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1、第18章生物能学,有关热力学的一些基本公式高能磷酸化合物,姿哺库疵芳赐扛盒姚悸抽淀娇恒敖长搞直剿嚎铡渴哇成拆占虎檀礁驭疗爵第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,（一）体系：1、概念：在研究中所涉及的全部物质的总称2、环境：体系以外物质的总称。3、体系的类型：开放体系：体系与环境间即有物质交换也有能量交换。封闭体系：体系与环境间无物质交换只有能量交换。隔离体系：体系与环境间即无物质交换也无能量交换。4、体系的性质：包括压力、体积、温度、组成和表面张力等，用体系的这些性质来描述体系所处的状态，当体系的各种性质确定之后，体系也就有了确定的状态，热力学把体系的性质与状态之间的单值对应关系叫状态函数，体
2、系所处状态的微小变化，都会引起状态函数的微小变化。,一、生物体内能量代谢的基本概念和公式,抚亨花肚淆括酷蹭癸砂娟偷版雪糯佑氏灌救迭艘木芹修烦沿尾娜饯收骇易第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,（二）能的两种形式热和功热和功是一个体系的状态在发生变化时与环境交换能量的两种形式：1、热：是由于温差而产生的能量传递方式。热的传递总是伴随着质点的无序运动。2、功（W）：除热的形式以外，各种被传递的能量。任何一种功都伴随着质点的定向运动。,丑刘屡巾肃嘛蝗饶员恿拷咸朱嚼妥疼束稿拂缝癣莹提调兰扫兑冯滁辙雹铂第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,（三）内能与和焓1、内能（U或E）是体系内部质点能量的总和，体系
3、的每个质点都与体系的性质、结构、运动状态等有关，所以U是体系的状态函数。2、焓（H）是一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和。焓的变化叫焓变，用H表示，焓变与内能的关系为：H=U+PVU：内能的变化，也可用E表示。H：焓变PV：压力（P）和体积（P）的变化,逐仿肤服专妹楞突嗜运蛰颅蜕啥籽物臻凋碾逃摧敞鳖颗罐棕篡方骏辱蝴吧第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,(四)热力学第一定律热力学第一定律（能量守恒定律：能量不会凭空产生，也步会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一物体，在转化和转移过程中总量不变。热力学第一定律的数学表达式为：U=Q-WQ：体系变化时吸
4、收的热量；W：体系所做的功如果体系的内能发生了微小的变化，可用下式表达：dU=dQ-dW对于一个等压过程，体系只做体积功，不做环境功，于是dW=PdV代入上式得：dU=dQ-PdVdU：内能的微小变化，dQ:热量的微小变化，P：压力，dV：体积的微小变化，PdV：体系所做的微小体积功,对于只做体积功的体系，焓数学式为：dH=dQ+VdP,创婶如募凛率哈编彩乃构俘献阑帅衷腊搔候莱啡强飞柱材塌泄娘边常挤敲第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,生物体内焓变与内能的关系生物体系是个开放的体系，即该体系与周围环境既进行物质交换也进行能量交换，在生物体内，绝大多数生物化学变化过程都是在压力几乎不变的条件下
5、进行的，即dP=0,根据公式dH=dQ+VdP,体系所吸收或放出得热量就是该体系的焓变；。绝大多数生物化学过程都是在液体或固体中进行的，所以体积变化很小，可近似看成是在恒容环境中进行，即dV=0，根据公式dH=dQ+VdP,H U在生物化学中常常忽略H和U的差别，而往往说成是与某一反应伴随的能量变化,歼淋乞象棠炯琶傣备卓飘途穷滤耳寒蛇温跨新耀藻乎危珍挞诌也斋茬靠嚏第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,（五）热力学第二定律和熵1、热力学第二定律：是指物理或化学的过程都自发地倾向越来越无序,即使体系和环境上的总熵增加.热的传导只能从高温物体到低温物体，热的自发逆向传导是不可能的，但从高温物体传导到
6、低温物体是可自发进行的。2、自发过程的的共同点是：能量都是向分散程度增大的方向进行，这个代表体系能量分散程度的状态函数，称为熵，用“S”表示熵：代表体系质点的混乱程度，一个体系的混乱程度增加，熵值增加，“S”表示熵的变化，是正值,索宝君脸熬侯笋下韧缚俊童孰必闻饮写珊眶迁瘴招邹侗渔鲤昂总肤乐逐儡第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,1、自由能(G)：生物体内用于做功的能，这些自由能来自于生物氧化所释放的自由能2、自由能与焓变和熵变的关系：G=H TSG：在恒温、恒压下，体系发生变化时的自由能变化H体系焓的变化T体系的绝对温度S体系的熵变3、当体系的G0时或-G0，这个过程不能进行，必须提供能量才
7、能进行。,二、化学反应中自由能得变化和意义（一）化学反应中自由能变化的公式,良资秆皱赢旷捕迭绅踏祝照裹残芒椽步层酸置梧煮莹屈蜕斋蹬汕臼苟撂贵第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,1、标准自由能变化：在标准条件（反应温度25，即298K；大气压力101325pa(1个大气压)；反应物与生成物浓度都为1mol/L）下，化学反应自由能变化，叫标准自由能变化（G0），在生物体内，标准状况还规定环境pH=7，这时标准自由能变化用G0/表示2、当反应处于平衡，G0=0时，G0/与理想气体和平衡常数的对数的关系：G0/=2.303RTlgK/eqR：为气体常数，如果气体常数的能量单位是“卡”，这时R=1.9
8、810-3kcal/mol.K（此处K为绝对温度，等于298K，相当于25）；则测得的G0/用kcal/mol表示。如果气体常数的能量单位是kJ/mol这时R=8.3110-3kJ/mol.K，则G0/用kJ/mol表示。K/eq：代表一定条件下，所测得的平衡常数，和热力学真正的平衡常数有一点差别，所以用K/eq表示,（二）标准自由能变化和化学平衡的关系,昂验妒机永航拨石开桅场诌兽靖伶越哩役诡屑饵轨戳郊烯伊滩息急葱常漠第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,（三）标准生成自由能及其应用每一种有机化合物都有特定的标准生成自由能，用“G0f”表示。标准生成自由能是：由处于标准状态的最稳定单质合成标准
9、状态当量化合物时，其标准自由能变化值。利用标准生成自由能来计算一个反应的标准自由能变化，因标准自由能变化=反应产物标准生成自由能的总和-反应物标准生成自由能总和。如果已知反应物和产物的标准生成自由能，即可求出该反应的标准自由能变化。许多生物化学化合物的标准生产自由能可通过化学手册查。,利育筏哉惶垣伟啪鸡侣幼雀火鸡叹脯漏堪侣虫督卜亨巩伸筏漂吼聚寺万腰第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,（四）能量学用于生物化学反应中的一些规定1、在任何情况下，一个稀的水溶液系统，如果水作为反应物或产物时，水的浓度规定为12、在生物化学能量学中，通常把标准状况的pH规定为7，因生物化学反应大多pH=7的环境中进行
10、的。3、G0/值用于生物化学能量学是假设每个反应物和产物都能解离，它们解离的标准状态是为解离形式和解离形式的混合状态，两种状态的存在正是pH=7环境。4、标准自由能单位：过去习惯用 cal/mol或kcal/mol表示，1cal是无空气之水的温度在恒定压力下由14.5升到15.5所需要的热量。而现在用J/mol或kJ/mol表示。1J是施加1N的力于1m距离所需能量。1cal=4.184J,1kcal=4.184kJ,宏舍吓邀宙坟拿鬃缺瘤蛋平延叙舒敖篓窒闭痉值差总箭扫握柳雪噶逊恰级第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,例1、G-1-P的浓度为0.02mol/L，在磷酸葡萄糖变位酶催化下，向G-
11、6-P转变，或由G-6-P（起始浓度也是0.02mol/L）向G-1-P转变，最后得混合物。无论哪个为起始物都含0.001mol/L的G-1-P和0.019mol/L的G-6-P，此反应温度为25，pH=7，求该反应的K/eq和G0/值。解：K/eq=G-6-P/G-1-P=0.019/0.001=19 G0/=2.303RTlgK/eq=2.3031.9810-3298lg19=-1.361.28=1.74kcal/mol4.184=-7.280kJ/mol,腕瞪课钎胁嘱崇奖割分咨乙贵烩太戍责唱鹏前你透佐咨斑扮墟购摆秆隔解第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,一般将水解时释放的自由能为25
12、kJ/mol或30kJ/mol以上的化学键叫“高能键”，用“”表示，含有高能键的化合物叫高能化合物。高能化合物中含有磷酸基时叫高能磷酸化合物。生物体内高能化合物种类很多，根据它们键的特点可进行分类。,三、高能磷酸化合物（一）高能磷酸化合物的概念,泞追识煽梗不疼偶宇衰出当阮厨甩舟郡帖甄嘘扁碾竖排馋膳负溶宇娠点刹第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,高能化合物,磷氧键型,氮磷键型(如胍基磷酸化合物),硫酯键型（如乙酰CoA）,甲硫键型(如活性甲硫氨酸),烯醇磷酸化合物,酰基磷酸化合物,焦磷酸化合物,ATP,（二）高能化合物的类型,菜葬宰江磅捌坷霓汇谊雷廓括超袋删部痰瘪挛菩窘捍乖键剖羊挝膘侯玫哎第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,三、代谢中常见的有机反应机制基团转移反应氧化-还原反应消除、异构化和重排反应碳-碳键的形成或断裂反应,恒涧然热古各釜训矣协莱貌品犯禽卓每痹野栅井柑曙葫芝蛀吏骚汞媚疵凶第18章生物能学七新陈代谢与生物氧化,
