代謝引論和生物能學(xué)概述(編輯修改稿)
2025-02-09 05:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和意義 四 、 生物體的 能流 和能量產(chǎn)生的 三個(gè)階段 一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念 ?體系 （ system） 、 環(huán)境 (surroundings)、 狀態(tài) (status) ?能的兩種主要形式 — 熱 (heat)、 功 (work) ?熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能 (internal energy)、 焓 (enthalpy) ?熱力學(xué)第二定律和熵 (entropy) ?自由能 (free energy) 體系 、 環(huán)境 、 狀態(tài) 開(kāi)放體系－物質(zhì)交換、能量傳遞 封閉體系－無(wú)物質(zhì)交換 隔離體系－無(wú)物質(zhì)交換、能量傳遞 體系 熱－無(wú)序運(yùn)動(dòng) 功－有序運(yùn)動(dòng) 能的兩種主要形式 — 熱與功 內(nèi)能 (internal energy)、焓 (enthalpy) ? 熱力學(xué)第一定律 ? 內(nèi)能－－體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)能量的總和，為體系狀 態(tài)的函數(shù)， U or E。 ? 焓－－為一個(gè)體系的內(nèi)能與其全部分子的壓力 和體積總變化之和，亦為體系狀態(tài)的函 數(shù)， H。 ΔH＝ ΔU＋ ΔPV 熱力學(xué)第二定律和熵 (entropy) ? 熱力學(xué)第二定律 ? 熵－－代表一個(gè)體系質(zhì)點(diǎn)散亂無(wú)序、能量 分散 程度的狀態(tài)函數(shù)， S。 熱力學(xué)第二定律就是著名的熵定律，它指在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里，能量總是從高的地方流向低的地方，系統(tǒng)從有序漸漸變成無(wú)序（混沌狀態(tài)），系統(tǒng)的熵最終將達(dá)到最大值（宇宙大爆炸）。這是一個(gè)不可逆的過(guò)程。 熵的極大值或極小值都預(yù)示著生命的死亡。 二、自由能（ free energy） 物理意義：－ Δ Ｇ＝Ｗ * (體系中能對(duì)環(huán)境作功的能量 ) 自由能的變化能預(yù)示某一過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行 ， 即： Δ G0， 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行 Δ G0， 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行 Δ G=0， 反應(yīng)處于平衡狀態(tài) 。 自由能的概念對(duì)于研究生物化學(xué)過(guò)程的力能學(xué)具有很重要的意義，生物體用于作功的能量正是體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的自由能，生物氧化釋放的能量也正是為有機(jī)體利用的自由能。它不僅可以用來(lái)判斷機(jī)體內(nèi)某一過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行，而且還可以利用自由能這個(gè)函數(shù)來(lái)計(jì)算反應(yīng)的其它有用參數(shù)。 三、 化學(xué)反應(yīng)中自由能的變化和意義 化學(xué)反應(yīng)的自由能變化的基本公式 Δ Ｇ =Δ HTΔ S 化學(xué)反應(yīng)自由能變化與 平衡常數(shù) 的關(guān)系 偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng) Δ G176。 ′ 變化的 可加性 能量學(xué)用于生物化學(xué)反應(yīng)中的一些 規(guī)定 化學(xué)反應(yīng)自由能的變化和平衡常數(shù)的關(guān)系 假設(shè)有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)式： aA + bB = cC + dD 恒溫恒壓下： Δ G=Δ G176。 + RTlnK39。eq 例 ：計(jì)算磷酸葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)的自由能變化 Δ G — 某一化學(xué)反應(yīng)隨參加化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的濃度、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的pH和溫度而改變的自由能變化。 badCBADCKe q][][][][? Δ G176。 ′ — 標(biāo)準(zhǔn)條件（ T=298OK,大氣壓為 1atm,反應(yīng)物和生成物濃度為1mol/L,pH=）下，化學(xué)反應(yīng)自由能的變化。 Keq 平衡常數(shù)： 反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)： ?G o 39。 = RT ln K39。eq 39。 計(jì)算磷酸葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)的自由能變化 達(dá)平衡時(shí)
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