ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Свободные энергии образования и сопряжения реакции из "Основы физической биохимии" Свободные энергии образования и сопряжения реакций. [c.149] Для больщинства реакций в растворах, имеющих биологический интерес, pAv имеет ничтожную величину, поскольку изменение объема Ау во время превращения весьма мало. Легко заключить, что в таком случае AU и АН различаются между собой также незначительно. [c.150] Из второго закона термодинамики следует, что если AG=0, то система находится в равновесии. [c.150] Если же AG 0, то превращение или процесс, к которому причастен AG, может протекать самопроизвольно. [c.150] Если же AG 0, то превращение не может протекать самопроизвольно. Однако обратная реакция мол ет протекать самопроизвольно. Например, в реакции синтеза пептидной связи бензоилтирозин (1 м)+глицинамид (1 м)бензоилти-розин-глицинамид (1 м) +НгО, AG=420 кал/моль, AG мало, но больще нуля. В этом примере пептидный синтез не идет самопроизвольно. Напротив, пептидный гидролиз, реакция, обратная приведенной, может протекать самопроизвольно. [c.150] Реакция с отрицательной AG представляет собой такую реакцию, в ходе которой освобождается количество энергии, равное по абсолютной величине AG и способное производить химическую работу. Это — экзергоническая реакция. Экзерго-нические реакции могут происходить самопроизвольно. [c.150] Эта реакция катализируется ферментом фу.маразой. Константа равновесия этой реакции при 25° (298,16° К) равна 4,42. Это говорит о том, что равновесие достигается, когда подвергается превращению такое количество фумарата, при котором образуется количество молей малата, в 4,42 раза большее числа молей фумарата. [c.150] Таким образом, мы нашли, что стандартное изменение свободной энергии равно — 880 кал. Значит, при абсолютной температуре 298,16 и при молярных концентрациях фумаровой и яблочной кислот реакция протекает в направлении слева направо. Обратная реакция, в направлении справа налево, для которой АС° = 880 кал, при стандартных условиях невозможна. Но это не значит, что данная реакция не может самопроизвольно протекать в направлении справа налево при других концентрациях названных кислот. Для обратной реакции достаточно, чтобы концентрации фумарата и малата удовлетворяли отношению фумарат малат где --константа равновесия реакции, идущей в направлении малат фумарат. [c.151] Реакция, у которой АО имеет положительное значение, не может протекать самопроизвольно. Чтобы произвести такую реакцию, надо доставить ей количество энергии, по крайней мере равное по абсолютной величине значению АО. Это эн-дергоническая реакция. [c.151] Следовательно, в зависимости от того, отрицательно или положительно значение АО, соответствующая химическая реакция может или не может быть самопроизвольной. Но хотя мы говорим, что данная реакция может быть самопроизвольной, это не значит, конечно, что она будет осуществляться на са.мом деле. Для того чтобы химическое равновесие было достигнуто, пришлось бы ждать бесконечно долгое время. Часто для протекания биохимической реакции, термодинамически возможной, необходимо каталитическое действие определенного фермента. Роль фермента в том и состоит, чтобы увеличивать скорость данной реакции, уменьшая время, требуемое для достижения равновесия этой реакции. [c.151] Кроме того, фермент сам по себе не может сделать возможной такую реакцию, которая термодинамически невозможна, т. е. у которой АО имеет положительное значение. Отсюда можно сформулировать термодинамическую основу одного из фундаментальных принципов химического превращения фермент или катализатор не может изменить равновесное состояние. Если бы ферменты влияли на состояние равновесия, можно было бы построить вечный двигатель. [c.151] Поскольку жизнь осуществляется в условиях относительно постоянной температуры и постоянного давления и все животные и многие другие живые организмы зависят от окисления углеводов или других органических веществ как от главного источника энергии, то организмы должны располагать химическим методом улавливания энергии в этой реакции. [c.151] Предполагается, что в обеих реакциях принимают участие катализаторы. [c.152] Можно видеть, что для первой реакции отношение [В]/[А] в каких-либо единицах концентрации, например в моль/л (что обозначено взятием в скобки), при достижении равновесия равно 1000/1. Во второй реакции отношение [С]/[В] при достижении равновесия равно 1/10 или 100/1000. Таким образом, каждому молю вещества А соответствует 100 молей вещества С и константа равновесия суммарной реакции [С]/[А] должна быть равной 100. [c.152] Значит, реакция может протекать в стандартных условиях. [c.152] Таким образом, сопряженные реакции малат фумарат и фумарат аспартат должны будут остановиться, когда будет осуществлено соотношение аспартат/малат= 132. [c.153] В сопряженных реакциях общий реагент В служит в качестве мостика, по которому энергия экзергонического процесса A i B передается для приведения в движение эндерго-нической реакции B i . Последняя реакция не может идти в сколько-нибудь значительной степени в отсутствие реакции А гВ. [c.153] Мы встретились здесь с одним из главных механизмов, действие которых обеспечивает осуществление необходимых для жизни органических реакций. Предположим, однако, что в реакции В С К = 0,1 сначала имеются 22 моль В, а С вообще отсутствует. Равновесие, очевидно, установится, когда на 20 моль вещества В появится 2 моль С. Если молекулы С диффундируют через мембрану, непроницаемую для молекул В, то константа равновесия требует, чтобы молекулы В и дальше превращались в С. Эта возможность пространственного разделения реагентов и продуктов раньше не привлекала внимания, но несомненно, что в жизни организмов оно играет большую роль. Однако еще большее значение имеет то, что через посредство какого-нибудь общего химического соединения эндергонические реакции оказываются сопряженными с какой-либо весьма экзергонической реакцией. Одним из таких химических соединений-посредников, играющих огромную роль в процессах органического обмена веществ, является аденозинтрифосфат (АТФ) (см. стр. 95). [c.153] Вернуться к основной статье