生物能学与生物氧化ppt课件
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生物氧化—生物氧化及能量利用(生物化学课件)
（一）底物水平磷酸化
❖ 概念：代谢物在氧化分解过程中，有少数反应因脱氢或 脱水而引起分子内能量重新分布，产生高能键，然后将 高能键直接转移给 ADP（或GDP）而生成ATP（或GTP） 的反应，称为底物水平磷酸化。
O
C OO- PO 3 2-
ADP
ATP
HC OH HO
H2C O P O
磷酸甘油酸激酶
ATP
ADP/ATP↓： 抑制氧化磷酸化，ATP生成↓ ADP/ATP↑： 促进氧化磷酸化，ATP生成↑
(2) 甲状腺素的作用
❖ ATP分解↑ 产热量↑ ❖ ATP合成↑ 耗氧量↑
(3)氧化磷酸化抑制剂的作用 ①呼吸链抑制剂
作用：阻断电子传递
琥珀酸
FAD
NADH FMN CoQ b c1 c aa3 O2
3. 能量的储存
C + ATP 肌酸激酶 C～P +ADP
肌酸
磷酸肌酸
二、ATP的利用
氧化 磷酸化
底物水平 磷酸化
ATP
C
～P CK
～P
C～P
ADP
ATP的生成、储存与利用
机械能 渗透能 化学能 电能 热能
ATP循环
❖ ATP是高能磷酸化合物，ATP水解时释放出的自由能被利用同时转 变成 ADP和Pi或 AMP和PPi。ADP和Pi则通过氧化磷酸化重新合成 ATP，这样就构成ATP循环。
~p
ADP+Pi ATP
ADP+Pi ATP
3. 影响氧化磷酸化的因素
(1) ADP与ATP的调节作用 (2) 甲状腺素的作用 (3) 氧化磷酸化抑制剂的作用
①呼吸链抑制剂 ②解偶联剂 ③磷酸化抑制剂
(1) ADP与ATP的调节作用
生物化学 第八章 生物氧化(共83张PPT)
HO– CHCOOH
苹果酸
△ G0′≈0(变化很小）
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环
CH2COOH HO CHCOOH
苹果酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸脱氢酶
CH2COOH O C COOH
草酰乙酸
△ G0′
完整的三羧酸循环
小结
TCA循环
8步反应(10步) 8种酶催化 反应类型：缩合1、氧化4、底物水平磷酸化1、
S
Fe
S
铁硫簇(Fe4S4) C
功能：参与电子传递
3、细胞色素：以铁卟啉为辅基的结合蛋白
+e
Fe3+
Fe2+
-e
功能：传递电子
第四节 三羧酸循环（TCA循环）
淀粉、糖原
葡萄糖
脂肪
甘油、脂肪酸
蛋白质 氨基酸
TCA循环
乙酰CoA
2H ADP＋Pi
CO2
ATP H2O
1/2O2
概念：
乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环, 在有氧 条件下被彻底氧化为CO2和H2O,由于该途径的第一个 代谢物是含有三个羧基的柠檬酸, 故称之为三羧酸循环
或柠檬酸循环,简称为TCA 循环。
为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明TCA循 环中所做出的突出贡献,又称之为Krebs循环。
TCA 循环也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰CoA）被降 解成CO2
产生一些ATP
产生更多的NADH和FADH2
NADH和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的ATP。
4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。
苹果酸
△ G0′≈0(变化很小）
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环
CH2COOH HO CHCOOH
苹果酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸脱氢酶
CH2COOH O C COOH
草酰乙酸
△ G0′
完整的三羧酸循环
小结
TCA循环
8步反应(10步) 8种酶催化 反应类型：缩合1、氧化4、底物水平磷酸化1、
S
Fe
S
铁硫簇(Fe4S4) C
功能：参与电子传递
3、细胞色素：以铁卟啉为辅基的结合蛋白
+e
Fe3+
Fe2+
-e
功能：传递电子
第四节 三羧酸循环（TCA循环）
淀粉、糖原
葡萄糖
脂肪
甘油、脂肪酸
蛋白质 氨基酸
TCA循环
乙酰CoA
2H ADP＋Pi
CO2
ATP H2O
1/2O2
概念：
乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环, 在有氧 条件下被彻底氧化为CO2和H2O,由于该途径的第一个 代谢物是含有三个羧基的柠檬酸, 故称之为三羧酸循环
或柠檬酸循环,简称为TCA 循环。
为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明TCA循 环中所做出的突出贡献,又称之为Krebs循环。
TCA 循环也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰CoA）被降 解成CO2
产生一些ATP
产生更多的NADH和FADH2
NADH和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的ATP。
4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。
生物化学生物氧化ppt课件
第五章 生物氧化
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物
生物化学第六章 生物氧化(共77张PPT)
O O- P
O-
O O P O-
O-
NH2
N
N
焦磷酸
ATP（三磷酸腺苷） 千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
（3）烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
千卡/摩尔
2.氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻断呼吸 链中某个传递步骤，再测定链中各组分的氧化-还原 状态情况，是研究电子传递中电子传递体顺序的一 种重要方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：其作用是阻断电子在NADH— Q还原酶内的传递，所以阻断了电子由NADH向CoQ的传递。
3．生成二氧化碳的氧化反应
（1）直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接
从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 （2）氧化脱羧作用
氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱
羧酶的催化下，在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。 例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。
第二节、生物能及其存在形式
4、复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
功能：将电子从细胞色素c传递给氧
复合体IV
还原型Cytc → CuA→a→a3→CuB
→O2
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
Cytc
e-
胞液侧
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)。
生物化学 第十章 生物氧化PPT课件
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物体内能量产生的三 个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
30
（四）电子传递链的组成成分 3、琥珀酸—Q还原酶（复合体Ⅱ）
嵌在线粒体内膜（包括琥珀酸脱氢酶） 电子传递：FADH2 Fe-S CoQ
31
Ubiquinone (Q) accepts electrons from both NADH and FADH2 in the respiratory chain
一、氧化—还原电势
e
提供电子 （还原剂）
负极
锌片溶解 Zn2+进入溶液
铜沉积 Cu2+得电子
得到电子 （氧化剂）
正极
9
ε0 =E0正极 — E0负极 电动势=正负极电极势之差
10
标准氢电极的电极势
为0，25℃、1大气压 氢压力、 H+活度为1M、pH=0
11
• 标准电动势ε0：反应中各种物质的活
ΔG°′=－nFΔE°′ ΔE°′= E0正极 — E0负极
16
NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.3
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。
教学ppt
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）
教学ppt
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
教学ppt
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。
生物氧化的概念与特点.ppt
答：三羧酸循环
其他一些CO2产生途径如 糖异生
草酰乙酸 + GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸 +GDP + CO2
氨基酸脱羧
NH2
脱羧酶
NH2
R C COOH
R C H + CO2
H
H
第一节 生物氧化的概念与特点
二、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在细胞温和的条件下，经历许 多复杂的酶促反应历程而逐步完成的。生 物氧化中的能量也是逐步释放出来的。
Oxidative phosphorylation – an overview
The oxidation of NADH/H+ to NAD+ and the reduction of O2 to H2O does not occur in a single step.
Rather, it is coupled through a series of oxidation-reduction cycles that are mediated by multiprotein complexes located in the inner membrane of the mitochondria called the mitochondrial respiratory chain.
两人因此共同获得了1997高能化合物将所含的高能键中的能量直接传给adp使之磷酸化为atp是否参加反应无关只需高能底物存在只获得部分能量3磷酸甘油激酶13二磷酸甘油酸adp3磷酸甘油酸atp丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸adp烯醇式丙酮酸atp琥珀酰coa硫激酶琥珀酰coa琥珀酸coashgdppigtpatpadppi代谢物脱下的氢经电子传递链传递给o2生成h2o的过程中逐步释放能量使adp磷酸化生成atp这种氧化与磷酸化的偶联过程称为氧化磷酸化
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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。
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
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)
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
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）
胞
量
合成
传
(CH2O)
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
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。
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
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
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。
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
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]C98OK,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。
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
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。
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
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)
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
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）
胞
量
合成
传
(CH2O)
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
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。
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
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
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。
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
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]C98OK,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。
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