生物化学第19和20章节代谢总论和生物能学幻灯片.pptVIP

化学反应和自由能关系的进一步说明 1．ΔG 0是反应能够自发进行的判据，随着反应的进行，ΔG逐渐趋向于零，其反应的限度是ΔG = 0，这时反应达到平衡。 2．ΔG只提示化学反应的方向和限度，不预示反应过程的速率，实际上许多ΔG 0的反应速度非常缓慢，几乎无法察觉。在生物体内，这些反应需要催化剂催化才能进行。对于ΔG 0的反应，即使有催化剂也不能进行。 3．不稳定的基团自由能高，容易发生反应。 能量学用于生物化学反应中的一些规定 1．一个稀的水溶液系统，如果有水作为反应物或产物时，水的浓度规定为1.0。 2．在生物化学能量学中，通常把标准状况的pH规定为7.0。而在物理化学中，标准状况规定为pH0.0（即H+浓度为1.0mmol/L）。不同pH下ΔGo不同。 3．标准自由能的单位为 kJ/mol 或 kcal/mol。 三、高能化合物 (高能化合物的概念) 机体内有许多含磷酸的化合物，当其磷酰基水解时，释放出大量的自由能，这类含磷酸的化合物称为高能磷酸化合物。当这些磷酰基水解时，能释放出20.92kJ/mol（5 kcal/mol）以上的能量，因此将这些磷酸基团与其它基团之间的键称为“高能键”（high-energy bond），并用符号 ~ 表示。注意生物化学中的“高能键”的含义与化学中使用的“键能”含义是完全不同的。 高能磷酸化合物及其它高能化合物的类型 高能磷酸化合物中的磷酸大多数是与另一个酸形成酸酐，与之形成酸酐的酸有羧酸、磷酸、硫酸等。还有磷酸与胍基、烯醇式羟基之间结合的化合物也是高能磷酸化合物。除了含磷酸的高能化合物外，还有不含磷酸的高能化合物，如酰基CoA中的硫酯键、S-腺苷甲硫氨酸中甲基与S之间的硫醚键也是高能键。 磷氧键型高能磷酸化合物 乙酰磷酸 氨甲酰磷酸 1,3-二磷酸甘油酸 磷氧键型高能磷酸化合物 焦磷酸 氨酰腺苷酸 酰基腺苷酸 磷氧键型高能磷酸化合物 ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 氮磷键型高能磷酸化合物 磷酸精氨酸 磷酸肌酸 硫酯键型高能化合物 3’-腺苷磷酸5’-磷酰硫酸 酰基CoA 甲硫键型高能化合物 S-腺苷甲硫氨酸 与核糖的5’碳相连 一些磷酸化合物水解的标准自由能变化 化合物 ΔGo’ 磷酸基团转移势能 磷酸烯醇式丙酮酸 -61.9 kJ/mol 61.9 kJ/mol 氨甲酰磷酸 -51.46 kJ/mol 51.46 kJ/mol 磷酸肌酸 -49.3 kJ/mol 49.3 kJ/mol ATP+H2O→ AMP+PPi -32.2 kJ/mol 32.2 kJ/mol ATP+H2O→ADP+Pi -30.5 kJ/mol 30.5 kJ/mol ADP+H2O→AMP+Pi -30.5 kJ/mol 30.5 kJ/mol PPi+ H2O→2Pi -28.8 kJ/mol 28.8 kJ/mol 葡萄糖-1-磷酸 -20.9 kJ/mol 20.9 kJ/mol 葡萄糖-6-磷酸 -13.8 kJ/mol 13.8 kJ/mol 注意ATP位于所列磷酸化合物的中间位置 细胞内影响ATP自由能释放的因素 在细胞内环境条件下，在pH7时，ATP及ADP的全部磷酸基团都处于解离状态。细胞内有大量的Mg2+，Mg2+与ATP4－及ADP3－形成Mg2+－ATP2－及Mg2+－ADP－的形式，而实际上Mg2+－ATP2－才是ATP的活性形式。所以Mg2+浓度、pH、ATP、无机磷酸的浓度都能影响ATP水解时释放的自由能的量。 ATP在能量转运中的地位和作用 1．它可以在磷酸转移中起到“共同中间传递体”的作用。 ATP在能量转运中的地位和作用 2．在偶联反应中提供能量。 磷酸肌酸的作用 神经和肌肉等细胞活动的直接供能物质是ATP，但ATP在细胞中的含量很低，在哺乳动物的脑和肌肉中约3～8mmol/kg。这些ATP只能提供肌肉剧烈活动1s左右的消耗。而肌肉和脑中磷酸肌酸的含量远远超过ATP，在脑中约为ATP的1.5倍，在肌肉中则为ATP的4倍。受过良好训练的运动员其肌肉中磷酸肌酸的含量可高达30mmol/kg。磷酸肌酸可以看成是ATP的后备军，磷酸肌酸中贮存的能量可以很快转移到ATP中。 磷酸肌酸的作用 上述反应式正向反应的ΔG 0’为-12.6kJ/mol，逆向反应的ΔG 0’为+12.6kJ/mol，反应的平衡常数为160。 磷酸肌酸 + ADP ←———-—→ 肌酸 + ATP 肌酸激酶 磷酸肌酸及其它贮能物质的作用 当细胞处于静息状态时，ATP的浓度较高，反应向合成磷酸肌酸的方向进行。当细胞处于活动状态时，ATP的浓度下降，反应即转向合成ATP的方向进行，因此磷酸肌酸有“ATP缓冲剂”之称。 磷酸精氨酸是某些无脊椎动物