生化生物能学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、5 5 生物能学与代谢总论生物能学与代谢总论第1页自由能自由能(Free Energy)Free Energy)自由能自由能(G)(G):指一个反应体系中:指一个反应体系中能够做功能够做功那部分能量。那部分能量。自由能对生物体主要,不但可用以判断生物体内某自由能对生物体主要,不但可用以判断生物体内某一过程一过程能否自发进行能否自发进行,且生物体内能用于作功能也,且生物体内能用于作功能也正是体内正是体内生物化学反应释放出自由能生物化学反应释放出自由能。18781878年,年,Josiah Willard GibbsJosiah Willard Gibbs结合热力学第一和结合热力学第一和第二定律,
2、提出了自由能公式:第二定律,提出了自由能公式:G=G=H-TH-TS SG G代表体系自由能改变,代表体系自由能改变,H H代表体系热焓改变,代表体系热焓改变,S S代表熵改变。代表熵改变。第2页自由能改变自由能改变自由能改变自由能改变(G)(G):产物自由能与反应物自由产物自由能与反应物自由能之差能之差,与反应转变过程无关。,与反应转变过程无关。标准自由能改变标准自由能改变(G(G0 0):298K298K,101.3KPa101.3KPa,反,反应物浓度为应物浓度为1mol/L1mol/L。生化反应中标准自由能改变生化反应中标准自由能改变(G(G0 0):298K298K,101.3KPa
3、101.3KPa,反应物浓度为,反应物浓度为1mol/L1mol/L,pH=7pH=7。第3页如如 A+B C+DA+B C+D G=(GG=(GC C+G+GD D)-(G)-(GA A+G+GB B)G=GG=G0 0+RTlnCD/AB+RTlnCD/AB G0 G0G0 反应反应不能自发不能自发进行,需要提供能量进行,需要提供能量 自由能改变与生物化学反应自由能改变与生物化学反应反应反应G G仅决定于反应物(初始状态)自由能与产物(最终状态)自有能,而仅决定于反应物(初始状态)自由能与产物(最终状态)自有能,而与反应路径和反应机制无关。与反应路径和反应机制无关。G G是判断一个化学反应
4、能否向某个反向进行依据,而与反应速度无关。是判断一个化学反应能否向某个反向进行依据,而与反应速度无关。第4页氧化还原电位氧化还原电位氧化还原反应氧化还原反应:凡是反应中有电子从一个物质转移:凡是反应中有电子从一个物质转移到另一个物质化学反应。到另一个物质化学反应。提供电子分子称为提供电子分子称为还原剂还原剂接收电子分子称为接收电子分子称为氧化剂氧化剂物质失去电子后,成为物质失去电子后,成为氧化型氧化型氧化型再得到电子又成为氧化型再得到电子又成为还原型还原型氧化还原电位(氧化还原电位(E E):):在氧化还原反应中,自由能改在氧化还原反应中,自由能改变与反应物供出或得到电子趋势成百分比,这种趋变
5、与反应物供出或得到电子趋势成百分比,这种趋势用数字表示,称为。势用数字表示,称为。第5页E E和和E E标准氧化还原电位标准氧化还原电位E E:在:在25 25,pHpH0 0,压力,压力101.3KPa101.3KPa和全部反应物、生成物浓度为和全部反应物、生成物浓度为1mol1molL L-1-1半反半反应电极电位。应电极电位。E E:pHpH7 7时标准氧化还原电位时标准氧化还原电位E E=标准氧化电极电位标准还原电极电位标准氧化电极电位标准还原电极电位E E值越小,电负性越大,供出电子倾向越大,即还原能力值越小,电负性越大,供出电子倾向越大,即还原能力越强越强E E值越大,电正性越大,
6、得到电子倾向越大,即氧化能力值越大,电正性越大,得到电子倾向越大,即氧化能力越强越强电子总是从较低氧化还原电位(即电子总是从较低氧化还原电位(即E E值较小)向高电位流值较小)向高电位流动(即动(即E E值较大)值较大)第6页氧化还原电位与自由能氧化还原电位与自由能GG -nFE-nFEn n转移电子数转移电子数F F法拉第常数(法拉第常数(96.403kJ96.403kJmolmol-1-1)在生物化学反应中,这种自由能改变意味着一在生物化学反应中,这种自由能改变意味着一个体系能够转移电子能力。个体系能够转移电子能力。第7页一、生物氧化反应中电子载体一、生物氧化反应中电子载体二、二、ATPA
7、TP在生物能学中作用在生物能学中作用三、新陈代谢三、新陈代谢四、代谢中常见有机反应机制四、代谢中常见有机反应机制第8页NAD+NADHNADP+NADPHFADFADH2FMNFMNH2CoASHTPP辅酶辅酶(氧化型氧化型)(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)辅酶辅酶(还原型还原型)辅酶辅酶(氧化型氧化型)辅酶辅酶(还原型还原型)黄素腺嘌呤二核苷酸(黄素腺嘌呤二核苷酸(氧化型氧化型)黄素腺嘌呤二核苷酸(黄素腺嘌呤二核苷酸(还原型还原型)黄素单核苷酸(黄素单核苷酸(氧化型氧化型)黄素单核苷酸(黄素单核苷酸(还原型还原型)辅酶辅酶A焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素一、生物氧化反应中电子载体一
8、、生物氧化反应中电子载体p260第9页辅酶辅酶(NAD+)辅酶辅酶(NADP+)以以一个一个H H+和和2 2个电子个电子(氢负(氢负离子离子H H-)形式将自有能转)形式将自有能转移给生物合成需能反应移给生物合成需能反应烟酰胺(氧化型)烟酰胺(氧化型)烟酰胺(还原型)烟酰胺(还原型)烟烟酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸NAD+(烟酰胺嘌呤二核苷酸)(烟酰胺嘌呤二核苷酸)和和NADP+(烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸)第10页AH2+NAD+A+NADH+H+乙醇乙醇乙醛乙醛醇脱氢酶醇脱氢酶NAD+搜集分解代谢释放搜集分解代谢释放电子电子和产生能量和产生能量氧化性分解代谢氧化
9、性分解代谢相关相关接收一个接收一个H H+和和2 2个电子(个电子(2e2e)第11页NADPH为合成代谢提供为合成代谢提供还原力还原力还原型底物还原型底物合成代谢合成代谢分解代谢分解代谢氧化型前体氧化型前体氧化型产物氧化型产物还原型产物还原型产物第12页FMN(黄素单核苷酸)(黄素单核苷酸)和和FAD(黄素腺嘌呤二核苷)(黄素腺嘌呤二核苷)6,7-二甲基二甲基异咯嗪异咯嗪核核黄黄素素核糖醇核糖醇第13页FMN+2HFMNH2FAD+2HFADH2参加一个电子或两个电子传递参加一个电子或两个电子传递氧化型氧化型黄色黄色还原型还原型无色无色半醌型半醌型蓝色蓝色半醌型半醌型第14页辅酶辅酶A在能量
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