首页 > 资讯 > 生物能学（生物化学）.ppt

生物能学（生物化学）.ppt

泰然健康网
2024-12-28 03:18

1、生物化学蛋白质蛋白质多糖多糖脂类脂类氨基酸氨基酸己糖、戊糖己糖、戊糖脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环H2ONH3CO2第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段O2氧化磷酸化氧化磷酸化ADP+PiATPADP+Pi ATPADP+PiATPADP+Pi ATP ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+PiATPADP+Pi ATPADP+PiATP所有有机物都有共同的代谢过程u第第阶段，有机物分解为它们的组成前体物质。阶段，有机物分解为它们的组成前体物质。u第第阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要阶段，小的燃料分子分解为几种常见的

2、中间物，主要是丙酮酸和乙酰是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。，可放出少量能量。u第第阶段，有一条途径组成，即阶段，有一条途径组成，即Krebs循环，又叫柠檬酸循环，又叫柠檬酸循环或三羧酸循环或三羧酸(TCA)循环。中间物被完全氧化成循环。中间物被完全氧化成CO2，生成，生成的电子传递给的电子传递给NAD+或或FAD并释放少量能量，其中的中间物并释放少量能量，其中的中间物又可作为生物合成的原料。又可作为生物合成的原料。u第第阶段，包括阶段，包括电子传递电子传递和和氧化磷酸化，氧化磷酸化，电子传递给电子传递给O2，H2O生成，释放的大量能量用于生成，释放的大量能量用于ATP的生成。的生成。所

3、有有机物都有共同的代谢过程1.1 Biological Oxidation（生物氧化）（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氧化是指糖类、脂类和蛋白质等在生物活细胞内进行生物活细胞内进行的的一系列一系列氧化分解作用氧化分解作用，最终生成，最终生成H2O和和CO2,同时释放能同时释放能量量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。相当于分解（异化）作用。相当于分解（异化）作用。第一节生物能学概述A survey of bioenergeti

4、cs 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（Mr5000）和离子为自由透过（通过跨膜通道）。内膜内膜对大多数小分子及离子不透过对大多数小分子及离子不透过（包括（包括H+），），只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。 1.1.2 生物氧化发生的场所体外燃烧体外燃烧 : (CH) +O2H2O+CO2+热能。热能。H2O的生成：为氢和氧的直接化合的生成：为氢和氧的直接化合CO2的生成：为碳和氧的直接化合的生成：为碳和氧的直接化合能量为骤然释放，以能量为骤然释放，以光和热光和热的形式的形式

5、1.1.3 生物氧化的特点生物氧化生物氧化: (CH) +O2H2O+ CO2+热能热能 H2O的生成是的生成是有机物有机物在酶的作用下在酶的作用下脱氢脱氢，H经一系列的经一系列的递递氢和递电子氢和递电子反应，最终与反应，最终与O2接合生成接合生成H2O。 CO2的生成是的生成是有机物有机物在酶的作用下在酶的作用下脱羧脱羧形成的。形成的。生物氧化要求在生物氧化要求在温和温和的条件下进行，为的条件下进行，为逐步氧化逐步氧化。能量的释放是一步一步缓慢释放，释放的能量以能量的释放是一步一步缓慢释放，释放的能量以高能磷高能磷酸键酸键的形式贮存，不会使的形式贮存，不会使周围温度升高周围温度升高而伤

6、害有机体。而伤害有机体。1.1.3 生物氧化的特点生物体系是一个生物体系是一个开放体系开放体系：与周围环境既有：与周围环境既有物质交物质交换换，又有，又有能量转换能量转换。生物化学过程发生在常温常压下：生物化学过程发生在常温常压下： P 0 生物化学反应发生在固相或液相：生物化学反应发生在固相或液相： V 0 H U （焓变近似于内能变化）（焓变近似于内能变化）1.1.3 生物氧化的特点 1.2.1 热力学定律热力学定律 First law of thermodynamic: 能量守恒原理能量守恒原理根据热力学第一定律，根据热力学第一定律，两个系统如果是始态和终态是相两个系统如果是始态和

7、终态是相同的同的，那么，这两个系统的能量变化是相同的。，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例如：葡萄糖的体外燃烧值是686 千卡千卡 (1196 kJ/mol) 葡萄糖在体内彻底氧化为葡萄糖在体内彻底氧化为CO2和水时也释放同样的能量和水时也释放同样的能量1.2 生物氧化与能量转换 Second law of thermodynamics: 熵熵(entropy) 增大原理增大原理一切自发过程都向着一切自发过程都向着最小势能水平最小势能水平的方向进行；的方向进行；即自发过程伴随着即自发过程伴随着自由能的降低自由能的降低。熵达到最大。熵达到最大时，达到平衡。时，达

8、到平衡。1.2 生物氧化与能量转换Maxwell Demon1.2.2 自由能自由能 (free energy) 自由能是指在恒温、恒压的体系中发生变化时，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。总能量变化中的用于做功的那部分能量。G = H TSG = - RTlnKG = - nFE 1.2 生物氧化与能量转换1.2.2.1 标准自由能变化与平衡常数标准自由能变化与平衡常数反应：反应：aA + bB = cC + dD自由能变化：自由能变化：G G产物产物 G底物底物标准自由能变化标准自由能变化(G )：反应物与产物的浓度都是反应物与产物的浓度都是1

9、M;反应条件：反应条件：25 (298 K) , 1 atm (101325 Pa).;1.2 生物氧化与能量转换水的反应浓度以水的反应浓度以1.0 M计算计算; 在生化反应中，在生化反应中，H+为为10-7（pH = 7.0) 自由能的变化能量单位以焦耳（自由能的变化能量单位以焦耳（J/mol)或千焦或千焦耳（耳（kJ/mol)表示表示自由能的变化表示为：自由能的变化表示为：G 生化反应中标准条件的修正生化反应中标准条件的修正在一生化反应中：在一生化反应中：反应达平衡时：反应达平衡时： G 0 badcBADCRTGGlnbadcBADCRTGlneqeqbadckRTkRTBADCRT

10、Glg303. 2lnln生化反应中标准条件的修正1.3.1 氧化还原电位与电偶氧化还原电位与电偶电偶（电偶（redox pair）: 由同一物质的两种氧化态构成的电由同一物质的两种氧化态构成的电对，也称为半电池。对，也称为半电池。氧化态氧化态(型型)/还原态还原态(型型) Cu2+/Cu 和和 Zn2+/Zn ECu2+/Cu = 0.34 V EZn2+/Zn = -0.763 V1.3 氧化还原电位与自由能 p115通过与通过与氢电极氢电极比较，比较，可以测出各电极对的可以测出各电极对的氧化还原氧化还原电位。电位。ECu2+/Cu = 0.34 V EZn2+/Zn = -0.763

11、V1.3 氧化还原电位与自由能1.3.2 在一个在一个完全的完全的氧化还原反应中，必须由氧化还原反应中，必须由两两个电偶反应个电偶反应组成，并且两个电对之间必须组成，并且两个电对之间必须有有电位差电位差E。For example: A氧氧 B还还 A还还 B氧氧 Cu2+ + Zn Cu + Zn2+高电位高电位氧化态氧化态低电位低电位还原态还原态正极正极负极负极被还原被还原被氧化被氧化1.3 氧化还原电位与自由能电势差： E= E+极 E-极标准电位差与标准自由能变化的规定相同。标准电位差与标准自由能变化的规定相同。在非标准条件下，每个电对的电位要发生变化：在非标准条件下，每个电对的电位要发

12、生变化：donorElectron acceptorElectron log059. 0nE donorElectron acceptorElectron lnnFRTEE1.3 氧化还原电位与自由能1.3.3 标准电位与标准自由能标准电位与标准自由能eqkRTGlog303. 2eqknFRTElog303. 2 G = -nF E - 46.124 E 2.303 RT logkeq = nF E 氧化还原反应所构成的电池所做的最大功氧化还原反应所构成的电池所做的最大功1.3 氧化还原电位与自由能2.1 Concepts 高能化合物是指高能化合物是指含有含有通过高能键连接通过高能键连接的的

13、转移势高的基团转移势高的基团的化合物。的化合物。生物化学中：生物化学中：高能键是指该键在水解高能键是指该键在水解或断裂时可以放出大量的自由能，以或断裂时可以放出大量的自由能，以表示。表示。第二节第二节高能化合物高能化合物（“High energy”compounds) 在生物体内，最重要和最主要的高能化在生物体内，最重要和最主要的高能化合物是合物是高能磷酸化合物高能磷酸化合物。一般将含有一般将含有5000卡卡/mol(20.92 kJ/mol)以上的自由能的磷酸化合物叫做以上的自由能的磷酸化合物叫做高能磷高能磷酸化合物酸化合物。“High energy” compounds按键型分四类按

14、键型分四类磷氧键型磷氧键型氮磷键型氮磷键型硫酯键型硫酯键型甲硫键型甲硫键型酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸化合物烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物2.2 Types of “high energy” compoundsCOCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-(1)酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸磷酸甘油酸磷酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸乙酰磷酸G= -10.1 kCal/mol = -42.2 kJ/molG= -11.8 kCal/mol = -49.3 kJ/mol2.2.1 磷氧键型磷氧键型（OP)（2）焦磷酸化合物）焦磷酸化合物O-POO-NNNNN

15、H2OHHOHHOHHOCH2O-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G=-7.3 kCal/mol =-30.5 kJ/mol2.2.1 磷氧键型磷氧键型（OP)酸酐键磷酯键磷酯键（3 3）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸G= -14.8 kCal/mol = -61.9 kJ/mol2.2.1 磷氧键型磷氧键型（OP)OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸这两种高能化合物在生

16、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。G= -10.3 kCal/mol = -43.1 kJ/molG= -7.7 kCal/mol = -32.2 kJ/mol2.2.2 氮磷键型氮磷键型HO SOO-OCH2OHHOHHOHHNNNH2NNO POO-3-磷酸腺苷磷酸腺苷-5-磷酸硫酸磷酸硫酸RCOSCoA酰基辅酶酰基辅酶A2.2.3 硫酯键型硫酯键型COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸2.2.4 甲硫键型甲硫键型2.3 Significance of ATP in bioenergys磷酸肌酸p412.3.1 ATP是生物能量的载体是生物能量的载体 ATP-ADP系统是化学能转移的媒介系统是化学能转移的媒介 ADP是接受高能磷酸键的受体是接受高能磷酸键的受体 ATP是转移高能磷酸键的供体是转移高能磷酸键的供体细胞内几乎所有的磷酸基转移反应的酶对细胞内几乎所有的磷酸基转移反应的酶对ATP-ADP系统系统是专一性的是专一性的 ATP提供能量时主要是通过基团转移的形式，或转移磷提供能量时主要是通过基团转移的形式，或转