代谢总论与生物能学

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代谢总论与生物能学共29页

代谢总论与生物能学
26、机遇对于有准备的头脑有特别的亲和力。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力量泉源之一，也是成功的利器之一。没有它，天才也会在矛盾无定的迷径中，徒劳无功。- -查士德斐尔爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉尔。 30、我奋斗，所以
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

第一章代谢总论与生物能学复习研究报告

(3)血糖水平高时,降糖激素如胰岛素则通过激活蛋白磷酸化酶,使糖原磷酸化酶脱磷酸成为非活性形式,而糖原合酶脱磷酸化后成为活性形式.
5.1mol甘油彻底氧化能生成多少mol的ATP？
肌肉、神经组织（α-磷酸甘油穿梭NAD –FADH2）肝脏、心肌组织（苹果酸-天冬氨酸穿梭NADH-NADH）
ATP 甘油
复习
第一章代谢总论与生物能学
• 代谢的研究方法 • 反应的标准自由能变化及其与平衡常数的
关系 • 高能键及高能化合物 • 磷酸肌酸与ATP的转换
第二章生物氧化
• 生物氧化中物质氧化的方式 • 线粒体氧化体系（二条、呼吸链的组成及功能、
呼吸链抑制剂的作用位点） • 氧化磷酸化的作用机制（化学渗透学说） • 呼吸链的加强、抑制和解偶联 • 线粒体外NADH2的氧化
磷酸果糖激酶I
果糖-1，6-二磷酸酶
磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变
丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶、苹果酸脱氢酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
效应物对关键酶的反向调节，避免了体内无效循环的进行
2.在厌氧条件下，肌肉中进行糖酵解为什么必须将丙酮酸还原为乳酸？该反应的NADH的来源是什么？
(1)糖酵解过程中产生的NADH必须再生为NAD+才能使酵解不断进行下去，而厌氧条件下，NADH不能进入呼吸链再生，必须以其它有机物作为电子受体而氧化再生。
肝脏组织为什么不能利用酮体?
（1）肝脏中不存在β-酮脂酰CoA转移酶（2）乙酰乙酸不能活化为乙酰乙酰CoA，所以不能
在肝脏中进一步代谢氧化，（3）β-羟丁酸经β-羟丁酸脱氢酶氧化为乙酰乙酸后
同样不能在肝脏中进一步氧化。所以肝脏中合成的酮体不能在肝脏中代谢。

第三章代谢引论和生物能学概述

检流计
原电池示意图
-
e
+
ZnSO4
盐桥
CuSO4
E0 Zn2+/ Zn= - 0.76V E0 Cu2+/ Cu=+ 0.34V
负极反应: 负极反应 Zn=Zn2++2e 正极反应: 正极反应 Cu=Cu2++2e
∆E0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V 正极负极
自由能的意义：自由能的意义：生物体用于作功的能量是体内化学反应释生物体用于作功的能量是体内化学反应释作功的能量是体内化学反应放的自由能（放的自由能（生物氧化释放的能量也是为有机体利用的自由能）。机体利用的自由能）。
三、化学反应中自由能的变化和意义
1、化学反应的自由能变化的基本公式、
•细胞水平：细胞的特殊结构与酶结合在一起，使细胞水平：细胞的特殊结构与酶结合在一起，酶有严格的定位条理性，代谢途径得到分割制。 •整体水平：激素和神经的调节整体水平：
四、代谢中常见的有机化学反应机制
•基团转移反应：常见的转移基团是酰基（胰蛋白酶催化基团转移反应：常见的转移基团是酰基（
第三节生物能学简介
一、自由能（free
energy） energy）
自由能是一个化合物分子结构中所固有的能量物理意义：－Δ 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* ：－
(体系中能对环境作功的能量) 体系中能对环境作功的能量)
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，自发进行 ΔG<0 表示自由能释放， ΔG<0，表示自由能释放，反应能自发进行 ΔG>0 表示自由能输入， ΔG>0，表示自由能输入，反应不能自发进 ΔG=0 反应处于平衡状态， ΔG=0，反应处于平衡状态，意味着该反应是可逆的

第八章代谢总论与生物能学

② ATP + H2O →ADP + Pi
ΔG0 = -30.5kJ/mol
求③ Glc + ATP → Glc-6-p + ADP 的标准自由能变化？
解：反应3为反应1与2之和，其标准自由能变化是反
应1与2之和： 13.8kJ/mol + （-30.5kJ/mol）
3高能化合物
随水解或基团转移反应可放出大量自由能（20.92kJ以上）的化合物。
▶
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代谢途径（metabolic pathway）
➢体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连续的有严格顺序的反应构成代谢途径。 ➢代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步骤的产物称作中间产物。
代谢途径的一览图
1点1线在1个途径的末端; 1点2线在1个途径的中间; 1点3线参与2个途径；其余类推。
代谢途径的区域化
代谢途径的区域化
如：糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。
2）新陈代谢的特点
➢代谢反应是在温和的条件下进行的，由不同的酶催化。 ➢代谢过程由一系列的连续的化学反应构成，却有严格顺序。 ➢生物体内的代谢反应有灵活的自我调控步骤。 ➢生物的代谢体系是长期进化中逐步形成，逐步完善的。
～P
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
ATP水解标准自由能变为-30.5kJ/mol，但实际的自由能变化在不同的细胞有不同值。
不同细胞中[ADP][Pi]/[ATP]值不同。细胞所处的能量状态用能荷（energy charge）来表示
能荷=（[ATP]+1/2[ADP]）/（ [ATP]+[ADP]+[AMP]）

代谢总论

17
磷酸稀醇式化合物
COO- O 磷酸稀醇式丙酮酸 C －O～P－OCH2
O-
18
(2)氮磷键型(-N~P) 胍基磷酸化合物
O HN～P－O-
O
HN～P－OOC＝NH NH (CH2)3 + HC－NH3 COO19
OC＝NH
磷酸肌酸 N－CH3 CH2－COO-
磷酸精氨酸
(3)硫酯键型(-C~S或-O ~S)
2
（一）分解代谢和合成代谢、物质代谢和能量代谢
生物小分子合成为生物大分子需要能量释放能量分解代谢（异化作用）能量代谢
合成代谢
（同化作用）
新陈代谢
物质代谢
生物大分子分解为生物小分子
3
物质代谢特点
同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵活性和应变能力。同一种物质的两种过程是在细胞的不同部位进行（真核细胞中常见）。代谢物（中间产物）；中间代谢；主要代谢途径；两用代谢途径；
标准自由能变化为－7.3千卡/摩尔（－30.5千焦/摩尔)
22
（1）ATP是生物能存在的主要形式 37页 ATP的结构特性
ATP－ ADP＋Pi ATP－ AMP＋Pi~ Pi －－－
－
酸酐键共振稳定性小酸酐键磷酸基团之间相邻的负电荷之间相互排斥。 ADP＋Pi比ATP具有更大的共振稳定性。
28
思考题：
1.新陈代谢的特点? 2.利用自由能判断反应的进行方向? 3.高能化合物、高能磷酸化合物？ 4.ATP在能量转运中的地位和作用？磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用下册第22页：2,6 第44页3,4，6
29
B
C
D
常用稳定同位素：2H,15N,13C,18O 常用放射性同位素：3H,32P,14C

第五章代谢总论与生物能学

第五章代谢总论与生物能学1.1、代谢和代谢途径的概念 p3061、代谢（新陈代谢）：机体中各种化学反应（代谢反应）的总称。

3、代谢途径：完成代谢反应的一系列过程。

4、中间代谢：代谢途径中的个别环节、个别步骤。

1.2 、代谢的分类 p306-3071.3、代谢的特点 1、具方向性不可逆反应决定了代谢途径进行的方向，为代谢途径的重要调控位点。

2、分解代谢和合成代谢途径不相同。

3、分解代谢和合成代谢过程常在细胞的不同部位进行。

代谢的区域化分布是代谢的一种重要调节方式（细胞水平的调节）。

4、各种代谢途径相互联系，交织成网。

代谢合成代谢：小分子大分子分解代谢：大分子小分子（贮能）（放能）物质代谢能量代谢5、调节方式多样、灵活。

P308-309机体中的代谢可通过酶水平（分子水平，如酶量、酶催化能力的调节），代谢的区域化分布（细胞水平）、激素和神经（整体水平）等多种方式进行灵活的调节。

代谢途径中，还存在下述常见调节方式：⑴、反馈抑制作用p128-129代谢途径中后面反应的产物对催化前面反应的某个酶的抑制作用。

⑵前馈激活作用代谢途径中前面反应的产物对催化后面反应的某个酶的激活作用。

⑶、相反途经酶的协同控制p308两条相反途径协调控制的关键是限速酶的协同调节，一条途径的限速酶被激活，相反途径的限速酶活性一定会受到抑制。

1.4、生物能学原理p339-3471、生物体能量的转换遵循热力学定律p339-341⑴、热力学第一定律（能量守恒定律）在任何物理和化学变化中，体系中的总能量保持不变。

能量可以改变成不同形式，也可以从一个地方输送到另一个地方，但不能创生也不能消灭。

⑵、热力学第二定律体系总是趋向于增加紊乱程度。

在所有自发过程中，体系的熵增加。

但熵增加不一定发生在反应系统本身，可以在其环境中。

2、自由能的概念p340-341某一反应体系中，恒温恒压下体系用来做功的那部分能量。

用G表示，为一状态函数。

3、自由能的变化-△G p341，p343对于一个氧化-还原反应体系来说：△G = - nF△E△G：标准自由能变化，n：得失电子数△E：标准电极电势差F：法拉第常数生物化学中，标态下（25℃，1atm，体系中各物质的浓度均为1mol/L，pH7.0）△G0’= - nF△E0’常见△E 0’的值：4、△G的意义p341当△G = 0时，反应处于平衡状态；△G＜0时，反应能自发进行；△G＞0时，反应不能自发进行，需要由环境提供所需的能量后，反应才能进行。

第八章代谢总论及生物能

第八章代谢总论及生物能一、新陈代谢二、新陈代谢的特点和调节三、生物能及高能化合物一、新陈代谢(代谢 Metabolism )新陈代谢:营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈代谢。

实质：错综复杂的化学反应相互配合，彼此协调，对周围转环境高度适应而成的一个有规律的总过程。

代谢的功能：从环境中获得营养转变为自身需要的结构元件装配成自身的大分子形成或分解生物特殊功能所需的生物分子提供生命所需的一切能量。

（二）分类同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵活性和应变能力。

同一种物质的两种过程并非都是在细胞的相同部位进行。

两用代谢途径；二、新陈代谢的特点与调节1.新陈代谢的特点步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序性；各代谢途径相互交接，形成物质与能量的网络化交流系统。

精密的调控机制保证机体最经济地利用物质和能量。

各代谢途径之间存在许多重复出现的基元在温和条件下进行(由酶催化)；2. 新陈代谢的调节分子水平（反应物、产物）细胞水平（反应的定位,代谢途径分隔控制）整体水平（激素和神经调节，合理分工安排）基因表达的调控三、生物能及高能化合物概念：是一种能能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。

化学本质：是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。

（二）高能化合物一般将水解时能够释放 20.9 kJ /mol（5千卡/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。

高能键：在分子中用“~”表示2.高能磷酸化合物机体内有许多磷酸化合物，当其磷酰基水解的时候，释放出大量的自由能。

这类化合物称作高能磷酸化合物。

（1）ATP（2）磷酸肌酸、磷酸精氨酸（1）ATP是生物能存在的主要形式① ATP作为生物能源具有的特点ATP是一种瞬时自由能供体（能量中转站），不是能量存储形式。

ATP、ADP和Pi在细胞内处于动态平衡状态，ATP和ADP循环速率非常快。

②ATP的特殊作用ATP末端磷酸基团水解可以释放能量，通过酶和其它生物化学反应相偶联，使多数不能自发进行的反应得以顺利进行。

(完整word版)生物化学部分总结

第19章代谢总论1、分解代谢: 有机营养物, 不管是从环境获得的, 还是自身储存的, 通过一系列反应步骤变为较小的, 较简单的物质的过程称为分解代谢。

2、合成代谢: 又称生物合成, 是生物体利用小分子或大分子的结构原件建造成自身大分子的过程。

3、ATP储存自由能为生物体的一切生命活动提供能量。

满足以下四方面的需要: ①生物合成、②肌肉收缩、③营养物逆浓度梯度跨膜运送、④在DNA、RNA、蛋白质能生物合成中, 以特殊方式起递能作用。

4、能够直接提供自由能推动生物体多种化学反应的核苷酸类分子除ATP外, 还有GTP, UTP, CTP。

GTP对G蛋白的活化, 蛋白质的生物合成, 蛋白质的寻靶作用, 蛋白质的转运等等都作为推动力提供自由能。

5、FMN, 黄素腺嘌呤单核苷酸, FAD, 黄素腺嘌呤二核苷酸, 它们是另一类在传递电子和氢原子中起作用的载体。

FMN和FAD都能接受两个电子和两个氢原子, 它们在氧化还原反应中, 特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用。

6、辅酶A, 简写为CoA, 分子中含有腺嘌呤、D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺。

在水解时释放出大量的自由能。

第20章遗传缺欠症缺乏尿黑酸氧化酶, 导致酪氨酸的代谢中间物尿黑酸不能氧化而随尿排出体外, 在空气中使尿变成黑色。

苯丙酮尿症, 是苯丙氨酸发生异常代谢的结果, 这是尿中出现苯丙氨酸。

但酪氨酸的代谢仍然正常。

通过以上两种不正常的代谢现象, 是苯丙氨酸的代谢途径得到了阐明。

第21章生物能学1、高能磷酸化合物的类型.碳氧键..氮磷键型-如胍基磷酸化合物。

1.磷酸肌酸。

2.磷酸精氨酸..硫酯键型-活性硫酸基.1.3’-腺苷磷酸5’-磷酰硫酸.2.酰基辅酶A..甲硫键型-活性甲硫氨.2、ATP水解释放的自由能收到许多因素的影响。

当ph升高时ATP释放的自由能明显升高。

还受到Mg2+等其他一些2价阳离子的复杂的影响。

3、ATP在磷酸基团转移中作为中间递体而起作用。

新陈代谢与生物能学

ATP的特点的特点环境中，在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基环境中分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式个负电荷的离子形式（团完全解离成带个负电荷的离子形式（ATP4），具有较大势能加之水解产物稳定，具有较大势能，），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（∆G°′=-30.5千焦摩尔）。解自由能很大（ ° 千焦/摩尔）。千焦摩尔
(四) 高能化合物与ATP
• 生化反应中，在水解时或基团转移反应中可生化反应中，释放出大量自由能（千焦/摩尔释放出大量自由能（>21千焦摩尔）的化合千焦摩尔）物称为高能化合物。物称为高能化合物。 • 高能化合物的类型 • ATP的特点及其特殊作用的特点及其特殊作用
高能化合物的类型
自由能（free energy）
• G=H-TS • ∆Ｇ=∆H-T∆S Ｇ • 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，进行，即： • ∆G<0，反应能自发进行， • ∆G>0，反应不能自发进行， • ∆G=0，反应处于平衡状态。，反应处于平衡状态。
化学反应自由能的变化和平衡常数的关系假设有一个化学反应式：假设有一个化学反应式：aA + bB = cC + dD 恒温恒压下：恒温恒压下：∆G′=∆G°′+ RTlnQc ° 式中：∆G°′= - RTlnK 式中： °
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢
需要能量
物质代谢
•
代谢
• • •
能量代谢
能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
（二）新陈代谢的研究方法
1.研究材料：

代谢总论生物能学

（2）细胞内影响ATP自由能释放的因素
• 细胞的内环境pH在7.0左右，此时ATP、ADP的全部
磷酸基团都处于解离状态，而成为多电荷负离子形式，即ATP4-和ADP3-。它们与细胞内大量存在的Mg2+结合。
ATP水解释放的自由能许多因素的影响。 pH值升高时，ATP释放的自由能增加（看教材表20-4）。 Mg2+等二价阳离子存在时，也使ATP释放的自由能增加。
④在DNA、RNA、蛋白质等的生物合成中，以特殊的方式起递能作用。
ATP的生成与分解处于动态平衡中。能够提供能量的核苷酸分子，除了ATP以外，还有GTP、UTP、
新成代谢是物质代谢与能量代谢的统一
生物体的新陈代谢
合成代谢生物小分子合成生物大分子
（同化作用）
需要能量
分解代谢释放能量
能量代谢
新陈代谢的功能：
①从周围环境中获得营养物质；②将外界摄入到体内的营养物质转变为自身所需要的结构元件，即大分子的组成前体； ③将结构元件装配成自身的大分子；④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子；⑤提供生命活动所需的一切能量。
一、分解代谢与合成代谢从物质代谢来说，新陈代谢包括分解代谢和合成代谢。
五、辅酶A在能量代谢中的作用
辅酶A（可写为CoA或CoA -SH），分子中含有腺嘌呤、 D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺。活泼基团是巯基乙胺的-SH。它在酶促转乙酰基反应中，起着接受或提供乙酰基的作用。乙酰- CoA常用CH3-CO-S CoA表示，或写作乙酰- S –CoA。乙酰基与CoA结合是通过一个硫酯键，这个硫酯键水解是可放出大量自由能。乙酰- CoA ATP 31.38kJ/mol(7.5kcal/mol) 30.54kJ/mol(7.3kcal/mol)

吉林大学食品生物化学 7代谢总论与生物能学

The Laws of Energy Transformation
• Thermodynamics
– Is the study of energy transformations
The First Law of Thermodynamics
• According to the first law of thermodynamics
生物能学
Thermodynamics and Metabolism
一、有关热力学的一些基本概念
二、化学反应中自由能的变化和意义
三、高能磷酸化合物
能量代谢
任何物质的变化都伴随着能量的变化，生物
体内能量的变化过程称为能量代谢。能量代谢
与物质代谢同时存在，不存在无物质代谢的能量代谢，也不存在无能量代谢的物质代谢。
Enzyme 1 A Reaction 1 B Reaction 2 Enzyme 2 C Reaction 3 Product Enzyme 3 D
Starting molecule
• One reason for multiple steps is the limitied reaction specificity of enzymes. • Another reason for multiple steps in metabolic pathways is to control energy input and output. • Finally, multiple steps provide opportunities to establish control points.
– Energy can be transferred and transformed – Energy cannot be created or destroyed

生物化学第19和20章代谢总论和生物能学

反应的平衡常数与Δ G0
当反应达到平衡时，自由能变化为零，即
Δ
G
=
0，而反应的平衡常数
Keq

[C]c [ D]d [ A]a[B]b
代入上式得 G 0 RT ln Keq
当pH为7时 G 0’ RT ln Keq’
根据测得的反应达到平衡时各物质的浓度，可
以计算出反应的平衡常数，代入上式可以计算出反
新陈代谢的功能
新陈代谢简称代谢。人们将代谢的功能概括为 5个方面：①从周围环境中获得营养物质。②将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件，即大分子的组成前体。③将结构元件装配成自身的大分子。④合成或降解执行生物体特殊功能所需的生物分子。⑤提供生命活动所需的一切能量。
代谢途径
虽然新陈代谢包括数以千计的不同酶催化的反应，但仍可以从错综复杂的代谢网络中总结归纳成一些具有共同规律的途径，并将这些途径称为主要代谢途径。这些主要代谢途径在千差万别的生物界具有相当的普遍性。
3．标准自由能的单位为 kJ/mol 或 kcal/mol。
三、高能化合物
(高能化合物的概念)
机体内有许多含磷酸的化合物，当其磷酰基水解时，释放出大量的自由能，这类含磷酸的化合物称为高能磷酸化合物。当这些磷酰基水解时，能释放出20.92kJ/mol（5 kcal/mol）以上的能量，因此将这些磷酸基团与其它基团之间的键称为“高能键”
七、代谢中常见的有机反应机制
（略）
八、新陈代谢的研究方法
（一）使用酶的抑制剂
酶的抑制剂可使代谢途径受到阻断，结果造成其底物积累，为测定该代谢物提供条件。利用酶的抑制剂可以研究代谢途径，从最初的反应物经过哪些中间代谢产物，最终形成产物的。

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放能反应,ΔG为负值; 吸能反应,ΔG为正值
二、细胞需要自由能
细胞是等温体系,它们在一个基本恒定的温度和压力下行使功能。由于热只能从高温物体向低温物体传递才能做功,所以热的流动不是细胞的能量来源。
细胞能够而且必须利用的能量是自由能
太阳能是所有生物最根本的能量来源。异养细胞、光合细胞能将营养物或太阳能转化成ATP和其他富含能量、能在恒温下做功的化合物。
生物体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，其通过生物氧化产生能量并提供给有机体利用。自由能可以用来判断机体内某一过程能否自发进行。
三、化学反应中自由能的变化和意义化学能的转化:
指化学物质所含的能量在其化学反应时转化成其它形式的过程。
葡萄糖在体外燃烧释放能量为 2868.8 kJ/mol 在体内能量逐步释放
有遵循结构-功能范例的蛋白质。这些所谓的内在无
序蛋白质无论整体或部分均不能折叠,但它们是具有功能的。
真核生物或多细胞生物体,其数量可达到整个蛋白质组的30% 或40%。但信号蛋白质组（将信号传给其他蛋白的蛋白质）的序列是内在无序的,其数量高达60-70%。似乎存在一种职责分工。结构蛋白参与了催化和运输。内部无序蛋白对于信号传导和调控是非常重要的。
标准自由能的变化，在标准条件下等于产物和反应物的自由能之差
A
B
C
<0 有能量释放，自发正向进行＝0 反应处于平衡状态 >0 吸能反应，逆向进行
有机化合物所含的自由能取决于化合物中所含基团的能量，一般来说，不
稳定、活泼的化学基团常具有较高的
自由能。
3.实际自由能的变化取决于反应物和产物的浓度细胞内反应物与产物的浓度始终处于变化状态，在非标准状态下，生化反应中的自由能变化ΔG'的计算： ΔG'=2.303RT· log [产物] -2.303RT· log· K平
+2H 2e -2H 2e
FMNH2
O OH
FAD
+2H 2e -2H 2e
FADH2
OHOHOH N N
5
CH2CHCHCHCH2OPOH CH3 CH3
8 7 6 9 10
N
1 2C O 3 4 NH
C
O
功能：在脱氢酶催化的反应中 , 起电子和
质子的传递作用 , 是一些氧化还原酶 - 黄素
焓(H):热含量，J/mol
放热反应：产物的热含量比反应物的热含量
低，ΔH是负值热力学第一定律：任何物理或化学变化中，能量的形式可变化，但能量总量恒定。
热力学第二定律：宇宙总是趋向越来越无序,
而熵(S)：系统处于无序状态时的能量，
热力学的这两个定律可以用自由能变化使其联系起来。
自由能的概念自由能是一个化合物分子结构中所固有的能量，是一种能在恒温恒压下做功的能量。自由能的热力学表达式为：
电子受体
-2H -2e
+2H +2e +2H +2e
NADH + H+
电子供体
NADPH+ 氧化型
NADPH + H+ 还原型
NAD+ (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,又称辅酶I，CoI) NADP+ (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,又称辅酶II，
CoII )
辅酶I、辅酶II是氧化还原酶 (脱氢酶)的辅酶, 通过吡啶环可逆的进行氧化还原反应 , 起着递氢和递电子的作用 , 同时 NAD+ 又是呼吸链递氢过程中的一员 , 参与能量代谢 , 也是 DNA 连接酶的辅酶。
在标准条件下, 产物和反应物在反应初始时的浓度都为1mol/L, 或比值=1, 则式（1）为
ΔG = RT· In1 - RT· In· Keq =2.303RTlog1–2.303RT· K平 = - 2.303 RT logK平在标准条件下, ΔG 以即：表示
（ 2）
反应自由能的变化不仅与产物、反应物浓度有关,还与反应时的温度、pH有关。
乙酰CoA
+Pi
磷酸化电子传递（氧化）
e-
三羧酸循环
共同中间物进入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O并释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP 中。
机体在分解代谢中产生自由能的过程大致可分为3个阶段：
第一阶段:由营养物的大分子如淀粉、蛋白质、
脂肪等分解成较小的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等；
2012年诺贝尔化学奖授予两美国科学家
10月10日下午,2012年诺贝尔化学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓。美国科学家罗伯特· 莱夫科维茨和布赖恩· 科比
尔卡因在G蛋白偶联受体领域做出的卓越贡献,分享了这一奖项。 G蛋白偶联受体是一大类膜蛋白受体的统称，其作为一种信号通路和激素受体,能够接受信号,且能参与多种细胞信号转导过程。简单地说,人们目可视物、鼻可嗅闻、唇舌间可有酸甜苦辣萦绕,实现这些功能的与其说是器官,不如说是器官上的各种细胞,但真正完成 “感知”这项工作的,是分布在细胞膜上的特殊蛋白质——G蛋白偶联受体。
一、氧化还原反应与氧化还原电势
氧化还原反应
标准氧还电势 -0.412V 电子供体电子受体 +0.77V
电子流动方向
电子总是从低电位向高电位流动
标准氧化还原电势
一个氧化还原对失去电子和得到电子的倾 3+ 向。如 Fe2+失去电子或Fe 得到电子的倾向, 称作氧化还原电势或氧化还原电位(E)。生物体内的氧化还原对标准电势规定： pH7、氧化型和还原型的浓度为1.0mol/L、 25℃,在这样的标准条件下与标准氢电极偶联,测得的标准氧化还原电势用表示。
G = H-TS
（1）
G:自由能；H:焓,以热表示的能量；T:绝对温度；S:熵
所有自发的过程总伴随着自由能的降低
就化学反应来说,自由能的释放或利用体现了产物与反应物之间自由能的差别：
Δ G = G产物 – G反应物
根据式（1）
（2 ）
Δ G =（H-TS）产物 –（H-TS）反应物
=（H产物-H反应物）-T（S产物-S反应物）
NH2 CONH2 O O N
+ -
N N
N
O
CH2OPOPOCH2 N O O O OH OH
OH
OH(OPO3H2)
2．FMN、FAD
维生素B2又名核黄素，由核糖醇和7，8-二甲基异咯嗪两部分组成。 FMN 黄素单核苷酸
VitB2
FAD
黄素腺嘌呤二核苷酸

异咯嗪1,5位N原子上可加氢及脱氢,易起氧化还原反应。 FMN
=Δ H-TΔ S
ΔG : 反应体系中自由能的变化；
（3）
ΔH：反应体系中热含量或焓的变化
ΔS：该体系反应前后熵的变化，自然界ΔS 总是正值
Δ G =Δ H-TΔ S
（3）
一个自发进行的反应系统的ΔG总是负的；当反应进行到平衡状态时，无自由能的变化，即Δ G=0，故从处于平衡状态反应中不
能得到做功所需的能量
2.营养物质转变为自身的结构元件 3.结构元件装配成生物大分子 4.形成或分解生物体特殊功能的生物大分子 5.提供生命活动所需的一切能量
代谢: 包括分解代谢与合成代谢
异化作用
物质代谢
能量代谢
同化作用
同化作用: 小分子合成大分子; 需要能量
代谢
物质代谢
能量代谢
异化作用: 大分子分解成小分子;释放能量
[反应物]
=
[产物] +2.303RT· log [反应物]
[产物] < [反应物]，则ΔG'<0
4.偶联化学反应标准自由能变化的可加性
1 、 A
2 、 B
B+C
D C+D
= + 5 kcal/mol
= - 8 = - 3 kcal/mol kcal/mol
总
A
偶联化学反应各反应的标准自由能变化是可以相加的, 因此, 总的标准自由能变化等于各步反应自由能变化的总和。且
第二节生物氧化还原反应中的自由能变化
生物氧化的定义
糖、脂、蛋白质等有机物在活细胞内氧化分解,产生CO2和H2O,并释放出能量的过程各个物质氧化的途径不同,但脱下的氢和电子最终传递给氧,并生成水的过程是相同的。电子传递过程由一系列的氧化还原反应组成,氧化还原反应中释放出能量推动ATP合成。
分解代谢：将从外界摄取或自身储存
的有机营养物,通过一系列反应转变为
较小的、较简单的物质的过程
合成代谢：生物体利用小分子或大分子的结构元件合成自质
大分子化合物分解成小分子
脂肪酸、甘油
葡萄糖、其它单糖
氨基酸
小分子转化成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）
第二阶段:小分子进一步转变为少数几种共同物质如乙酰辅酶A等；第三阶段:由柠檬酸循环(产生NADH和FADH2)和
氧化磷酸化产生大量的ATP,这是产能的主要阶段。
新陈代谢的调节
整体水平
激素调节神经调节
细胞水平
酶量的调节
分子水平
酶的调节
酶活的调节
控制代谢反应速度的几种方式
别构调节：效应物对限速酶活性的调节酶活的调节共价修饰调节：对酶结构修饰的调节如：磷酸化、去磷酸化
细胞内生物化学反应的pH值、水的浓度基本恒定，所以对生理条件下的标准自由能做了规定除H 和水外, 反应物和产物的浓度仍为1mol/L, [H ]=10 mol/L, 水的浓度为55.5mol/L。
生化体系标准自由能变化用
表示
（ 3）

代谢总论与生物能学

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