Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 12
Текст из файла (страница 12)
и этими единицами мы булем пользоваться в нашей кни~е. Калории легко перевести в джоули: 1,00 кап= =4,!84 Дж. 14.4. Химические реакции характеризуютса определенной пеличвиой 1збо Вычислим теперь величину изменения стандартной свободной энергии для реакции, катализируемой ферментом фасфаглюкомутазой (о роли этого фермента в клетке мы будем говорить в следующей главе): Фосфог:нокомут«ы Глюкозо-1-фосфат Фосфоглюкоыуткх« Глюкоза-б-фосфат.
ГЛ. 14. АТР-ЦИКЛ И БИГГЭНЕРГЕТИКА КЛЕТКИ 4! 1 Химический анализ показывает, что если исходная концентрация глюкозо-1- фосфата равна. допустим, 0,02 М, то при избытке фермента реакция протекает в прямом направлении [слева направо). а если исходная концентрапия глюкозо-6-фосфата равна 0,02 М, то реакция протекает в обратном направлении [справа налево1 причем конечный результат оказывается одинаковым; в равновесной смеси цри 25'С и рН 7,0 концен«рации глюкозо-1-фосфата и глюкозо-6- фосфата составляют соответственно 0 00! и 0 019 М.
!Вспомним, что фермент не смешает равновесие данной реакции, а только ускоряет его достижение.) Рассчитаем из этих данных константу равновесия фосфоглюкомутазной реаьпии [Глюкоза-б-фосфат] 0,019 К,„' — . -- — .'- — — 19,0. [Глюкоза-1-4хюфет) 0.001 Зная величину К.„', мы можем определить изменение стандартной своболной энергии: ЛГл~ = — 2,303КТ18К,' =- = — 2,303.1,987 2981819,0 =- — 1360 1,28 = — 1740 кал/моль.
Изменение стандартной свободной энергии выражается в этом случае отрицательной величиной, и, следовательно, превращение глюкозе-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат при исходных концентрациях глюкоэо-1-фосфата и глюкозо-6- фосфата 1,0 М протекает с потерей свободной энергии. Для биохимических реакций величины Або принято выража.гь в килокалориях; в нашем примере Ьба' = — 1,74 ккал/мо.чь. В табл.
14.3 приведены величины изменения стандартной своболной энергии для ряда характерных химических реакций. Из этой таблицы видно, что гидролиэ таких соединений„ как некоторые сложные эфиры, амиды, пептиды и гликозиды, а также реакции перегруппировки и элиминирования, сопровождаются сравнительно небольшим изменением стандартной свободной энергии. тогла как гипролиэ ангидридов кислог характе- Габ.шца 14-3. Изменения стаилартнай сво- бодной энергии для некоторых химических реакций при рН 7,0; 25'С апо.
ккал,*'моль Рмкцкя Гидролиз: Ангидриды кис.яот: Уксусный ангидрид + Н,О 2Ацетат АТР + НлО АОР + 6 Фосфат Сложные эфиры: Этилацетат + НзО Этанол -1- Ацегат ! люкозо-6-фосфат + Н,Π— ° Глюкоза э Фосфат Амиды и пептилы: Глутамнн + НзΠ— ° Глутамат + Р1Н', Глицилглицин + НзО -1 2Глицин Гликозиды: Мальтоза + НзО 2Глюкоза Ляктоза + НзО Глюка за + Галктоза Перегруппировка: Глюкоза-1.фосфат -в Глюкоза-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат Т'люкозо-6-фосфат Отшепление воды: Малат Фумараг + Н,О Окисление молекулярным кислородом: Глюкоза 4 6Оз бСОз + +ЬНО Пальмитииоаая кислота + ф 23О, 16СОз + 16НлΠ— 21,8 — 7,3 — 3.3 — 3,4 -3,7 — 1,74 — 0,40 +0,75 ризуется относительно большой величиной Або .
Особенно же большим уменьшением стандартной свободной энергии сопровождастся окисление органических соединений до СО, и НзО. Позже, однако, мы увидим [гл. 15 и 17), что данные об иэмененияхстандартной свободной энергии, подобные тем, которые приведены в табл. 14.3, ничего в сущности не говорят нам о том, какая часть своболной энергии может реально использоваться в биологических системах. 412 ЧАСТЬ П. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИ1М (4.5. Величины Лбо' и Лб различаютсн, и зто различие имеет важное значение Следует ясно отдавать себе отче~ в том, что изменение свободной энергии Л6 и изменение стандартной свободпоа энергии Л6' †э лве разные величины.
Как мы уже знаем, при любом спонтанном химическом или физическом процессе свободная энергия реакционной системы всегда уменьшается, т.е. Л6 выражается всегда отрицательной величиной. Но мы знаем также, что любой химической реакции соответствует строго определенное изменение стандартной свободной энергии Л6в', которое може~ быть положительным, отрицательным или равным нулю в зависимости от константы равновесия данной реакции. По величине изменения стандартной свободной энергии Л64' мы судим о том, в каком направлении и как далеко пойдет реакция до того момента, ко~да в системе установится равновесие, если эта реакция протекает в стандартных условиях, т,е. прц исходных концентрациях всех колтонвнгпов ),0 М, рН 7,0 и температуре 25 С, Величина Л6в', следовательно, есть строго определенная константа„ характерная для каждой данной реакции.
Истинное же изменение свободной энергии Л6 для данной химической реакции зависит ог условий, при которых эта реакция фактически протекает (т.е. от концентрации реагируюших компонентов, рН и температуры), а эти условия могут и не совпадачь со стандартными. Кроме того, величина Л6 любой реакции, стремяшейся к равновесию. всегда отрицательна и уменьшается по абсолютной величине (становится менее отрицательной) с приближением к равновесию; в момент достижения равновесия она равна нулю, и это свидетельствует о том, что за счет данной реакпии больше уже не может быть произведено никакой работы.
Значения Л6 и Л6в' для реакции А+ +  — С+ Р связаны уравнением Л6 = Л6в'+ 2,303ВТ!й.—. —.- [А](В1 ' в котором величины, выделенные красным, характеризуют истинное состояние данной системы. Рассмотрим простой пример. Примем. что реакция А +  — С+ Р протекает прн стандартной температуре (25.С) и стандартном давлении (1 атм), но что исходные концентрации компонентов А, В.
С и Р не равны между собой и ни для одного из компонентов не равны станлартному значению 1,0 М. Чтобы определить истинное изменение свободной энергии Л6 лля случая. когда равновесие устанавливается при этих нестандартных исходных концентрациях. достаточно просто подставить в приведенное выше уравнение истинные исходные конценграции компонентов А, В. С и Р; величины Я,?'и Л6в' сохранят при этом, разумеется, свое обычное значение.
Решение этого уравнения дает величину Л6. т.е. изменение свободной энергии данной реакции лля тех концентраций компонентов, нрн которых эта реакция фактически протекает. Величина Л6 будет отрицательной и будет уменыпаться во времени, поскольку концентрации А и В по мере протекания реакции будут снижаться, а концентрации С и Р возрастать. Итак, величина Л6 реально протекающей химической реакции всегда имеет отрицательное значение и все~да стремится к нулю, тогда как Л6в' есть величина постоянная.
Важно помнить, что величины Л6в' и Л6 указывают лишь максимальное количество свободной энергии, которое теоретически способна дать рассматриваемая реакция Это количество энергии может быть использовано только в том случае, ес;и в наличии имеется какой-нибудь высокоэффективный механизм, способный уловить эту энергию и направить ее на выполнение полезной работы. Если же такого механизма нет, то при постоянной температуре и постоянном давлении никакая работа за счет данной реакции не может быть выполнена. ГЛ. 14. АТР-ЦИКЛ И БИОЭНЕРГЕТИКА КЛЕТКИ 413 14.6.
Изменении стандартной свободной энергии химических реакций адднтнвны Рассмотрим две последовательно протекающие химические реакции: А- В Ьбо', В -н С Ьбол Каждая из этих реакций характеризуется определенной константой равновесия и определенным изменением стандартной свободной энергии, Ьбо' и Ьбло'. Поскольку эти две химические реакции протекают последовательно одна за другой, мы можем исключить компонент В и записать суммарную реакцию в виде А- С. Суммарная реакция также имеет свою константу равновесия, и, следовательно, для нее можно рассчитать изменение стандартной свободной энергии Ьбо'.
Это подводит иас к очень важному свойству изменений стандартной свободной энергий. Оказывается, величины Ьбо' последоватчельна лратнекаютаах химических реакцпй аддитнпвны. Изменение стандартной свободной энергии суммарной реакции А — ° С, которое мы обозначили через Ьбно', равно алгебраической сумме изменений стандартной свободной энергии двух ее отдельных стадий, т.е. величин Ьб",' и Ьбол'. Ьб,' = Ьб" ,+ Ьб,. Это соотношение крайне важно, поскольку оно дает возможность легко вычислять изменения стандартной свободной энергнидля различных последовательностей метаболических реакций. Например, при расщеплении гликогена в мышцах (о котором будет идти речь в следующей главе) протекают две последовательные реакции: Г лю ноно.! нРоофот Ьбо'- — 1,74 нннл ' моль Фоофотло номхтнзн Глннозо.б-фоофнт Глюнозофос4на- ! Ьбн' =- н 0,40 иналу моль нзомнрнзн 4 фруктово-б-фоофнт Уравнение суммарной реакции имеет внд Глюкозо-1-фосфат— Фруктозо-б-фосфат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
