二十章节生物能学PPT学习教案

1、会计学1二十章节生物能学二十章节生物能学一、有关热力学的一些基本概念一、有关热力学的一些基本概念第1页/共43页 （一）、体系（一）、体系 宇宙宇宙 太阳系太阳系 地球地球 每个生物或非生物每个生物或非生物 化学反应体系化学反应体系第2页/共43页能量的传递形式热热功功？内能内能的传递方式的传递方式？动能、势能动能、势能转化和传递的方式转化和传递的方式包括机械功、电功、化学功等包括机械功、电功、化学功等（二）、能的两种形式（二）、能的两种形式第3页/共43页体系总能量体系总能量 = 可做功的能可做功的能+ 不能做功的能不能做功的能（H） （自由能（自由能G） （热能）（热能）第4页/共43页

2、热力学第一定律热力学第一定律(能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律) 热力学第二定律热力学第二定律(能量传递的方向性定律能量传递的方向性定律) 当体系的状态发生变化后当体系的状态发生变化后总能量不变总能量不变变化的是变化的是G（ G）变化朝自由能降低的变化朝自由能降低的方向进行方向进行 （G ）第5页/共43页二、化学反应体系中的自由能二、化学反应体系中的自由能（一）根据（一）根据自由能变化自由能变化可以可以判断判断中间物质代谢方中间物质代谢方向向第6页/共43页状态状态A GA 状态状态B GB G = GB GA 当反应体系恒温、恒压下发生变化时当反应体系恒温、恒压下发生变化时第7页/共4

3、3页第8页/共43页第9页/共43页G G0 0,可可； 0 0,平衡平衡；0 0, 第10页/共43页 例：当例：当 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 与与 3-磷酸磷酸-甘甘 油醛油醛 平衡时，平衡时， 浓度比为浓度比为 0.0475(Keq) pH=7, 25 1atm第11页/共43页该反应平衡点时：该反应平衡点时： 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸-2 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮第12页/共43页判断：当磷酸二羟丙酮为判断：当磷酸二羟丙酮为 3 x 10-6 mol/L，3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛 为为 2 x 10-4 mol/L 时时，反应怎样进行？，反应怎样进行？ 第13页/共43页G= GO

4、 + RTlnK平衡时，平衡时， G= 0 K = Keq GO = - RTlnKeq Keq 第14页/共43页GO = - RTlnKeq= - 2.303 x -3 x298 x log (0.0475)第15页/共43页G = GO + RTln产物产物/反应物反应物= 1.81kcal/mol +2.303 x -3 x298 x log 3 x 10-6 mol/L (甘）甘） / 2 x 10-4 mol/L （丙）（丙）=-0.067 kcal/mol 第16页/共43页 A B GO0 （不能不能自发进行）自发进行）CD GO0 （能能自发进行）自发进行） A+C B+D

5、GO0 （能能自发进行）自发进行）第17页/共43页 高能化合物高能化合物（水解）（水解）低能化合物低能化合物 GO0 （能能自发进行）自发进行） A B GO0 （不能不能自发进行）自发进行） A+高能化合物高能化合物 B+低能化合物低能化合物 GO0 （能能自发进行）自发进行）两反应如何可以结合在一起呢？两反应如何可以结合在一起呢？（一）功能（一）功能高能基团的传递有着十分重要的生物意义有着十分重要的生物意义第18页/共43页类似的活化反应类似的活化反应十分普遍存在。十分普遍存在。激酶激酶激活底物激活底物（A）连接高能键的酶连接高能键的酶A+高能化合物高能化合物B+低能化合物低能化合物活化

6、活化（能量增加）（能量增加）反应反应例例D-葡萄糖葡萄糖 + + ATPD-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 + + ADP激酶激酶激酶激酶第19页/共43页硫酯键化合物硫酯键化合物 S甲硫键化合物甲硫键化合物 CH3S+- C-CCOO 高能键高能键, ,水解断开，并可传递能水解断开，并可传递能量量磷氧型磷氧型-OP磷氮型磷氮型 HN =C-NP(O)磷酸化合物磷酸化合物非 磷 酸 化 合非 磷 酸 化 合物物第20页/共43页COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-(1)酰基磷酸化合物1，3-二磷酸甘油酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸千卡/摩尔千卡/摩尔第21页/共43页H3N+COOPO

7、O-O-氨甲酰磷酸R COOPOOO-A酰基腺苷酸RCH COOPOOO-AN+H3氨酰基腺苷酸第22页/共43页O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）O-POO-O POO-O-焦磷酸焦磷酸千卡/摩尔第23页/共43页OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸千卡/摩尔第24页/共43页OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸（磷酸肌酸（N-甲基甲基-胍基乙酸胍基乙酸）磷酸精氨酸磷酸精氨酸千卡/摩尔千卡/摩尔（虾、蟹）这两种高能化合物在

8、生物体内起储存能量的作用这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。第25页/共43页O SOO-OCH2OHHOHHOHHNNNH2NNO POO-3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸RCOSCoA酰基辅酶A第26页/共43页COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸第27页/共43页（三）（三）ATP的结构特点的结构特点O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-酸酸酐酐键键磷磷酯酯键键第28页/共43页导致共价键不稳导致共价键不稳第29页/共43页1、酸酐键上的、酸酐键上的P争夺电子，导致使氧桥的争夺电子，导致使氧桥的稳定性降低，甚至断

9、裂。稳定性降低，甚至断裂。2、pH=7时，时，ATP带带4个负电荷，互相排斥个负电荷，互相排斥。3、产物（、产物（ADP和磷酸）比和磷酸）比ATP稳定。稳定。第30页/共43页高能化合物由于内在因素高能化合物由于内在因素本身化学不稳定本身化学不稳定(G高高)，水解产物稳定水解产物稳定(G低低)。第31页/共43页（四）细胞内影响（四）细胞内影响ATP水解的因素水解的因素 pH（ pH越越高高，放出的能量越多），放出的能量越多） 第32页/共43页化合物化合物磷酸基团转移势能磷酸基团转移势能 Go（千卡（千卡/摩尔）摩尔） Go（千焦（千焦/摩尔）摩尔）磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸14861

10、93-磷酸甘油酸磷酸磷酸甘油酸磷酸118493磷酸肌酸磷酸肌酸103431乙酰磷酸乙酰磷酸101423磷酸精氨酸磷酸精氨酸77323ATP（ADP+Pi）73305ADP（AMP+Pi）73305AMP（腺苷（腺苷+Pi）34142葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸50209果糖果糖-6-磷酸磷酸38159葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸33138甘油甘油-1-磷酸磷酸2292第33页/共43页类似的活化反应类似的活化反应十分普遍存在。十分普遍存在。激酶激酶激活底物激活底物（A）连接高能键的酶连接高能键的酶A+高能化合物高能化合物B+低能化合物低能化合物活化活化（能量增加）（能量增加）反应反应例例D-葡萄糖

11、葡萄糖 + + ATPD-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 + + ADP激酶激酶激激酶酶第34页/共43页 作用：作用：能量传递能量传递转转化化传传递递传传递递第35页/共43页OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸（磷酸肌酸（哺乳类）哺乳类）磷酸精氨酸磷酸精氨酸（虾、蟹）（六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸（六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸 这两种高能这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用化合物在生物体内起储存能量的作用H第36页/共43页磷酸肌酸磷酸肌酸 + ADP + ADP 肌酸肌酸 + ATP+ ATPG = G 1 + G2 =

12、-43.1 +30.5 = -12.6 KJ/ mol在机体中，由于反应物和产物的浓度接近平衡点，在机体中，由于反应物和产物的浓度接近平衡点，所以，所以，当反应物或产物的量有所变化时，机所以，所以，当反应物或产物的量有所变化时，机体会很灵敏地进行调节，使反应朝体会很灵敏地进行调节，使反应朝ATP生成或磷酸生成或磷酸肌酸生成的方向进行。磷酸肌酸被称为肌酸生成的方向进行。磷酸肌酸被称为ATP缓冲剂缓冲剂。第37页/共43页O-POO-NNNNN H2OHHO HHO HHO C H2O-POO-O-POO-O-POO-O POO-O-焦磷酸焦磷酸千卡/摩尔第38页/共43页O-POO-O POO-O-O-POO-O POO-O-2 -千卡千卡/摩尔摩尔千卡千卡/摩尔摩尔活化底物需要更多能量时活化底物需要更多能量时第39页/共43页( (八）八） 其他三磷酸核苷的递能作其他三磷酸核苷的递能作用用第40页/共43页能量源自能量源自能源物质（能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解）的分解分 解 代 谢分 解 代 谢氧 化氧 化ADP机械能机械能（运动）（运动）化学能化学能（合成反应）（合成反应）渗透能渗透能（分泌、吸收）（分泌、吸收）电能电能（生物电）（生物电）热能热能（体温维持）（体温维持）光能