简介

生物化学中的标准态

糖酵解的作用

简介

经典热力学是研究当体系的状态发生变化时，从宏观的角度探求热、功、能之间的转化关系。当把热力学的一些规律用于相平衡和化学平衡时就构成化学热力学。当科学家开始从分子水平去认识许多生物和生化现象时，他们把热力学的某些规律用于生物体系研究生物体系中的能量关系就构成了生物能力学(bioener—getics)。生物能力学也称为生物能量学。

生物化学中的标准态

物理化学和生物化学家对溶液中溶质标准态的选择有所不同。从而也影响了平衡常数数值的不同。在物理化学中溶质的标准态是指单位浓度的态(例如dm-3)，同时要满足理想溶液的性质。在生物化学中也是这样，但有一个例外，即在生物化学中规定氢离子的标准状态为

原因很简单，因为人体内的大部分反应都是在左右下进行的。在生物化学过程中，凡涉及氢离子的反应，式中ADP代表二磷酸腺苷(adenosinediphosphate)，是无机酸的磷酸盐(如H2P04)，如图6.6虚线部分是ADP。一个ATP分子末端的一个磷酸根断裂水解而生成ADP。在人体pH’7.0及体温310K(37C)的条件下，上述水解反应的由于ATP水解反应的<0，吉布斯自由能降低，因此是放能的，它可以为另一些反应提供30kJ·mol”的吉布斯自由能。

同时由于的数值较大，当温度升高(或降低)时，对的影响较为敏感(因为)。由于ATP的不稳性，并能从磷酸根处断裂生成ADP，同时释放出吉布斯自由能，因此有人把这里的键称为高能磷酸键。上述水解反应在缺乏一种特殊的酶(ATP酶)时，反应进行得很慢。热力学的因素指出该反应有较大的正向反应趋势，而动力学因素(酶的作用)控制着反应速率，所以生理细胞可以维持ATP和ADP的生理平衡。和AMP活当的酶催化下还可以继续水解.

ATP的水解反应能和另一些需要吉布斯自由能的反应耦合，驱动那些反应得以发生。ATP消耗后，可通过另外的途径复生，例如在糖酵解(glycolysis)反应的过程中可以再产生ATP。

糖酵解的作用

所有生物的生长和活动都需要能量。人类的生存需依靠其他生物。我们吃的食物，主要包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等，通过初步氧化，我们得到贮存在这些分子中的能量，图6.7表示从葡萄糖到丙酮酸(CH3COCOOH)的代谢过程。

从含6个碳原子的葡萄糖分子经过九个步骤，分解生成两个丙酮酸分子，每步都是酶催化反应。在九个步骤中有些步骤消耗了ATP，有些步骤又生成ATP，总起来，每摩尔葡萄糖代谢成丙酮酸，净得2molATP。糖酵解的第一步是从葡萄糖转化成6—磷酸葡萄糖。

Ilrl6.8葡萄糖转化

反应的二13.4kJ·mol”，这是一个吸热过程，0，在通常情况下不会发生，然而这个反应可被ATP的水解反应所驱动，成为耦合反应。

葡萄糖—磷酸葡萄糖+ADP

反应的，这个反应能自发进行。

在9个过程中的另一步是1，3—二磷酸甘油酸的水解是大量放热的，它可带动ADP再变为ATP的反应。

1，3—二磷酸甘油酸+ADP一3—磷酸甘油酸+ATP。

反应的，每摩尔葡萄糖分解后，生成2mol1，3二磷酸甘油酸，因此就有2molATP生成。

在反应的最后一步，磷酸(烯醇)丙酮酸变成丙酮酸的反应也是通过耦合反应完成的，过程中也增加了2molATP。反应不会在丙酮酸阶段中止，在无氧的情况还可进行最后一步反应：

这是反应的终点，生成的乳酸最后从细胞中释出，而在有氧存在的情况下，丙酮酸可进一步降解为C02和H20。

在本书中对这些问题不可能做详细的讨论。只需知道一些大概情况，例如在上述反应中当1mol葡萄糖完全降解，在过程中消耗了2molATP，又产生了38molATP，净增36molo

据此我们可以估计生物过程的效率。我们已知葡萄糖在空气中完全燃烧：

这是一个不可逆过程，结果贮存在反应物分子中的能量，以热的形式而散失。但在糖酵解的过程中，每一摩尔葡萄糖完全降解后净增36molATP，每生成1molATP，可以贮能30.5KJmol-1

因此葡萄糖经过生物过程降解成C02和H20的效率为

ATP的水解是一个放能反应，但并不是放能量多的，有些磷酸酯化合物水解放出的能量比ATP更多。参阅表6.3。

ATP的放能并不是最大，为什么许多生物代谢过程中又都有ATP参加，几乎成为唯一的呢?原因之一是由于它水解时的值比较适宜。若太大，意味着要合成它(即再生)时需要更多的能量，这并不理想；若值太小，则在耦合反应中ATP就不会发挥很大的作用。ATP在生物代谢循环中如此重要，因此有人将ATP称为“能量的通货”(energycurrency)，意思是它像通货一样，在代谢过程中传来传去发挥巨大的作用。

研究生物体中的生化反应，涉及到生命现象，这一直是许多科学家所希望解决的问题。由于生物体是一个敞开体系，它需要与外界不断地交换能量和物质才得以生存，它不是一个热力学的平衡体系。经典热力学的理论用到生物现象上遇到了困难，它需要新的非平衡理论。

事物的发展，总是从量变到质变，当知识的广度和深度发展到一定水平之后，就会产生飞跃，解决生命现象中的许多问题为时不会太远了。