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1、第八章第八章生物能学生物能学一、一、化学反应中的自由能变化及其意义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 _ TSG 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，
2、也就是体系的无序程度：S = dQT ，S = S体系+S环境 ，只有S0，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是判断一个过程能否自发进行的根据G0，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。G0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。 二二、标标准准自自由由能能
3、变变化化及及其其与与化化学学反反应应平平衡衡常常数数的关系的关系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1molL（气体则是1大气压）。若同时定义pH =7.0，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 常见物质的标准生成自由能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。P15 举例说明如何用K/求出G
4、o / 和G从例子可以看出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=7.0时的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
5、进行的方向及程度。三、三、自由能变化的可加和性。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+ATPG6P+ADP（总反应）第一步，Glc+PiG6P+H2O,此反应不能自发进行。第二步，ATP+H2OADP+Pi总反应：Glc+ATPG6P+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、四、高能磷酸化合物高能磷酸化合物高能化合物：水解时释放5000卡/mol及以上自由能的化合物。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。P21 表10
6、-2 某些磷酸化合物水解时的标准自由能变化。（一）（一）高能化合物的类型高能化合物的类型P18191、磷氧键型。磷氧键型。（1）、）、酰基磷酸化合物。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。焦磷酸化合物。无机焦磷酸，ATP，ADP（3）、）、烯醇式磷酸化合物。烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醇式丙酮酸。2、氮磷键型。氮磷键型。磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、硫酯键型。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。甲硫键型。S一腺苷甲硫氨酸。（二）（二）ATP的特殊的作用。的特殊的作用。1、是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。2、在磷酸基转移中的作用在磷酸基转移中的作用。Glc进入血液中，唯一出路是磷酸化。G-6-P是Glc的一种活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATPG-6-P+ADP。3一磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP3一磷酸甘油+ADP。（三）三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用P23磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质
