能量生物學(Bioenergetics)

一、名詞解釋：
1. 能量生物學（Bioenergetics＝biochemical thermodynamics生化熱力學）：生化反應中伴隨能量變化的研究
˙ Biological systems（生化系統）本質上為恆溫的（isothermic）
2. 自由能（Free energy,ΔG）：生化反應中可用能量的改變量；亦可表示成 G（生成物）-G（反應物）
A. ΔG＜0，釋能（exergonic）反應，自發性反應
B. ΔG＞0，需能（endergonic）反應，須外加能量反應才可進行
C. ΔG＝0，反應達到平衡
˙ ΔG0（標準自由能）：在標準狀態（pH＝7.0，反應濃度＝1.0mol/L, 25ºC）下，所測得反應的自由能：ΔG0＝－RT logK’eq
二、生化熱力學的定律
1. 化學能可以轉移，但總能恆定
2. 生化反應若能自發，系統中的總熵or亂度（entropy）必增加→反應趨向最低能量，最大亂度
3. 熵：物質系統中不能用於作功的能量的度量，也就是非自由能的部分
三、 Metabolism（代謝作用）
分為以下二類：
1. Catabolism（異化作用）：釋能反應（ΔG＜0），大分子分解變成小分子
<e.g>蛋白質→肽鏈→胺基酸
2. Anabolism（同化作用）：需能反應（ΔG>0），小分子合成變成大分子 ※自發性的反應ΔG一定＜0
四、吸能和放能伴隨的反應有二種
1. 藉由中間產物（需有結構上的相關性）<e.g>子反應1： AH2→A ΔG<0（放能）子反應2： B→BH2 ΔG>0 總反應： AH2＋B→A＋BH2 ΔG<0
2. 藉高能化合物傳遞能量，<e.g> ATP
五、自由能的供應：所有生物需要自由能來維持生命
1. 自營性（Autotrophic）＝放能反應
A. 光合自營生物：利用葉綠素吸收光能，將CO2和水合成醣類。例如高等植物、藻類及光合細菌等
B. 化學自營生物：若干細菌具有酵素，可氧化無機物產生ATP。例如硫細菌、鐵細菌、氫細菌、氮化細菌等
2. 異營性（Heterotrophic）＝吸能反應
A. 不斷由環境中吸取富含能量的有機物，<e.g>ATP
六、生物能量學
1. 能量的偶合作用

資料來源：accessexcellence
細胞利用ATP/ADP作為能量生成及消耗反應的媒介
˙ 靜止代謝狀態：需要相對較少能量；高ATP/ADP及高NADH/NAD+
˙ 活動代謝狀態：需要相對較多能量；低ATP/ADP及低NADH/NAD+
2. ATP的磷酸轉移
A. 由γ磷酸（~ ○P）開始水解
ATP分子磷酸根水解斷裂時，會產生ADP，再經由水解ADP的高能磷酸鍵之後產生AMP。注意水解的過程是從最遠離核糖的磷酸根─γ磷酸開始
B. 金屬離子如Mg2+扮演穩定ATP結構的角色
C. ATP含有的能量
a. 形成1mole ATP需消耗8仟卡
b. 水解1mole ATP可釋放7.3仟卡
→水解作用的效率：7.3÷8＝0.9