化能異養(yǎng)型微生物代謝中的能量形式轉(zhuǎn)換(已修改)
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【正文】 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 1 第四節(jié) 化能異養(yǎng)型微生物代 謝中的能量形式轉(zhuǎn)換 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 2 化能異養(yǎng)型微生物利用化學(xué)能源，并以有機(jī)化合物為主要碳源和能源進(jìn)行生命活動(dòng)?；瘜W(xué)能源物質(zhì)作為能源化合物參與生物氧化，從而獲得可以直接支持生命活動(dòng)（支撐生命）的代謝能。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 3 氧化還原對(duì)及其氧化還原電位 電子載體與高能（磷酸）鍵載體 生物學(xué)體系中的能量耦合 與呼吸、發(fā)酵對(duì)應(yīng)的代謝能轉(zhuǎn)換 機(jī)制 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 4 氧化還原對(duì)及其 氧化還原電位 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 5 溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀況的規(guī)定 生化反應(yīng)前后自由能的變化 氧化還原電位的測(cè)定及標(biāo)準(zhǔn) 狀況的規(guī)定 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 6 氧化還原系統(tǒng)中成對(duì)的氧化物和還原物被稱(chēng)為氧化還原對(duì)（ redox couple）， 又稱(chēng)為電極對(duì)，其通式為：氧化型 / 還原型。 例如： NAD+／ NADH+H+ Fe3+／ Fe2+。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 7 在氧化還原電極對(duì)之間有電子轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，它們的還原電位（或稱(chēng)電極電位）就是衡量這種電子轉(zhuǎn)移（獲得電子）的趨勢(shì)的物理量，記作“ E ”。 在物理化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀況下電極對(duì)的還原電位 ， 叫標(biāo)準(zhǔn)還原電位，記作 E0。在生物化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電極對(duì)的還原電位記作 E0′， 叫生化標(biāo)準(zhǔn)還原電位。所謂標(biāo)準(zhǔn)還原電位，是根據(jù)下述溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀況的參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義的。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 8 溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀況的規(guī)定 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 9 在生物系統(tǒng)中，溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀況有它的特殊性，因?yàn)?生化反應(yīng)通常在接近中性 pH 的稀水溶液中進(jìn)行 。已對(duì)生物系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)狀況作如下參考規(guī)定： 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 10 ①水的標(biāo)準(zhǔn)狀況規(guī)定為純液體的標(biāo)準(zhǔn)狀況。因而，水的濃度（或活度）取作 1 ，盡管實(shí)際上水的摩爾濃度為 mol/L。 ② 氫離子的活度規(guī)定為對(duì)應(yīng)于在生理 pH 條件（ pH 7 ） 的活度，而不是化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)規(guī)定的 pH 0（ 氫離子活度為 1 ）的活度。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 11 ③能經(jīng)歷酸堿反應(yīng)的化合物的標(biāo)準(zhǔn)狀況規(guī)定為其天然存在的離子混合物在 pH 7 的條件下的總濃度。這樣做的好處在于，通常測(cè)量一個(gè)化合物的總濃度比測(cè)量其一種離子的濃度要更容易些。然而，因?yàn)樗峄驂A的離子組成隨 pH 值而變化，用總濃度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)自由能時(shí)，只能采用 pH 7 時(shí)的濃度。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 12 使用上述參考規(guī)定時(shí)， 標(biāo)準(zhǔn)自由能變化一般用符號(hào) ΔG 0′（ 生化標(biāo)準(zhǔn)狀況下自由能的變化） 來(lái)表示，這里加上撇號(hào)“ ′”，以區(qū)別于物理化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀況下自由能的變化 ΔG 0。由于 自由能變化與所規(guī)定的參考狀況無(wú)關(guān)， 所以參考狀況是可以人為選擇的。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 13 然而，在用公式表示水和質(zhì)子對(duì)自由能變化的影響時(shí)，規(guī)定這參考狀況是很重要的，如果用生化標(biāo)準(zhǔn)狀況作參照，水的濃度可以從公式中省去。類(lèi)似地，如果反應(yīng)在 pH7條件下進(jìn)行，則質(zhì)子濃度不必包括在公式中（如果反應(yīng)在 pH 值不等于 7 的情況下進(jìn)行， 質(zhì)子濃度應(yīng)當(dāng)取與 107 有關(guān)的值，即應(yīng)當(dāng)以 “ [H+ ]/107 ” 的方式出現(xiàn)）。 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 14 生化反應(yīng)前后自由能的變化 2022/2/10 張星元：發(fā)酵原理 15 在活細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)條件是恒溫、恒壓的條件。 在恒溫、恒壓條件下，各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，取決于自由能的變化“ ΔG ′” 的值
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