化能异养型微生物代谢中的能量形式转换.ppt

化能异养型微生物代谢中的能量形式转换 2021-10-12 张星元: 发酵原理 2 化能异养型微生物利用化学能源, 并以有机化合物为关键碳源和能源进行生命活动。化学能源物质作为能源化合物参与生物氧化, 从而取得能够直接支持生命活动（支撑生命）代谢能。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 3 2.4.1 氧化还原对及其氧化还原电位2.4.2 电子载体与高能（磷酸）键载体2.4.3 生物学体系中能量耦合2.4.4 与呼吸、发酵对应代谢能转换  机制 2021-10-12 张星元: 发酵原理 4 2.4.1 氧化还原对及其 氧化还原电位 2021-10-12 张星元: 发酵原理 5 2.4.1.1 溶质标准情况要求 2.4.1.2 生化反应前后自由能改变 2.4.1.3 氧化还原电位测定及标准 情况要求 2021-10-12 张星元: 发酵原理 6 氧化还原系统中成对氧化物和还原物被称为氧化还原对（redox couple）, 又称为电极对, 其通式为: 氧化型 / 还原型。比如:  NAD+／NADH+H+ Fe3+／Fe2+。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 7 在氧化还原电极对之间有电子转移趋势, 它们还原电位（或称电极电位）就是衡量这种电子转移（取得电子）趋势物理量, 记作“E ”。在物理化学标准情况下电极对还原电位, 叫标准还原电位, 记作E0。在生物化学标准状态下电极对还原电位记作E0′, 叫生化标准还原电位。所谓标准还原电位, 是依据下述溶质标准情况参考标准来定义。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 8 2.4.1.1 溶质标准情况要求 2021-10-12 张星元: 发酵原理 9 在生物系统中, 溶质标准情况有它特殊性, 因为生化反应通常在靠近中性 pH 稀水溶液中进行。已对生物系统标准情况作以下参考要求: 2021-10-12 张星元: 发酵原理 10 ①水标准情况要求为纯液体标准情况。所以, 水浓度（或活度）取作 1 , 尽管实际上水摩尔浓度为55.5 mol/L。 ②氢离子活度要求为对应于在生理 pH 条件（ pH 7 ）活度, 而不是化学标准状态要求 pH 0（ 氢离子活度为 1 ）活度。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 11 ③能经历酸碱反应化合物标准情况要求为其天然存在离子混合物在 pH 7 条件下总浓度。这么做好处于于, 通常测量一个化合物总浓度比测量其一个离子浓度要更轻易些。然而, 因为酸或碱离子组成随 pH 值而改变, 用总浓度计算标准自由能时, 只能采取 pH 7 时浓度。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 12 使用上述参考要求时, 标准自由能改变通常见符号ΔG 0′（生化标准情况下自由能改变） 来表示, 这里加上撇号“ ′”, 以区分于物理化学标准情况下自由能改变ΔG 0。因为 自由能改变与所要求参考情况无关, 所以参考情况是能够人为选择。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 13 然而, 在用公式表示水和质子对自由能改变影响时, 要求这参考情况是很关键, 假如用生化标准情况作参考, 水浓度能够从公式中省去。类似地, 假如反应在 pH7条件下进行, 则质子浓度无须包含在公式中（假如反应在 pH 值不等于 7 情况下进行, 质子浓度应该取与 10-7 相关值, 即应该以 “ [H+ ]/10-7 ” 方法出现）。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 14 2.4.1.2 生化反应前后自由能改变 2021-10-12 张星元: 发酵原理 15 在活细胞内反应条件是恒温、恒压条件。在恒温、恒压条件下, 各类化学反应能否自发进行, 取决于自由能改变“ΔG ′” 值（反应ΔG′与改变路径无关）。 当 ΔG′＜0 时, 反应能自发进行, 并能放出自由能量;  当 ΔG′＝0 时, 反应已达成平衡;  当 ΔG′＞0 时, 反应不能自发进行, 必需 “注入” 代谢能才能进行。 2021-10-12 张星元: 发酵原理 16 生物体内反应在恒温、恒压下进行, 反应自由能改变是:  ΔG′ = G′终态－ ′G始态 假如反应系统处于平衡状态, 上式可深入化为:  ΔG′ = ΔG 0 ′