生物能学与生物氧化ppt课件
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式计算： 0（ ΔE0 ） = E0正极-E0负极
生物体内的氧化还原物质在进行氧化-还原反应时，基本原理
和原电池一样。
氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下：
ΔG°′=－nFΔE°′
氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下： 0（ ΔE0 ） = (RT/nF)lnKeq = 2.3 (RT/nF)lgKeq
Δ G°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 log19 =-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
Δ G′=Δ G°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.3038.314 311 log0.1 =-13.6KJ.MOL-1
例题：计算下反应式Δ G°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题： 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Δ G0。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Δ G是多少？
解： 达平衡时
=Keq=19
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.3
Δ G°′-nFΔ E°′ -2×96485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
3、偶联化学反应Δ G°′变化的可加性
在偶联的化学反应中，各反应的标准自由能变化是可以
代谢调节可分为三个不同水平：
分子水平
细胞水平
整体水平
第二节 生物能学
一、有关热力学的一些基本概念 二、自由能的概念 三、化学反应中自由能的变化和意义 四、生物体的能流和能量产生的三个阶段
一、有关热力学的一些基本概念
体系、环境、状态 能的两种形式 — 热与功 热力学第一定律和内能(internal energy)、焓(enthalpy) 热力学第二定律和熵(entropy) 自由能(free energy)
递
呼
+O2
分解
(CO2) +H2O
及
吸 作
电子传递
（化 学 能）
转
用
（电 能）
异
化
ADP
ATP
养
总
生
过
命
程
现
象
（化 学 能）
细
生物合成
机械功
胞
主动运输
生物发光
生物发电
生物发热
三、新陈代谢的调节
生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢的协调 配合，关键在于它存在有精密的调节机制。代谢的调节使生物 机体能适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。这种精 密的调节机制是生物在长期演化中获得的。
式中：Δ G°′= - RTlnKeq
Δ G′ — 某一化学反应随参加化学反应物质的浓度、发生化学反应
的pH和温度而改变的自由能变化。
Qc
-
浓度商：
QC
[C]C[D]d [A]a[B]b
Δ G°′ — 标准条件（T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为
1mol/L,pH=7.0）下，化学反应自由能的变化。
二、自由能（free energy）
物理意义：－Δ Ｇ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： Δ G<0，反应能自发进行 Δ G>0，反应不能自发进行 Δ G=0，反应处于平衡状态。
自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物 体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也 正是为有机体利用的自由能。它不仅可以用来判断机体内某一过程能否自发 进行，而且还可以利用自由能这个函数来计算反应的其它有用参数。
三、 化学反应中自由能的变化和意义
1、化学反应的自由能变化的基本公式
Δ Ｇ=Δ H-TΔ S
2、化学反应自由能变化与平衡常数和电势的关系 3、偶联化学反应Δ G°′变化的可加性 4、能量学用于生物化学反应中的一些规定
化学反应自由能的变化和平衡常数的关系
假设有一个化学反应式：aA + bB = cC + dD 恒温恒压下：Δ G′=Δ G°′+ RTlnQc
第五章 代谢引论和生物能学概述 主要内容：介绍新陈代谢的概念 和研究方法，生物能力学的基本内 容和高能化合物的概念和特点。
思考
第一节 代谢通论总论
一、新陈代谢概念 二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位 三、新陈代谢的调节 四、代谢中常见的有机反应
一、新陈代谢的概念
新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一， 泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换 的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质 ，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化 作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经 过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体 外，即所谓异化作用（dissimilation ），通过上述过程不 断地进行自我更新。
Keq - 平衡常数：
[C]C[D]d
Keq [A]a[B]b
例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
化学反应自由能的变化和氧化-还原电势的关系
任何一个氧化-还原反应，在理论上都可以构建成一个原电池。
氧化-还原物质连在一起，都可以有氧化-还原电势产生，任何氧 还电对都有其特定的标准电势原(E0)，电池的标准电动势可用下
例：计算NADH氧化反应的Δ G°′
检流计
原
电
-
e
+
池
示
意
图
ZnSO4
CuSO4
盐桥
负极反应: Zn=Zn2++2e
E0
2+ Zn /
Zn=
-
0.76V
正极反应: Cu=Cu2++2e
E0
2+ Cu /
Cu=+
0.34V
ΔE0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V
相加的：例：
A = B+C
Δ G°′= + 20.92 KJ/mol
特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途 径逐步进行
新陈代谢的概念及内涵
小分子 大分子
合成代谢（同化作用）
需要能量
新
能
物信
陈
量
质息
代
代
代交
谢
谢
谢换
释放能量
分解代谢（异化作用）
大分子 小分子
太阳
生
物
光 合
（光 能）
自
电子传递
（电 能）
养
界 能
作
ADP
用
ATP
细
（化 学 能）
来自百度文库
胞
量
合成
传
(CH2O)
生物体内的氧化还原物质在进行氧化-还原反应时，基本原理
和原电池一样。
氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下：
ΔG°′=－nFΔE°′
氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下： 0（ ΔE0 ） = (RT/nF)lnKeq = 2.3 (RT/nF)lgKeq
Δ G°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 log19 =-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
Δ G′=Δ G°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.3038.314 311 log0.1 =-13.6KJ.MOL-1
例题：计算下反应式Δ G°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题： 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Δ G0。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Δ G是多少？
解： 达平衡时
=Keq=19
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.3
Δ G°′-nFΔ E°′ -2×96485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
3、偶联化学反应Δ G°′变化的可加性
在偶联的化学反应中，各反应的标准自由能变化是可以
代谢调节可分为三个不同水平：
分子水平
细胞水平
整体水平
第二节 生物能学
一、有关热力学的一些基本概念 二、自由能的概念 三、化学反应中自由能的变化和意义 四、生物体的能流和能量产生的三个阶段
一、有关热力学的一些基本概念
体系、环境、状态 能的两种形式 — 热与功 热力学第一定律和内能(internal energy)、焓(enthalpy) 热力学第二定律和熵(entropy) 自由能(free energy)
递
呼
+O2
分解
(CO2) +H2O
及
吸 作
电子传递
（化 学 能）
转
用
（电 能）
异
化
ADP
ATP
养
总
生
过
命
程
现
象
（化 学 能）
细
生物合成
机械功
胞
主动运输
生物发光
生物发电
生物发热
三、新陈代谢的调节
生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢的协调 配合，关键在于它存在有精密的调节机制。代谢的调节使生物 机体能适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。这种精 密的调节机制是生物在长期演化中获得的。
式中：Δ G°′= - RTlnKeq
Δ G′ — 某一化学反应随参加化学反应物质的浓度、发生化学反应
的pH和温度而改变的自由能变化。
Qc
-
浓度商：
QC
[C]C[D]d [A]a[B]b
Δ G°′ — 标准条件（T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为
1mol/L,pH=7.0）下，化学反应自由能的变化。
二、自由能（free energy）
物理意义：－Δ Ｇ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： Δ G<0，反应能自发进行 Δ G>0，反应不能自发进行 Δ G=0，反应处于平衡状态。
自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物 体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也 正是为有机体利用的自由能。它不仅可以用来判断机体内某一过程能否自发 进行，而且还可以利用自由能这个函数来计算反应的其它有用参数。
三、 化学反应中自由能的变化和意义
1、化学反应的自由能变化的基本公式
Δ Ｇ=Δ H-TΔ S
2、化学反应自由能变化与平衡常数和电势的关系 3、偶联化学反应Δ G°′变化的可加性 4、能量学用于生物化学反应中的一些规定
化学反应自由能的变化和平衡常数的关系
假设有一个化学反应式：aA + bB = cC + dD 恒温恒压下：Δ G′=Δ G°′+ RTlnQc
第五章 代谢引论和生物能学概述 主要内容：介绍新陈代谢的概念 和研究方法，生物能力学的基本内 容和高能化合物的概念和特点。
思考
第一节 代谢通论总论
一、新陈代谢概念 二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位 三、新陈代谢的调节 四、代谢中常见的有机反应
一、新陈代谢的概念
新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一， 泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换 的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质 ，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化 作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经 过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体 外，即所谓异化作用（dissimilation ），通过上述过程不 断地进行自我更新。
Keq - 平衡常数：
[C]C[D]d
Keq [A]a[B]b
例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
化学反应自由能的变化和氧化-还原电势的关系
任何一个氧化-还原反应，在理论上都可以构建成一个原电池。
氧化-还原物质连在一起，都可以有氧化-还原电势产生，任何氧 还电对都有其特定的标准电势原(E0)，电池的标准电动势可用下
例：计算NADH氧化反应的Δ G°′
检流计
原
电
-
e
+
池
示
意
图
ZnSO4
CuSO4
盐桥
负极反应: Zn=Zn2++2e
E0
2+ Zn /
Zn=
-
0.76V
正极反应: Cu=Cu2++2e
E0
2+ Cu /
Cu=+
0.34V
ΔE0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V
相加的：例：
A = B+C
Δ G°′= + 20.92 KJ/mol
特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途 径逐步进行
新陈代谢的概念及内涵
小分子 大分子
合成代谢（同化作用）
需要能量
新
能
物信
陈
量
质息
代
代
代交
谢
谢
谢换
释放能量
分解代谢（异化作用）
大分子 小分子
太阳
生
物
光 合
（光 能）
自
电子传递
（电 能）
养
界 能
作
ADP
用
ATP
细
（化 学 能）
来自百度文库
胞
量
合成
传
(CH2O)