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第二十章 生物能学 ① △G＜0时，W＞0，体系对外作功，该反应可自发进行，放能反应 ② △G = 0时，W =0，该反应处于平衡 ③ △G＞0时，W＜0，该反应不可自发进行，必须吸收外来能量才能进行（吸能反应），同时，该反应的逆过程可以自发进行。 任何状态下 △G= △GO + RTlnK △GO—这一反应在标准状态（pH=0, 25℃ 1atm）的自由能变化（标准自由能）（可查表或计算，参见《物理化学》），与反应的平衡常数有关。 K=[B]/[A] 或[B1][B2]…[Bn]/ [A1][A2]…[An] R：气体常数（1.98x10-3 kcal/mol k ） （ 8.31x10 -3 kJ/mol k） T： 绝对温度（k) 生物代谢略有不同， △GO改为△GO`（pH=7) △G= △GO｀ + RTlnK （二）偶联化学反应标准自由能变化的可加性 热力学上不利的反应可以由热力学上有利的 反应所驱动 三、 高能化合物 定义：一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol)以上自由能（?G?’ -21 kJ / mol）的化合物称为高能化合物。 D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，这步活化是细胞内葡萄糖分解的第一步，也是后续葡萄糖分解的根基。 （二）高能化合物的种类 1,磷氧键型（—O~P) （2）焦磷酸化合物 （3）烯醇式磷酸化合物 2, 氮磷键型 3,硫酯键型 4, 甲硫键型 （五）ATP “能量中间体” 稳定程度不同，各种高能化合物的△Go`有高低之分 D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，这步活化是细胞内葡萄糖分解的第一步，也是后续葡萄糖分解的根基。 （七）ATP断裂成AMP 和焦磷酸 1、酸酐键上的P争夺电子，导致使氧桥的稳定性降低，甚至断裂。 2、pH=7时，ATP带4个负电荷，互相排斥。 3、产物（ADP和磷酸）比ATP稳定。 高能化合物由于内在因素本身化学不稳定(G高)，水解产物稳定(G低)。 （四）细胞内影响ATP水解的因素 pH（ pH越高，放出的能量越多） 类似的活化反应十分普遍存在。 激酶——激活底物（A）连接高能键的酶 A+高能化合物 B+低能化合物 活化（能量增加）反应 例 D-葡萄糖 + ATP D-6-磷酸葡萄糖 + ADP 激酶 激酶 磷酸肌酸 暂时储能物质 磷酸烯醇式丙酮酸 葡萄糖6-磷酸 葡萄糖1-磷酸 作用：能量传递 转化 传递 传递 磷酸肌酸（哺乳类） 磷酸精氨酸（虾、蟹） （六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸 这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用 H 一、有关热力学的一些基本概念 （一）、体系 宇宙 太阳系 地球 每个生物或非生物 化学反应体系 能量的传递形式 热 功 ？ 内能的传递方式 ？ 动能、势能转化和传递的方式 包括机械功、电功、化学功等 （二）、能的两种形式 体系总能量 = 可做功的能+ 不能做功的能 （H） （自由能G） （热能） 热力学第一定律 (能量转化与守恒定律) 热力学第二定律 (能量传递的方向性定律) 当体系的状态发生变化后 总能量不变 变化的是G（ △G） 变化朝自由能降低的方向进行 （—△G ） 二、化学反应体系中的自由能 （一）根据自由能变化可以判断中间物质代谢方向 状态 A GA 状态 B GB △G = GB — GA 当反应体系恒温、恒压下发生变化时 △G＜0,可； =0,平衡；＞0,否 例：当 磷酸二羟丙酮 与 3-磷酸-甘 油醛 平衡时， 浓度比为 0.0475(Keq) pH=7, 25℃ 1atm 该反应平衡点时： [甘油醛-3-磷酸] K= = 4.75x10-2 [磷酸二羟丙酮] 判断：当磷酸二羟丙酮为 3 x 10-6 mol/L，3-磷酸-甘油醛 为 2 x 10-4 mol/L