化学读书报告

化学读书报告-生物能学与生物氧化

丁文欣14120813

一、概况

我们已经接触了很多化学反应，那么在生物体内，也进行着大量的化学反应，通过读这本书，我了解到了一个全新的生物化学世界。

1、自由能

通过自由能可以推导出自发反应的方向并指出一个化学反应过程中的能量的生成或消耗。因此自由能在生物化学系统中具有关键的热动力学功能。对于溶液中进行的反应，如果参加反应的物质浓度为1mol/L，温度为25℃，压力为一个大气压，则这种状态为标准状态，在该状态下的自由能称为标准自由能△G0 =-RTlnK eq’。然而在生物体内却不可能达到标准状态。原因是生物中的化学反应中都伴随着质子，而1mol/L意味着PH=0，这是一个非生物体系的条件。因此为了描述生物化自由能的变化，引入了生物化学自由能△ G0’=-RTlnK’bio ，其中K’bio 表示在PH值为8时的生化反应的平衡常数。

2、富能化合物

营养物质的化学能量通过一系列氧化还原反应得以释放和利用的整个过程称为生物氧化。当一个生化物质，如葡萄糖完全氧化为CO2和H20时，△G0’=-2880KJ/mol。如此巨大的能量完全以热能的形式直接释放是有害的，它将导致生物大分子的变性，生物体解决这个问题的办法是利用一些化合物作为真和谐释放能量的暂时储存形式，这些化合物被称为富能化合物。其中，最主要的类型是ATP。从ADP和Pi形成ATP需吸收30。5kJ/mol的能量。细胞或组织可以通过逆向过程利用其中的能量，富能化合物的水解和其他形式的裂解会放出能量。吸能反应和放能反应发生在合成和分解的代谢中，构成能量的偶联反应。这样的能量代谢的整个网络是基于ATP的合成与分解，称为ATP循环。

富能化合物不仅仅是ATP，还有其他很多类型，其中主要分为三种：酸酐类、特殊酯类和磷酰胺酸衍生物。ATP属于酸酐类。

富能化合物在生物系统中起到了一种能量通货的作用，大多数的耗能生化反应都要有富能化合物的参与，因此富能化合物是生化反应的基础。

3、电子传递

与一般的化学反应不同，生物化学的反应大多数是分步进行的，每一步都有特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步反应的模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能源利用率。那么在分布进行的氧化还原反应中，电子的运输变得十分重要，因此生物产生了一种独特的电子传递机制。

首先，电子传递的方向是由氧化还原电位决定的。所有氧化还原的发生依赖于氧化-还原对中氧化剂的电子亲和力，在氧化还原对中，一个具有较高电子亲和力的氧化剂的还原对被还原，另一个氧化还原对被氧化。氧化剂对电子的亲和力可以通过氧化还原电位来描述。在生物化学中，还可用还原力表示获得电子的

能力，还原力可以与H 2的氧化还原对或者氢电极的比较得到。一个氢电极由插入含有氢离子溶液的铂电极和溶液上方的氢气组成。规定室温为25℃、氢气的压力为一个大气压、溶液中的氢离子为1mol/L 时，这个电极的电压为0伏特，这就是标准氢电极。然而，这个条件的PH=0，同样不适用于生化化学反应。因此在生物化学中，定义了一个不同的参考电位，称为生物化学标准氧化还原电位，以E 0’表示。此时C （H +）=10-8mol/L ，其他条件和标准氢电极的一样。E 0’可以用

下列公式表示：E 0’=2.30RT nF logK ’,式中，R 是气体常数，T 是绝对温度（K ），F 是

法拉第常数，K ’是PH 值为8.0时反应的平衡常数。

对于氧化还原反应，其自由能变化与氧化还原电位的变化的关系可以用一下两个公式表示：△ G 0’=-nFE 0’ △ G 0’=-nF △ E 0’，这里E 0’和△ E 0’表示两个半反应结合后的氧化还原电位总的变化，n 是一个半反应所产生的被另一个半反应所消耗的电子数。这些公式表示的氧化还原电位的变化与自由能的变化相等，这实际上是从不同的角度解释生物化学中氧化还原反应。一个氧化还原最终进行的方向取决于细胞内反应物和产物的浓度。

要在细胞内实现电子传递，不光要就需要建立电子传递系统。以生物中的氧化为例，当代谢物被氧化时，NAD +还原为NADH ，这个过程需要从代谢物上以氢负离子和一个质子的形式移走两个氢原子，一个或两个都转移进辅酶。吸收的氢负离子和质子从脱氢酶上转移到其他的氧化还原反应辅酶上和一些特殊的化合物上，它们作为依次连续的电子载体组成电子载体链，电子通过这些电子载体链流向氧气。这样，由特殊的酶、辅酶和其他化合物组成了电子传递系统。在真核细胞中，电子传递系统位于线粒体内膜。原核生物有着由相同电子载体组成和相似的电子传递系统。

在电子传递系统中，非常重要的是电子传递载体。线粒体ETS 由五类电子载体组成。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、黄素蛋白类、辅酶Q （泛醌）、细胞色素类、铁硫蛋白类。通过其辅基的可逆氧化还原传递电子. 它们在膜表面形成四个复合体。NADH 依次经过复合物Ⅰ、辅酶Q 、复合体Ⅲ、细胞色素C 、复合体Ⅳ最终把电子传递给氧气，并将质子排到线粒体膜间隙最终经线粒体ATP 合酶生成2.5个ATP .FADH2经复合体Ⅱ、辅酶Q 、复合体Ⅲ、细胞色素C 、复合体Ⅳ最终把电子传递给氧气，并将质子排到线粒体膜间隙最终经线粒体ATP 合酶生成1.5个ATP .由于前者的生成ATP 量大于后者，所以前者称为主电子传递链，后者称为次电子传递链。

4、呼吸作用的控制机理

在大多数生理作用条件下，ATP 的合成石紧密地与呼吸作用和ETS 的运转偶联的，ATP 的合成绝对依赖电子流动。除非ADP 被磷酸化成ATP ，否则电子不会正常流过ETS ，这种呼吸作用调节现象被称为呼吸控制，他基本上取决于细胞内ADP 的水平。活跃的、消耗能量的细胞利用ATP ，积累ADP 。高浓度的ADP 刺激

呼吸并增强ETS的活性；相反的，在静止的、有良好营养的细胞积累ATP，ADP 的缺少限制了呼吸作用并降低了ETS的活性。

呼吸作用控制是代谢中一个主要的控制机理，它表现了在细胞内ATP的需求和食物通过EST被氧化速率的联系。

二、心得体会

通过自学生物化学中的“生物能学与生物氧化”这一章，我了解到了生物中存在的诸多化学反应，同时也明白了生物化学与普通化学之间的区别，更重要的是我通过这次的读书报告，提高了对未知事物的自学能力，这是一件使我终生受用的能力。

三、上课建议

包括我在内的很多同学在中学都没有学习过原子结构的任何知识，我希望老师能在用量子理论解释原子结构之前先简单讲一下原子结构，将能层、能级、构造原理这些基本概念告诉我们，再开始新的内容。

参考文献：《生物化学》

百度百科电子传递链/view/570899.htm?fr=aladdin