生物化学-第八章 生物氧化与氧化磷酸化.pdf
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第八章 生物氧化与氧化磷酸化
第一节 生物氧化的概述
第二节 电子传递链
第三节 氧化磷酸化
第四节 线粒体的穿梭系统
第一节 生物氧化的概述
一. 生物氧化的概念及特点
二. 氧化还原电势和自由能
三. 高能磷酸化合物
一.生物氧化的概念及特点
1.生物氧化的概念:
有机物质在生物体内被氧化生成
二氧化碳和水并释放出能量的过程。
也可称为细胞氧化
或细胞呼吸。
2.生物氧化的特点:
(1)活细胞中进行,条件温和;
(2)不同生物具有共同的主要代谢途径;
(3)能量逐级释放;
(4)释放的能量暂存于ATP 中;
(5)具有严格的细胞内定位;
(6)代谢过程由各种机理严格调控。
与能量相关特点:
☆活细胞中进行,条件温和.
☆逐步释放能量.
☆能量以化学能的形式暂存于ATP 中.
3. 生物氧化的方式
• 加氧
• 脱氢
• 脱电子
二、氧化还原电势和自由能
1. 自由能(free energy )
指物质能用于做功的能量。
恒温恒压下体系自由能变化
△G = △H - T△S
△G 0 反应能自发进行,为放能反应
△G 0 反应不能自发进行,需补充自由能
才能推动反应进行,为吸能反应
△G =0 反应达到平衡状态
标准自由能变化△G 0 :
25℃ (298K ) ,
反应物、产物浓度均为1mol/L,
(气体:一个大气压)
生物化学中,pH = 7.0
+ -7
(H 浓度为10 mol/L)
标准自由能变化△G 0’
A+B C+D
-3 -1 -1
(R:气体常数,8.31 ×10 kJ•mol •K
T=t+273,[C],[D],[A],[B] 均为摩尔浓度)
平衡时,△G =0,K ′eq=[C][D]/[A][B]
则△G 0’= -RTln K ′eq
K ′eq 1,△G 0’为负值
K ′eq 1,△G 0’为正值
K ′eq =1,△G 0’为零
• 反应没有达到平衡时,
Q=[C][D]/[A][B] Q:质量作用比
△G =△G 0’+RTln Q
实际反应中,△G 可能不等于零,
所以△G 决定了反应的方向
Q接近K ′eq 时:接近平衡的反应,△G很小,
反应是可逆的
Q远离K ′eq 时:代谢中的不可逆反应(调控部位)
注意:
• 反应可以自动发生并不意味着反应的速度
就很快。反应速度与活化能有关。
• 一个开放体系的熵可以降低,代价是消耗
额外的能量。
• 整个生命过程的自由能变化是负值,所以
生命是一个不可逆的过程。
热力学第二定律的核心:
宇宙总是趋向于越来越无序。
• 自然界孤立体系中的一切变化都是自发的
向混乱度增加的方向进行,△S0。
• 生物体是开放体系,为了维持自身的有序
性,不断将生命活动中产生的正熵释放至
环境中,使环境的熵值增加,而自身保持
低熵。
2.氧化还原电势/还原电位
(reduction potentials)
• 氧化还原反应
• 还原剂、氧化剂
• 氧化还原电势
• 标准氧化还原电势E˚΄
• 标准氧化还原电势E ˚΄与
自由能的关系
Energy is
“generated” via
electron flow
both in a battery
and in a cell!
• 还原剂的还原电位:热力学活性的尺度,可以
用化学电池测量
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