生物化学下-第20章 生物能学.pptVIP

第20章 生物能学 一、有关热力学的一些基本概念 二、化学反应中自由能的变化和意义 三、高能磷酸化合物 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) 第20章 生物能学 一、有关热力学的一些基本概念 热力学第一定律：能量守恒定律 热力学第二定律：熵定律 自由能：ΔG = ΔH - TΔS ΔG: 自由能变化 ΔH：总热能变化 ΔS：总体熵的改变 ΔG＜0时，体系的反应能自发进行(为放能反应)； ΔG＞0时，反应不能自发进行，当给体系补充自由能时，才能推动反应进行(为吸能反应)； ΔG = 0时，表明体系已处于平衡状态。 第20章 生物能学 一、有关热力学的一些基本概念 1. 有关定律 2. 自由能（free energy） 物理意义：－ΔＧ＝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： ΔG 0，反应能自发进行 ΔG 0，反应不能自发进行 ΔG = 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。 第20章 生物能学 一、有关热力学的一些基本概念 1、化学反应的自由能变化的基本公式 ΔG = ΔH - TΔS 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ΔG′°变化的可加性 4、能量学用于生物化学反应中的一些规定 第20章 生物能学 二、化学反应中自由能的变化和意义 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：ΔG′=ΔG′°+ RTlnQc 式中：ΔG′°= - RTlnKeq ΔG′ — 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： ΔG′° — 标准条件（T=298OK,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。 Keq - 平衡常数： 第20章 生物能学 二、化学反应中自由能的变化和意义 化学反应自由能的变化和氧化-还原电势的关系 氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下： ΔG°′=－nFΔE°′ 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： ?0（ ΔE0 ） = (RT/nF)lnKeq = 2.3 (RT/nF)lgKeq 第20章 生物能学 二、化学反应中自由能的变化和意义 原电池示意图 ΔE0 = E0正极-E0负极= + 0.34 V - (-0.76 V) = + 1.10 V 负极反应: Zn = Zn2+ + 2e E0 Zn 2+ / Zn = - 0.76 V 正极反应: Cu = Cu2+ + 2e E0 Cu 2+ / Cu = + 0.34 V 检流计 盐桥 ZnSO4 CuSO4 e + - 第20章 生物能学 二、化学反应中自由能的变化和意义 计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化 例：反应G-1-P?G-6-P在38℃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]=0.01 mol/L， [G-6-P]=0.001 mol/L，求反应的Δ G?是多少？ 第20章 生物能学 二、化学反应中自由能的变化和意义 ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.303?8.314 ? 311 ? log0.1 未达平衡时 =Qc