中农动物医学本科生物化学生命的化学特征课件
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体内能量的产生、转移和利用
1.自由能（free energy）
热力学奠基人 Josiahwillard Gibbs 1878年提出： 指物质能用于做功的能量。
Gibbs 提出的自由能公式
△ G = △H - T△S △H：体系焓的变化 T：体系的绝对温度 △S：体系的熵度
△ G <0 △ G >0 △ G =0
第二章 生命的化学特征
化学成分的同一性
C，H，O，N
一 生命物质中的元素
硫和磷
可以形成相对比较弱的化学键，在化学基团和能量转移中有重要作用，如巯基 -SH用于携带和转移脂酰基，磷酰基用于贮存和转移化学能
钾、钠、氯、钙、镁
维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞膜电位 钠、钾离子 神经肌肉正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢 镁离子是300多种酶的辅因子 钙离子是骨骼的主要成分，参与广泛的细胞生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝 固，是细胞信号传导的第二信使等
其他的微量元素
主要有铁与铜，化学价可变（Cu2+/ Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化过程中作为电 子递体，是许多酶的辅因子。还有Zn 2+，Mn 2+ ，Mo 2+ 和I 等也有重要生理功能。
Elemental abundance in seawater , the human body, and the earth's crust*
释放出的能量去了哪里？
反应能自发进行 反应不能自发进行 反应达到平衡
2 ATP (Adenosine triphosphate)
ATP（三磷酸腺苷，又称腺苷三磷酸）
ATP的分子结构： 一分子腺嘌呤，一分子核糖和三个相连的磷
酸基团 两个高能键
ATP的生成和利用 ATP
肌酸
磷酸 肌酸
氧化磷酸化 底物水平磷酸化 ~P
水是极性分子 形成氢键
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
F=Q1Q2/r2
F：离子间作用力 Q：所带电荷 : 介电常数 r: 电荷基团间距
祝同学们学习愉快
Seawater (%)
Human body (%) Earth's crust (%)
H
ຫໍສະໝຸດ Baidu66
H
63
O
47
O
33
O
25.5
Si
28
Cl
0.33
C
9.5
Al
7.9
Na
0.28
N
1.4
Fe
4.5
Mg
0.033
Ca
0.31
Ca
3.5
S
0.017
P
0.22
Na
2.5
Ca
0.0062
Cl
0.08
K
2.5
K
0.0060
生理功能
（1）几乎所有的生物分子都根据它们对周围水的物理性质和
化学性质的反应，决定它们的形状（从而决定它们的功能）。
（2）大多数生化反应的介质是水。代谢反应的反应物和产物、 营养物及废物都依靠水在细胞内及细胞间转运。
（3）水本身积极参与许多维持生命的化学反应。水的离子 成分H＋和OH－通常是真正的反应物。
葡萄糖-6-磷酸 + ADP （放能，ΔG<0，为 -17 kJ/mol）
由葡萄糖激酶催化的反应
四 水——生命的介质
水母97% 蛙78%
鱼类80-85% 哺乳动物，65%
人体组织器官的含水量（%）
牙本质 骨骼 骨骼肌 心脏 血液 脑
10
22
76
79
83 84
胎儿脑 91
存在形式
自由水 结合水
ADP
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。
~P
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
能量偶联反应
在生命有机体中一个放能的反应可以与一个耗能的反 应偶联，以推动原本不能进行的反应。
葡萄糖 + 磷酸 ATP
葡萄糖 + ATP
葡萄糖-6-磷酸 （耗能，ΔG>0，为 14 kJ/mol） ADP + Pi （放能，ΔG<0，为 -31 kJ/mol）
K
0.06
Mg
2.2
C
0.0014
糖类 脂类 蛋白质 核酸
二 生物大分子
三 生命体系中的非共价作用力
生物大分子的三维结构主要靠次级键维持 氢键、离子键、疏水力、范德华力
弱键对生物分子结构与功能很重要!
氢键
形成条件：吸引电子能力强而原子半径较小的非金属原 子与H之间。 表示方法：X—H…Y，其中X、Y代表F、O、N等电负 性较大的原子。 氢键的键能比共价键小得多，比分子间作用力稍大。
蛋白质 核酸
离子键
盐键 生物分子中带有相反电荷的集团之间的静 电引力的相互作用。
蛋白质
疏水力
非极性分子排开水的力量即疏水力 蛋白质 磷脂
范德华力
• 近距离接触的任意两个原子之间的弱吸引 力。距离通常为0.3-0.4nm。
四 生物能量学
生物能量学（bioenergetics）：研究生命有机体传递 和消耗能量的过程，阐明能量的转换和交流的基本规律。
1.自由能（free energy）
热力学奠基人 Josiahwillard Gibbs 1878年提出： 指物质能用于做功的能量。
Gibbs 提出的自由能公式
△ G = △H - T△S △H：体系焓的变化 T：体系的绝对温度 △S：体系的熵度
△ G <0 △ G >0 △ G =0
第二章 生命的化学特征
化学成分的同一性
C，H，O，N
一 生命物质中的元素
硫和磷
可以形成相对比较弱的化学键，在化学基团和能量转移中有重要作用，如巯基 -SH用于携带和转移脂酰基，磷酰基用于贮存和转移化学能
钾、钠、氯、钙、镁
维持细胞渗透压、细胞容积、离子平衡、细胞膜电位 钠、钾离子 神经肌肉正常兴奋性，糖原合成和蛋白质代谢 镁离子是300多种酶的辅因子 钙离子是骨骼的主要成分，参与广泛的细胞生理活动，如物质的转运与分泌，血液凝 固，是细胞信号传导的第二信使等
其他的微量元素
主要有铁与铜，化学价可变（Cu2+/ Cu+ ， Fe3+/ Fe2+），在生物氧化过程中作为电 子递体，是许多酶的辅因子。还有Zn 2+，Mn 2+ ，Mo 2+ 和I 等也有重要生理功能。
Elemental abundance in seawater , the human body, and the earth's crust*
释放出的能量去了哪里？
反应能自发进行 反应不能自发进行 反应达到平衡
2 ATP (Adenosine triphosphate)
ATP（三磷酸腺苷，又称腺苷三磷酸）
ATP的分子结构： 一分子腺嘌呤，一分子核糖和三个相连的磷
酸基团 两个高能键
ATP的生成和利用 ATP
肌酸
磷酸 肌酸
氧化磷酸化 底物水平磷酸化 ~P
水是极性分子 形成氢键
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
F=Q1Q2/r2
F：离子间作用力 Q：所带电荷 : 介电常数 r: 电荷基团间距
祝同学们学习愉快
Seawater (%)
Human body (%) Earth's crust (%)
H
ຫໍສະໝຸດ Baidu66
H
63
O
47
O
33
O
25.5
Si
28
Cl
0.33
C
9.5
Al
7.9
Na
0.28
N
1.4
Fe
4.5
Mg
0.033
Ca
0.31
Ca
3.5
S
0.017
P
0.22
Na
2.5
Ca
0.0062
Cl
0.08
K
2.5
K
0.0060
生理功能
（1）几乎所有的生物分子都根据它们对周围水的物理性质和
化学性质的反应，决定它们的形状（从而决定它们的功能）。
（2）大多数生化反应的介质是水。代谢反应的反应物和产物、 营养物及废物都依靠水在细胞内及细胞间转运。
（3）水本身积极参与许多维持生命的化学反应。水的离子 成分H＋和OH－通常是真正的反应物。
葡萄糖-6-磷酸 + ADP （放能，ΔG<0，为 -17 kJ/mol）
由葡萄糖激酶催化的反应
四 水——生命的介质
水母97% 蛙78%
鱼类80-85% 哺乳动物，65%
人体组织器官的含水量（%）
牙本质 骨骼 骨骼肌 心脏 血液 脑
10
22
76
79
83 84
胎儿脑 91
存在形式
自由水 结合水
ADP
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。
~P
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
能量偶联反应
在生命有机体中一个放能的反应可以与一个耗能的反 应偶联，以推动原本不能进行的反应。
葡萄糖 + 磷酸 ATP
葡萄糖 + ATP
葡萄糖-6-磷酸 （耗能，ΔG>0，为 14 kJ/mol） ADP + Pi （放能，ΔG<0，为 -31 kJ/mol）
K
0.06
Mg
2.2
C
0.0014
糖类 脂类 蛋白质 核酸
二 生物大分子
三 生命体系中的非共价作用力
生物大分子的三维结构主要靠次级键维持 氢键、离子键、疏水力、范德华力
弱键对生物分子结构与功能很重要!
氢键
形成条件：吸引电子能力强而原子半径较小的非金属原 子与H之间。 表示方法：X—H…Y，其中X、Y代表F、O、N等电负 性较大的原子。 氢键的键能比共价键小得多，比分子间作用力稍大。
蛋白质 核酸
离子键
盐键 生物分子中带有相反电荷的集团之间的静 电引力的相互作用。
蛋白质
疏水力
非极性分子排开水的力量即疏水力 蛋白质 磷脂
范德华力
• 近距离接触的任意两个原子之间的弱吸引 力。距离通常为0.3-0.4nm。
四 生物能量学
生物能量学（bioenergetics）：研究生命有机体传递 和消耗能量的过程，阐明能量的转换和交流的基本规律。