骼肌 、平滑肌、神经细胞内都存在，在肝脏、肾及其它
组织中的含量却极少。
其它作为能量直接来源的三磷酸核苷酸
UTP用于多糖合成。 CTP用于磷脂合成。 GTP用于蛋白质合成。
﹝ATP﹞+ 0.5﹝ADP﹞
能荷= ——————————— ﹝ATP﹞+﹝ADP﹞+﹝AMP﹞
生物能学和生物氧化共60页文档
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
生物能学和生物氧化
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马
2020年(生物科技行业)生物化学习题(生物能学与生物氧化)
（生物科技行业）生物化学习题(生物能学与生物氧化)生物化学习题（生物能学和生物氧化）壹、名词解释：1.生物氧化（bioogicaloxidation）生物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。
生物氧化在细胞内进行，氧化过程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有时也称之为“细胞呼吸”或“细胞氧化”。
生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及电子通过呼吸链传递、分子氧和传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2和H2O的同时，释放的能量使ADP转变成ATP。
2.呼吸链（respiratorychain）有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过壹系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终和氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。
3.氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP的作用，称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP的主要方式。
4.磷氧比（P/O）电子经过呼吸链的传递作用最终和氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。
经此过程消耗壹个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数（也是生成ATP的分子数）称为磷氧比值（P／O）。
如NADH的磷氧比值是3，FADH2的磷氧比值是2。
5.底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。
此过程和呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。
如在糖酵解（EMP）的过程中，3-磷酸甘油醛脱氢后产生的1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶催化下形成ATP的反应，以及在2-磷酸甘油酸脱水后产生的磷酸烯醇式丙酮酸，在丙酮酸激酶催化形成ATP的反应均属底物水平的磷酸化反应。
生物氧化(生物化学)
复合物Ⅲ ：泛醌到细胞色素c
复合物Ⅲ ：泛醌到Cyt c （细胞色素bc1复合物或CoQ: Cyt c氧化还原酶）
含有 约10 条以 上多 肽链
Cyt b562 Cyt b566 Cyt c1 铁硫蛋白 其它6种蛋白
主要催化Q循环
Q循环（The Q Cycle)
根据复合物Ⅲ的结构和氧化还原反应详细的生物化学研究， 提出了电子经复合物Ⅲ的Q循环： QH2 + 2cyt c1（氧化型）+ 2HN+ Q + 2cyt c1(还原型）+ 4Hp+
铁-硫中心 （Iron-sulfur Centers)
铁硫蛋白在电子传递链中，虽然起到传电子的作用， 但这不是传递链中一个单独的组分，往往是与其它组分结 合在一起共同起传递电子的作用。
5.2.4 辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ）
• 脂溶性醌类化合物，有一个长的异戊二烯侧链，因广泛 存在得名，又称泛醌(Ubiquinone) 。位于线粒体内膜。
The Nobel Prize in Chemistry 1978
"for his Contribution to the understanding of biologcial energy Transfer through the formulation of the chemiomotic theory"
5.1.1电子传递链 (electBiblioteka on transfer chain)
• 电子传递（electron transfer): 底物脱下的氢和电子经过系 列载体的序列氧化还原反应，最终把电子和氢质子传递给受 体的过程，称之为电子传递。
• 电子传递链（electron transfer chain): 由一系列递氢体和递 电子体组成的氧化还原反应链，称之为电子传递链。参与底 物氧化的电子传递链也叫做呼吸链（respiration chain)。
生物氧化相关知识点总结
生物氧化相关知识点总结1.生物氧化的基本过程生物氧化是生物体维持生命活动的重要化学反应过程。
它包括有机物的分解和氧化两个方面。
有机物的分解主要发生在细胞内质中的细胞器内，有机物在一系列酶的作用下先分解为较小的分子，然后被氧化，最终转化为细胞能量。
生物氧化的氧化部分发生在线粒体内，通过氧化酶的作用，有机物被氧化成为水和二氧化碳，同时释放大量的能量。
2.生物氧化的反应酶生物氧化反应过程需要许多酶参与。
这些酶在生物氧化过程中起着催化作用，加速有机物的分解和氧化反应。
其中最重要的酶包括葡萄糖氧化酶、柠檬酸循环中的酶以及氧化磷酸化酶等。
这些酶参与有机物分解和氧化的各个步骤，保证生物氧化能够高效进行。
3.生物氧化的能量转化有机物在生物氧化的过程中产生大量的能量。
这些能量最终被转化为细胞能量，在细胞呼吸链中合成ATP分子。
ATP是生物体内能量的主要搬运体，它携带能量在细胞内进行能量转移和利用。
在生物氧化的过程中，有机物的能量被高效地转化为ATP，供细胞进行各种生命活动。
因此，生物氧化过程是维持生物体生命活动不可或缺的过程。
4.生物氧化的关键物质生物氧化过程涉及到许多重要的分子和物质。
最重要的是葡萄糖，它是生物氧化的原料之一，是体内能量的主要来源。
此外，氧气是生物氧化必需的物质，它作为氧化剂参与有机物的氧化反应。
还有线粒体是生物氧化的主要场所，它是细胞内膜系统中的一种细胞器，参与了有机物的氧化过程。
在生物氧化过程中，还有很多其他重要的物质，如NADH、FADH2等，它们是细胞内的氧化还原辅酶，参与了生物氧化反应的氧化还原过程。
5.生物氧化与健康生物氧化过程对维持生物体的健康是非常重要的。
如果生物氧化过程受到干扰，会导致细胞能量供应不足，产生一系列的生理病理问题。
生物氧化过程的干扰还可能导致细胞环境内氧化应激增加，引发细胞损伤和衰老。
因此，维护生物氧化过程的顺利进行对于维持身体健康非常重要。
总之，生物氧化是生物体内维持生命活动所必需的基本化学反应过程。
生物化学习题(生物能学与生物氧化)
生物化学习题（生物能学与生物氧化）一、名词解释：1.生物氧化（bioogical oxidation）生物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。
生物氧化在细胞内进行，氧化过程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有时也称之为“细胞呼吸”或“细胞氧化”。
生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及电子通过呼吸链传递、分子氧与传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2和H2O的同时，释放的能量使ADP转变成A TP。
2.呼吸链（respiratory chain）有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。
3.氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成A TP的作用，称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成A TP的主要方式。
4.磷氧比（P/O）电子经过呼吸链的传递作用最终与氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成A TP。
经此过程消耗一个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数（也是生成ATP的分子数）称为磷氧比值（P／O）。
如NADH的磷氧比值是3，FADH2的磷氧比值是2。
5.底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP （或GDP）磷酸化生成A TP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。
此过程与呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。
如在糖酵解（EMP）的过程中，3-磷酸甘油醛脱氢后产生的1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶催化下形成ATP的反应，以及在2-磷酸甘油酸脱水后产生的磷酸烯醇式丙酮酸，在丙酮酸激酶催化形成ATP的反应均属底物水平的磷酸化反应。
生物化学 第六篇 生物能学和生物氧化
第六篇生物能学和生物氧化（第十七～十八章小结）第十七章生物能学生物能学是专门研究生命系统内的能量流动和能量转化规律的一门学科。
恒温、恒压条件得出的方程ΔG =ΔH -TΔS也适用于生命系统。
一个化学反应的自由能变化有一部分是恒定的，它由反应物本身的性质决定，而另一部分是可变的，它由反应的温度和反应物与产物的浓度决定。
在给定的条件下，如果知道ΔGθ＇，可以计算出一个反应的ΔG。
通过计算ΔG，可以判断一个反应在给定条件下进行的方向性。
如果ΔG =0，则反应到达平衡；如果ΔG＜0，则该反应为放能反应，可以自发地进行。
如果ΔG为一个非常大的负值，则表明此反应为不可逆反应；如果ΔG＞0，则此反应为需能反应，不能自发地进行。
如果ΔG是一个非常大的正值，则意味着反应几乎没有发生的可能。
一个氧化还原反应的ΔGθ＇与其ΔEθ＇的关系是ΔGθ＇=-nFΔEθ＇。
而非标准条件下的ΔG与同样条件下的ΔE之间的关系为ΔG =-nFΔE。
细胞内的放能反应可以用来驱动需能反应，只要两个反应的总的ΔG＜0，并通过某种偶联机制联系在一起。
生物体内存在两种偶联机制，一种机制通过一个共同的代谢中间物来实现。
另一种机制是通过特殊的高能生物分子来进行的。
高能生物分子是指那些既容易水解又能够在水解之中释放出大量自由能的一类分子的总称，以高能磷酸化合物最为常见。
在高能分子水解的时候，被水解断裂的化学键称为高能键，经常用“～”表示。
可使用“磷酸基团转移势能”来比较各种高能磷酸化合物或非高能磷酸化合物将其磷酸基团转移给水分子的能力。
显然，一种磷酸化合物水解反应的ΔG越小，磷酸基团转移势能越高。
ATP作为通用的“能量货币”几乎参与细胞内所有的生理过程，但ATP高的周转率使得它并不适合充当能量的贮存者。
在生物进化的过程中，磷酸肌酸、磷酸精氨酸或聚偏磷酸作为贮能物质。
除了ATP以外，其他NTP也可以作为能量货币，这些能量货币在细胞内是可以自由“兑换”的，但需要核苷二磷酸激酶的催化。
生物能学和生物氧化
14
﹝ATP﹞+ 0.5﹝ADP﹞
能荷= ——————————— ﹝ATP﹞+﹝ADP﹞+﹝AMP﹞
能荷：高能状态的腺苷酸与总腺苷酸浓度 之比。 能荷是细胞中ATP-ADP-AMP系统中高能 磷酸化状态的一种量度。
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15
9.3 生物氧化
❖ CO2和H2O的生成（物质的代谢） ❖ 物质代谢和能量生成的偶联（电子传递链） ❖ 能量生成和ATP生成（ ATP ase复合体）
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4
生物体内能量代谢的基本规律
❖ 生物体和周围环境既有物质交换，又有能量交换，因此，它 属于热力学开放体系。生物体内能量代谢服从热力学定律。
❖ 热力学第一定律是能量守恒定律，即能量不能创造也不能消 灭，只能从一种形式转变成另一种形式。生物体内的能量可 以相互转变，但生物体与环境的总能量保持不变。
10
ATP和其它高能磷酸化合物
❖ ATP的分子结构：三个磷酸基团、两个高能键。 ❖ 活性形式：MgATP2-
教学ppt
11
ATP的作用和储存
❖ ATP为即时性的能量载体。
❖ ATP在细胞酶促磷酸基团转移中起“中转站”的作 用。
❖ ATP不是能量的贮存物质，而是能量的携带者或传 递者。它可将高能磷酸键转移给肌酸（C）生成磷酸 肌酸（creatine phoshate，C~P）。但磷酸肌酸 所含的高能磷酸键不能直接应用，需用时磷酸肌酸
第九章、生物能学和生物氧化
❖ 新陈代谢 ❖ 生物能学 ❖ 生物氧化
主要内容
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2
9.1 新陈代谢
❖ 新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交 换的全过程，是生物体内一切化学变化的总称，是 生物体表现其生命活动的重要特征之一。
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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）
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，最基本的形基磷酸化合物
1. 高
磷酸化合物
➢ 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-―°―′―
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-
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？
△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
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
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
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
CO2 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）
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。
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
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
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
[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，