生物化学-生物能学.pptVIP

第Ⅰ阶段，有机物分解为它们的组成前体物质。 第Ⅱ阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。 第Ⅲ阶段，有一条途径组成，即Krebs循环，又叫柠檬酸循环或三羧酸(TCA)循环。中间物被完全氧化成CO2，生成的电子传递给NAD+或FAD并释放少量能量，其中的中间物又可作为生物合成的原料。 1.1 Biological Oxidation（生物氧化） 1.1.1 concept of biological oxidation and its significances 生物氧化是指糖类、脂类和蛋白质等在生物活细胞内进行的一系列氧化分解作用，最终生成H2O和CO2,同时释放能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。 相当于分解（异化）作用。 1948年，Eugene Kenned Albert Lehninger发现，线粒体是真核生物氧化磷酸化的场所。 线粒体有两层膜结构，外膜对小分子（Mr?5000）和离子为自由透过（通过跨膜通道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括H+），只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。 体外燃烧 : (CH) +O2?H2O+CO2+热能。 H2O的生成：为氢和氧的直接化合 CO2的生成：为碳和氧的直接化合 能量为骤然释放，以光和热的形式 生物氧化: (CH) +O2?H2O+ CO2+热能 H2O的生成是有机物在酶的作用下脱氢，H经一系列的递氢和递电子反应，最终与O2接合生成H2O。 CO2的生成是有机物在酶的作用下脱羧形成的。 生物氧化要求在温和的条件下进行，为逐步氧化。 能量的释放是一步一步缓慢释放，释放的能量以高能磷酸键的形式贮存，不会使周围温度升高而伤害有机体。 生物体系是一个开放体系：与周围环境既有物质交换，又有能量转换。 生物化学过程发生在常温常压下： ΔP ≈ 0 生物化学反应发生在固相或液相： ΔV ≈ 0 ∴ ΔH ≈ ΔU （焓变近似于内能变化） 1.2.1 热力学定律 First law of thermodynamic: 能量守恒原理 根据热力学第一定律，两个系统如果是始态和终态是相同的，那么，这两个系统的能量变化是相同的。 例如：葡萄糖的体外燃烧值是686 千卡 (1196 kJ/mol) 葡萄糖在体内彻底氧化为CO2和水时也释放同样的能量 1.2.2 自由能 (free energy) 自由能是指在恒温、恒压的体系中发生变化时，总能量变化中的用于做功的那部分能量。 ΔG = ΔH – TΔS ΔG = - RTlnK ΔG = - nFΔE 1.2.2.1 标准自由能变化与平衡常数 水的反应浓度以1.0 M计算; 在生化反应中，[H+]为10-7（pH = 7.0) 自由能的变化能量单位以焦耳（J/mol)或千焦耳（kJ/mol)表示 自由能的变化表示为：△Go’ 1.3.1 氧化还原电位与电偶 电偶（redox pair）: 由同一物质的两种氧化态构成的电对，也称为半电池。 氧化态(型)/还原态(型) 1.3.2 在一个完全的氧化还原反应中，必须由两个电偶反应组成，并且两个电对之间必须有电位差?E°。 For example: A氧 ＋ B还 A还 ＋ B氧 Cu2+ + Zn° Cu° + Zn2+ 电势差： ?Eo’= E+极o’ – E-极o’ 1.3.3 标准电位与标准自由能 2.1 Concepts 高能化合物是指含有通过高能键连接的转移势高的基团的化合物。 生物化学中：高能键是指该键在水解或断裂时可以放出大量的自由能，以~表示。 在生物体内，最重要和最主要的高能化合物是高能磷酸化合物。 一般将含有5000卡/mol(20.92 kJ/mol)以上的自由能的磷酸化合物叫做高能磷酸化合物。 （2）焦磷酸化合物 （3）烯醇式磷酸化合物 2.3.2 ATP水解的标准自由能变化及其结构基础 Hydrolysis of each of the two phosphoanhydride bonds in ATP releases a large amount of free energy: ?Go’ = -30.5 kJ/mol ?G’ = -50 to -65 kJ/mol ATP is not a long-term storage form of free energy. Bank