生物能学课件.ppt

生物能学一、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、高能磷酸化合物体系、环境、状态能的两种形式—热与功热力学第一定律和内能(internalenergy)、焓(enthalpy)热力学第二定律和熵(entropy)自由能(freeenergy)一、有关热力学的一些基本概念热力学第一定律：能量守恒定律热力学第二定律：熵定律自由能：ΔG=ΔH-TΔSΔG:自由能变化ΔH：总热能变化ΔS：总体熵的改变ΔG＜0时，体系的反应能自发进行(为放能反应)；ΔG＞0时，反应不能自发进行，当给体系补充自由能时，才能推动反应进行(为吸能反应)；ΔG=0时，表明体系已处于平衡状态。一、有关热力学的一些基本概念1.有关定律2.自由能（freeenergy）物理意义：－ΔＧ＝Ｗ*(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，即：ΔG0，反应能自发进行ΔG0，反应不能自发进行ΔG=0，反应处于平衡状态。自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也正是为有机体利用的自由能。它不仅可以用来判断机体内某一过程能否自发进行，而且还可以利用自由能这个函数来计算反应的其它有用参数。一、有关热力学的一些基本概念1、化学反应的自由能变化的基本公式ΔG=ΔH-TΔS2、化学反应自由能变化与平衡常数和电势的关系3、偶联化学反应ΔG′°变化的可加性4、能量学用于生物化学反应中的一些规定二、化学反应中自由能的变化和意义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：aA+bB=cC+dD恒温恒压下：ΔG′=ΔG′°+RTlnQc式中：ΔG′°=-RTlnKeqΔG′—某一化学反应随参加化学反应物质的浓度、发生化学反应的pH和温度而改变的自由能变化。Qc-浓度商：ΔG′°—标准条件（T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为1mol/L,pH=7.0）下，化学反应自由能的变化。Keq-平衡常数：二、化学反应中自由能的变化和意义化学反应自由能的变化和氧化-还原电势的关系氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下：ΔG°′=－nFΔE°′任何一个氧化-还原反应，在理论上都可以构建成一个原电池。氧化-还原物质连在一起，都可以有氧化-还原电势产生，任何氧还电对都有其特定的标准电势原(E0)，电池的标准电动势可用下式计算：?0（ΔE0）=E0正极-E0负极生物体内的氧化还原物质在进行氧化-还原反应时，基本原理和原电池一样。氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下：?0（ΔE0）=(RT/nF)lnKeq=2.3(RT/nF)lgKeq二、化学反应中自由能的变化和意义原电池示意图ΔE0=E0正极-E0负极=+0.34V-(-0.76V)=+1.10V负极反应:Zn=Zn2++2eE0Zn2+/Zn=-0.76V正极反应:Cu=Cu2++2eE0Cu2+/Cu=+0.34V检流计盐桥ZnSO4CuSO4e+-二、化学反应中自由能的变化和意义计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化例：反应G-1-P?G-6-P在38℃达到平衡时，G-1-P占5%，G-6-P占95%，求ΔG0?。如果反应未达到平衡，设[G-1-P]=0.01mol/L，[G-6-P]=0.001mol/L，求反应的ΔG?是多少？二、化学反应中自由能的变化和意义ΔG′=ΔG°′+RTlnQc(Qc-浓度商)=-7.6+2.303?8.314?311?log0.1=-13.6KJ.MOL-1未达平衡时=Qc=0.1达平衡时=Keq=19解：ΔG°′=-RTlnKeq=-2.303?8.3