文档介绍：第十一章生物氧化
第一节      生物能学的几个概念
一、  化学反应中的自由能变化及其意义
1、   化学反应中的自由能
自由能:在一个体系中,能够用来做有用功的那一部分能量称自由能,用符号G表示。
在恒温、恒压下进行的化学反应,其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。
自由能的变化:△G = G 产物— G反应物= △H _ T△S
△G 代表体系的自由能变化,△H代表体系的焓变化,T代表体系的绝对温度,△S代表体系的熵变化。
焓与熵都是体系的状态函数。
焓代表体系的内能与压力P*体积V之和:H = U + P*V dH = dU + P*dV + V*dP
熵代表体系中能量的分散程度,也就是体系的无序程度:△S = dQ/T ,△S = △S体系+△S环境,只有△S≥0,过程才能自发进行。
2、   △G是判断一个过程能否自发进行的根据
△G<0,反应能自发进行,能做有用功。
△G>0,反应不能自发进行,必须供给能量。
△G=0,反应处于平衡状态。
一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化(△H),不能作为此反应能否自发进行的判据,只有自由能的变化才是唯一准确的指标。
△G<0仅是反应能自发进行的必要条件,有的反应还需催化剂才能进行,催化剂(酶)只能催化自由能变化为负值的反应,如果一个反应的自由能变化为正值,酶也无能为力。
当△G为正值时,反应体系为吸能反应,此时只有与放能反应相偶联,反应才能进行。
二、标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系
aA+bB → cC+dD
标准自由内能变化:在规定的标准条件下的自由能变化,用△G°表示。
标准条件:25℃,参加反应的物质的浓度都是1mol∕L(气体则是1大气压)。若同时定义pH =,则标准自由能变化用△G°′表示。
对于一个溶液中的化学反应:
aA + bB → cC + dD
当反应达到平衡时,△G = 0
K/是化学反应的平衡常数,因此,△G°/ 也是一个常数。
对于一个溶液中的化学反应: aA bB → cC + dD
常见物质的标准自由能△G°′已经列在各种化学手册中,可以根据△G°′= -RT lnK的公式求出平衡常数K′。
可以利用上述公式利用K/求出△G o / 和△G
△G o / 和△G实际上是两个不同条件下的自由能变化值。
(1) △G o /是标准条件下的自由能变化,既反应物A、B、C、D的起始浓度都为1mol/L,温度为25℃,pH=△G。每一个化学反应都有其特定的标准自由能变化(既△G o /),是一个固定值,
△G是任意给定条件下的自由能变化,它是反应物A、B、C、D的起始浓度、温度、pH的状态函数,在一个自发进行的化学反应中,自由能总是在降低,△G总是负值,随着反应向平衡点的趋近,△G的绝对值逐渐缩小,直到为0。
(2)从△G o / = -RT lnK/,可以求出K/及△G o /,根据△G o /、△G 与K/可以判断任何条件下反应进行的方向及程度。
三、  自由能变化的可加和性。
在偶联的几个化学反应中,自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。
例如:Glc+ATP→G—6—P+ADP(总反应)
第一步,Glc+Pi→G—6—P+H2O,此反应不能自发进行。
第二步,ATP+H2O→ADP+Pi
总反应:Glc+ATP→G—6—P+ADP.
因此,一个热力学上不能进行的反应,可与其它反应偶联,驱动整个反应进行。此类反应在生物体内是很普遍的。
四、  高能磷酸化合物
高能化合物:化合物含自由能特别多,随着水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的化合物,释放能量在5000卡/mol及以上。
高能磷酸化合物:水解每摩尔磷酸基能释放5000cal以上能量的磷酸化合物。
王镜岩P36 表20-3 某些磷酸化合物水解时的标准自由能变化。
(一)   高能化合物的类型 P34—36
1、   磷氧键型。
(1)、    酰基磷酸化合物。
3—磷酸甘油酸磷酸,乙酰磷酸,氨甲酰磷酸,酰基腺苷酸,氨酰腺苷酸。
(2)、    焦磷酸化合物。
无机焦磷酸,ATP,ADP
(3)、    烯醇式磷酸化合物。
磷酸烯醇式丙酮酸。
2、   氮磷键型。
磷酸肌酸,磷酸精氨酸。
3、   硫酯键型。
3’一磷酸腺苷一5’一磷酰硫酸,酰基辅酶A。
4、   甲硫键型。
S一腺苷甲硫氨酸。