第七章生物热力学基础生命运动广泛包含着复杂的热运动，热力学基本原理在生命运动过程中也是适用的。本章简要讨论热力学基本原理在生物过程中的应用，帮助我们从定性和定量角度去理解、掌握生命过程。§7-1能量和热力学第一定律二、功和热量反应热三、生成焓生命系统研究感性趣的物质常常是在溶液状态，溶液的标准状态和标准生成焓的定义要复杂得多，除规定压力、温度外还需考虑pH值、盐浓度、金属离子浓度等多种因素，尚未建立通用的定义。较方便的是在利用某些确切条件下化合物的生成焓数据时就把这组确定的条件所规定的状态作为标准状态。四、热力学第一定律生命系统的过程是连续的，所以用能量随时间的变化率表示能量转换更适宜：一个身高1.75m，体重76kg，体表面积为1.75m2的成人进行不同的活动时的代谢率及耗氧量生物体通过呼吸、进食、发汗、作功、散热等与外界进行着质、能的交换，所以是开放体系，人体的能量平衡式可写为：§7-2赫斯定律和基尔霍夫定律G+ATPG6P+ADP己糖激酶催化的反应的ΔH也可从生成焓的数据求得：对于等压下的反应大多数生物科学感兴趣的化学反应温度对反应焓的影响不大，但是在有些过程，象蛋白质的折叠和解折过程，温度的影响是非常大的，在进行数据分析和热力学计算时必须考虑。§7-3绝对熵二、绝对熵胞苷酸+核糖核酸酶酶-抑制剂复合物的熵变-54J/（K·mol）§7-4自由焓和生物化学反应的平衡常数用pA等表示反应物系各组分的分压力，则反应ΔG0<0，则Kp>1；ΔG0>0，则Kp<1。§7-5代谢过程二、葡萄糖无氧酵解无氧酵解序列反应的自由焓变化量反应ΔG0(kJ/mol)ΔG(kJ/mol)第一部分葡萄糖+ATPADP+葡萄糖-6-磷酸-16.7-33.3葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸1.7-2.7果糖-6-磷酸+ATP果糖1,6二磷酸+ADP-14.2-18.6果糖1,6二磷酸二羟丙酮-P+甘油醛-3-磷酸23.90.7二羟丙酮-P甘油醛-3-磷酸7.52.6葡萄糖+2ATP2ADP+2甘油醛-3-磷酸2.2-51.3第二部分甘油醛-3-磷酸+Pi+NAD+1,3双磷酸甘油酸+NADH6.3-1.01,3-双磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP-18.9-0.63-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸4.41.02-磷酸甘油酸磷酸烯醇丙酮酸+H2O1.81.1磷酸烯醇丙酮酸+ADP丙酮酸+ATP-31.7-23.3丙酮酸+NADH乳酸+NAD+-25.21.9甘油醛-3-磷酸+Pi+2ADP乳酸+2ATP+H2O-63.3-20.9第一部分反应：果糖1,6二磷酸二羟丙酮-P+甘油醛-3-磷酸ΔG0=23.9kJ/molΔG=0.7kJ/mol二羟丙酮-P甘油醛-3-磷酸ΔG0=7.5kJ/molΔG=2.6kJ/mol总之：葡萄糖的无氧酵解所有反应是由酶催化的，如果没有酶的催化作用，这些反应的速度太低，远不能适应生理活动的需要；代谢过程产生能用来驱动其他生理反应的分子(如ATP)而不是把大部分自由焓转换为热（葡萄糖直接氧化[葡萄糖（s）+6O2（g）6CO2+6H2O（l）]时，标准反应自由焓-2801.6kJ/mol，反应的标准熵变为-259J/(mol.K)，与无氧酵解数据比较，葡萄糖直接氧化释放的热量大大增加，这对于生理系统不利的。§7-6ATP的合成和膜离子梯度的建立ADP+PiATP+H2OnH+outnH+in（a）ADP+Pi+nH+outATP+nH+in+H2OΔG=32.5+RTln(100~1000)=32.5+(11.4~17.1)=43.9~49.6kJ/mol§7-7渗透当溶液中含有一种以上溶质分子时，总渗透压应等于所有非渗透粒子的渗透压之和：在进入肾小球时滤过膜两侧渗透有效压差为§7-8生物中的负熵流对某事件获取的信息愈多，对该事件了解愈深入，所以信息的获取与情况的不确定性程度减少相联系,随着信息量的增大，不确定性减少，信息足够多时，事件的不确定度趋于零。按照信息量的概念，如果得到信息量后，可供选择的等概率事件的不确定度从N1减为N2，这时信息量从I1减为I2，所以获取的信息量对于等概率事件在有N个等概率状态的物理系统中，若输入能量Q，则所对应的信息熵的变化为综合：系统获取利用信息（信息量增加），信息熵减少，意味着其热力学熵相应减少。以电子计算机（有两种等概率状态）为例，计算机每增加1bit的信息量，其热力学熵减少kTln2J/K，因而，计算机最少需向环境介质散热kTln2J。这部分能量由向计算机提供能量的能源（如电源）供给。这说明，维持系统在温度T的正常活动